汽车传感器概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车,传感器,汽车传感器概述,第一节 汽车传感器的使用范围,第二节 汽车传感器的分类,1,概 述,汽车传感器是汽车电子技术领域研究的,核心内容,之一。,汽车传感器是汽车,仪表系统,和,电子控制系统,的,信息源,，是汽车电子控制系统的关键部件。,现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。电子自动控制的工作要依赖传感器的信息反缋。,据统计，目前一般轿车上大约有几十只传感器，高级轿车有一百多个传感器，而豪华轿车上多达二百余只传感器，每年全球的车用传感器需求量将达到十多亿只。,汽车传感器,工作机理,通常是利用物理、化学的原理和效应，如,磁电效应,、,霍耳效应,、,压电效应,、,光电效应,、,光敏电阻效应,、,电致发光,、,热电效应,、,热电阻效应,等,2,第一节 汽车传感器的使用范围,一、用于汽车指示仪表系统,微,处,理,器,A/D,A/D,存储器,D/A,车 速传感器,油 箱传感器,D/A,车速表,燃油液位指示仪表,例 车速表及燃油液位指示仪表,目的,：用于了解汽车工作状况。,3,车速里程表,发动机转速表,机油压力表,气压力表,燃油表,冷却液温度表,汽车上常用的仪表有：,这些仪表通常与各种信号灯一起安装在仪表板上，称为组合仪表。,4,例 老式磁感应式车速里程表,由变速器经,软轴,驱动。,5,仪表驱动软轴,6,组成：,传感器、信号处理电路、车速表和里程表。,例 电子式车速里程表,7,二、用于,汽车电子控制系统,给定值,传感器,A/D,转换器,D/A,转换器,执 行,机 构,被 控,对 象,控制器,被控参数,微型计算机,电子控制系统的基本框图,汽车电子控制系统主要由,传感器,、,电子控制器(ECU),、,执行机构,和,程序软件,等部分组成，与汽车的机械、动力、安全等系统配合使用。,目的,：控制汽车运行状态。,8,汽车电子控制系统大体可分为如下几个部分：,1. 传动系统与操纵控制系统；,2. 安全控制系统；,3. 辅助控制系统；,4. 总线控制与车辆局域网系统。,1. 发动机控制系统；,2. 底盘控制系统；,3. 电子安全系统；,4. 信息通讯系统。,其中，前两种系统与汽车的行驶性能有直接关系，而后两种系统与汽车的安全性、方便性相关。,汽车电子控制系统也可以划分为：,三、汽车电子控制系统,9,1.发动机控制,ECU,空气流量计,发动机转速传感器,节气门位置传感器,冷却水温传感器,进气温度传感器,曲轴位置传感器,车速传感器,爆震传感器,氧传传感器,启动信号,空调开关,传感器,控制系统,电子燃油喷射,电子点火控制,怠速控制,故障自诊断,排放控制,其它辅助控制,I/O,输,入,回,路,CPU,存储器,A/D,输,出,回,路,增压控制,进气控制,10,发动机控制的子系统,空气流量计,节气门体,喷油器,控制单元,ECU,空气,消声器,气,油,泵,气油,电控燃油喷射工作演示,11,例：桑塔纳2000轿车发动机汽油喷射系统,油箱,汽油泵,燃 油,滤清器,压力调节器,电控单元,ECU,冷起动阀,节气门,开关,节气门,辅助空气阀,油压调节器,喷油器,燃 油,分配器,空气温度,传感器,氧传感器,曲轴转角,传感器,转速传感器,空气流量,传感器,水 温,传感器,12,转 速,I/O,CPU,曲轴位置,负 荷,爆 震,温 度,I/O,信号预处理,A/D,转换,RAM,ROM,点火线圈,点,火,控,制,装,置,火,花,塞,电子控制点火系统的基本组成,13,电子控制点火系统(ESA)的框图,传感器,ECU,执行器,14,(2) 电控点火系统 (ESA),(1) 电控燃油喷射系统 (EFI),1) 喷油量控制、,2) 喷油正时控制,3) 怠速控制 (ISC),4) 冷起动喷油控制,5) 断油控制,主要控制项目：,EFI与,ESA的,主要传感器,：,空气流量计,进气温度传感器,发动机转速传感器,曲轴位置传感器,冷却水温传感器,节气门位置,传感器,爆震传感器,氧传传感器,1) 点火提前角控制,2) 闭合角控制,3) 爆燃控制,主要控制项目：,15,怠速控制,(3)怠速控制(ISC),16,例 丰田汽车发动机控制系统,(TCCS系统),17,(4) 进气增压控制,谐振增压控制系统,18,奔驰SLK（R171）新发动机所采用的进气歧管长度可变的机构采用了一个控制阀来控制进气管的长度，这是目前主流的进气歧管长度可变机构的设计。,19,可,变气门正时,(VVT, Variable Valve Timing),(5) 进气正时控制,20,(6)发动机排放污染控制,1. 起动开关,传感器,4. 