汽车用传感器的应用现状及发展.pdf

收稿日期 2001 - 11 - 11 作者简介王 银1973 - ,男,河南社旗人,助教,主要从事汽车教学与科研工作。 汽车用传感器的应用现状及发展 王 银,刘文鸿,杨芳华 中国人民解放军汽车管理学院电气教研室,安徽 蚌埠 233011 摘要介绍了汽车发动机控制系统、汽车状态控制系统用传感器的现状及未来发展。 关键词车用传感器;应用;发展 中图分类号 U4641149 文献标识码 A 文章编号 1003 - 86392002 02 - 0006 - 02 Operation Current Situation and Development of Sensor for Vehicle WANG Yin , LIU Wen2hong , YANG Fang2hua Auto Management College of PLA , Banpu 233011 , China Abstract This paper introduces the current situation and the future development of control system of auto engine and the sensor for auto state control system. Key words sensor for vehicle ; operation ; development 汽车用传感器技术是促进汽车电子化发展的关 键技术之一。目前,一般普通汽车大约装有几十只 到近百只传感器,而高级豪华汽车大约使用200～ 300只传感器。汽车用传感器主要应用在汽车发动 机控制系统和汽车状态控制系统中。 1 汽车发动机控制系统用传感器 由于发动机控制系统中的压力、温度、气体浓 度、流量、位置和转速、爆震等传感器,使用于高 温发动机表面150℃、排气歧管650℃、振动 加速度30g、冲击加速度50g、潮湿100 RH,- 40℃ ～120℃以及蒸汽、盐雾、腐蚀和 油泥污染的恶劣环境中,因此汽车用传感器耐恶劣 环境的技术指标要比一般工业用传感器高1～2个 数量级。 111 压力传感器 压力传感器主要用于检测气缸负压、大气压、 涡轮发动机的升压比、气缸内压、油压等。吸气负 压式传感器主要用于吸气压、负压、油压检测,吸 气压13 kPa～100 kPa ,精度1 ,大气压65 kPa～ 100 kPa ,精度5 ;膜片式压力传感器主要用于发 动机电子喷射装置,工作范围20 kPa～800 kPa ,精 度115 ;电容式压力传感器主要用于检测油压、 液压、气压,测量范围20 kPa～100 kPa ;半导体压 力传感器用来检测各种压力,应用量最大,工作范 围20 MPa ,精度016 非线性 ; SAW 表面波 式压力传感器具有体积小、质量轻、功耗低、可 靠性高、灵敏度高、数字量输出等特点,用于汽车 吸气阀压力检测,能在高温下稳定地工作。 采用非晶态磁性合金开发的高压用油压传感器 能承受600个大气压的高压,在220个大气压下能 使用3 000万次。具有温度、线性补偿以及信号预 处理的集成化半导体压力传感器也在研制开发中。 112 温度传感器 温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气 体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。 已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器通用型 - 50℃ ～130℃,精度115 ,响应时间10 ms;高 温型600℃～1 000℃,精度5 ,响应时间10 ms 、铁氧体式温度传感器ON/ OFF型,- 40℃ ～120℃,精度210 、金属或半导体膜空气温度 传感器 - 40℃ ～150℃,精度210 、5 ,响应 时间20 ms等。 汽车用温度传感器的研究方向是开发响应时间 更快的温度传感器。 113 气体浓度传感器 气体浓度传感器主要用于检测车体内气体和废 气排放。在汽车燃料控制系统中,实用化的有氧化 锆传感器使用温度- 40℃ ～900℃,精度1 、 氧化锆浓差电池型气体传感器使用温度300℃ ～ 800℃、固体电解质式氧化锆气体传感器使用温 度0℃～400℃,精度015 。二氧化钛氧传感 器、NOx型气体传感器也趋向实用化。 114 流量传感器 流量传感器主要用于发动机控制系统确定燃烧 条件、控制空燃比、起动、点火等。空气流量传感 6汽车电器2002年第2期 ●综 述●●Overview● 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. ●蓄电池用水有专用设备啦 详见插1广告● 器有卡门涡旋式、热膜式、热线式、旋转翼片式 等,其主要技术指标为工作范围011 m3/ min～ 103 m3/ min ,工作温度- 40℃ ～120℃,精度 ≤1 。 燃料流量传感器有水轮式和循环球式,其动态 范围0 kg/ h～60 kg/ h ,工作温度- 40℃ ～120℃, 精度 1 ,响应时间 10 ms。 115 位置和转速传感器 位置和转速传感器主要用于检测曲轴转角、发 动机转速、风门的开度、车速等。已实用化的有交 流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、 威耿特效应式、光学式、振动式、半导体磁性晶体 管式等,其测量范围0 ～360,精度 015 以下, 测弯曲角达 011 。集成化的霍尔效应式传感器正 在迅速发展。半导体磁性晶体管具有比一般霍尔效 应式传感器高100倍的灵敏度,而且成本低。 车速传感器种类繁多,有敏感车轮旋转的、也 有敏感动力传动轴转动的,还有敏感差速从动轴转 动的。当车速高于100 km/ h时,一般测量方法误 差较大,为此而开发的非接触式光电速度传感器, 测速范围015 km/ h～250 km/ h ,重复精度011 , 距离测量误差优于013 。 116 爆震传感器 汽油在即将燃烧而没有发生明显爆燃时,燃烧 速度最快、动力性能最好。爆燃检测方法有气缸 压力、发动机机体振动和燃烧噪声等。爆震传感器 有磁致伸缩式和压电式。磁致伸缩式爆震传感器的 使用温度为- 40℃ ～125℃,频率范围为5 kHz～ 10 kHz ;压电式爆震传感器在中心频率51417 kHz 处,其灵敏度可达200 mV/ g ,在振幅为011 g～10 g范围内具有良好线性度。 2 汽车状态控制系统用传感器 汽车状态控制系统用传感器的使用环境条件不 大苛刻,许多在工业控制系统中使用的传感器可以 直接或者稍加改进后使用在汽车状态控制系统中。 不同的控制系统要求配置不同的传感器。例如在 防打滑的制动器中使用对地速度传感器、车轮速度 传感器;在SPA 单点式传感气袋系统中使用悬 臂压电陶瓷式、圆板型压电陶瓷式、悬臂压电电阻 式、4点支持压电电阻式、3层或5层结构静电电 容器式等气袋用加速度传感器;在液压转向装置中 使用车速传感器、油压传感器;在速度自动控制系 统中使用车速传感器、加速踏板位置传感器;在亮 度控制系统中使用光传感器;在电子驾驶系统中使 用磁传感器、气流速度传感器;在自动空调系统中 使用室内温度传感器、吸气温度传感器、风量传感 器、日照传感器、湿度传感器;在导向行驶系统中 使用方位传感器、车速传感器;在惯性行驶系统中 使用转向传感器、行驶距离传感器;在测量燃油、 冷却液、制动液、电解液、清洗液、发动机油位等 液位时,使用热敏电阻式、压电谐振式、静电电容 器式等液位传感器。 在ABS系统中各厂家正在致力开发轮毂内装 式ABS传感器,预计将向轮毂内装式半导体传感 器方面发展。霍尔器件及MR器件等可以检测出零 车速,但目前的问题是如何降低成本。 3 汽车用传感器技术的发展趋势 未来的汽车用传感器技术,总的发展趋势是多 功能化、集成化、智能化。多功能化是指一个传感 器能检测2个或者2个以上的特性参数或者化学参 数。集成化是指利用IC制造技术和精细加工技术 制作IC式传感器。智能化是指传感器与大规模集 成电路相结合,带有MPU ,具有智能作用。新近 研发的汽车用传感器具有如下特点数字化信号输 出、 线性化微处理器补偿、传感器信号共用和加 工、传感器间接测量、复合传感器信号处理、IC化 和精细加工等。 光纤传感器现已开发出温度、压力、位置、转 速、液位、流量、振动、陀螺等上百种类型。由于 光纤传感器具有灵敏度高、体积小、质量轻、可弯 曲、绝缘性好、无电磁干扰、宽频带、低损耗等特 点,今后将会广泛应用到汽车上。 为提高汽车安全性和舒适性,生物体测量等方 面的传感器也在研究中。例如,驾驶员视野盲区障 碍物测量、保持2车前后车距、碰撞自动保护等装 置中用传感器。 传感器信号输出与控制系统的计算机接口也是 一个重要的研究课题。内含有A/ D、D/ A、I/ O驱 动、缓冲RAM、程序ROM、MPU ,并具有线性、 温度补偿以及相应控制程序的灵巧型汽车用传感器 引人注目,将使得汽车各系统的元器件数量大大减 少,从而降低系统成本,减小体积和减轻质量,并 使整个系统更加简单可靠。 总之,汽车用传感器技术的发展,不仅仅是传 感器自身的开发,而且更注重于对传感器的互换 性、耐久性、可靠性的开发。 参考文献 [1]董 辉 1 汽车用传感器[M]1 北京北京理工大学出版 社, 20001 [2]黄妙梁,张燕平,等 1 现代汽车的电子控制系统[ M]1 成都四川科学技术出版社, 20011 [3]陈 松 1 汽车用传感器的技术动向[J ]1 电子科技导报, 1995 , 10 1 责任编辑 翠 萍 7汽车电器2002年第2期 ●Overview● ●综 述● 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.