水温传感器,2. 怠速开关,3. 曲轴位置传感器,废气再循环控制系统 (EGR),21,联合,信息,传感,系统,中 央,处理器,ECU,悬架控制,传动控制,制动控制,驱动控制,转向控制,其它系统,车辆动力性,车辆经济性,车辆稳定性,车辆安全性,车辆操纵性,车辆舒适性,其它性能,一体化底盘控制系统,2.底盘控制,实现,22,(1) 电控自动变速器(ECT),节气门位,置传感器,转速传感器,23,自动变速器电子控制系统,24,无级变速,CVT,25,(2) 防抱死制动系统(ABS),26,(3) 驱动防滑转控制系统(ASR),ABS与ASR都是通过控制作用于车轮上的转矩而实现,滑移率控制。现代车辆ABS/ASR系统将ABS与ASR控制实,现资源共享、互为补充，形成ABS/ASR综合控制系统。,ECU,轮 速 信 号,节 气 门 信 号,制动踏板信号,加速踏板信号,轮缸压力,调节器,节气门开度,调节器,指示信号,发动机,车 轮,驾驶员,27,(4) 电控动力转向(ECPS),28,(5) 电控悬架,传感器：,车身加速度、位移；车速；转角等传感器,29,(6) 巡航控制 (CC),CCS,可使汽车工作在发动机有利转速范围内，减轻驾驶员的驾驶操纵劳动强度，提高行驶舒适性的汽车自动行驶装置。,巡航控制系统又称为,巡航行驶装置,、,速度控制系统,、,自,动驾驶系统,。,1）车速传感器,：专用于,CCS,的车速传感器一般安装在汽,车变速器输出轴上。,2）节气门传感器,：节气门传感器,CCS,与EFI共用。,3）节气门控制摇臂传感器,：是,CCS,专用的传感器。其作,用是对电控单元提供节气门控制摇臂位置的电信号，,目前应用较多的是滑线电位计式。,30,通过自动控制制动和加速来保证一定的车距。旧巡航控制系统只能按设定的车速保持一个速度，而主动巡航控制统则利用,雷达或其他监测设备,扮演司机的角色 ，前方慢，后方也减速。系统自动保持预先设定的与前车的安全距离。,主动式巡航控制系统,31,丰田PRIUS轿车巡航控制系统,巡航控制,系统按钮,32,3.安全行驶控制,(1)安全气囊系统 (SRS),安全气囊系统,一般由传感器、电控单元(ECU)、气囊模块 、,监控装置、储备电源,等组成。,传感器包括：,碰撞传感器,检测汽车的碰撞，,安全传感器,防止气囊误胀开。,传感器,ECU,气体发生器,气囊,PSB：安全带预紧装置,DAB：,驾驶员气囊,PAB：,是乘员气囊,33,双气囊系统,34,多气囊系统,35,(2) 防撞系统,汽车行驶中，当两车的距离小到安全距离时，即自动,报警，若继续行驶，则会在即将相撞的瞬间，自动控制汽,车制动器将汽车停住。,1) 行车防撞控制系统,传,感,器,36,测距范围：可达150米的,车速的调节范围：从30km/h到180 km/h。,德尔福(TRW) 77-GHz雷达测距系统,37,2) 倒车防撞报警系统,倒车雷达,：又称,泊车辅助系统,，,汽车倒车时，显示车后障,碍物的距离，有效地防止倒车事故发生。,采用超声波测距，,当,超声波,遇到障碍物时产生回波，传感器接收到回波信号后经控制器处理，判断障碍物位置。,1.工作原理,38,由,超声波传感器,、,电子处理单元,、,报警装置,等组成。,2.组成,39,超声波传感器（探头）,40,超声波探头安装,41,42,随动转向大灯在转向时不断对大灯进行动态调节，保持与汽车的当前行驶方向一致，以确保对前方道路提供最佳照明，增强了黑暗中驾驶的安全性。,前照灯的自动开关、自动调光系统、,随动转向大灯,(3) 前照灯控制,43,4.信息系统,汽车电子仪表,为了使驾驶员能够掌握汽车及各系统的工作情况，在汽车驾驶室内的仪表板上装有各种指示仪表、指示灯及各种报警信号装置。,(1)信息的显示与报警,44,(2)语音提示,(3) 车辆定位与导航,GPS卫星,接收GPS定位信号,与监控中心进行数据交换,汽车导航系统两大功能：,车辆追踪、驾驶指南,GPS,45,46,5.舒适性系统,(1) 电控自动空调,汽车空调自动控制系统示意图,47,(2) 电控座椅,该装置是人体工程技术与电子控制技术相结合的产物，,它通过传感器感知乘坐人员的体态，并使座椅状态与之相,适应，满足乘客的舒适性要求。,48,49,(3)电动门窗控制,驾驶席防夹电动门窗,50,6.安全防盗,为了防止驾驶员离开汽车后汽车被盗，汽车上都装有如下常用安全防盗装置。,转向锁、燃油切断装置、蓄电池接线柱断路装置、点火系统关断装置、电子报警器、机械防盗锁、子控制防盗系统,GPS车载定位防盗系统能对汽车进行实时监控、自动实时定位，追踪，车的方向，车的速度，还可以对车辆实时追踪保留车辆三个月行车路线。,GPS车载定位防盗系统,51,GPS车载定位防盗系统,52,第二节 汽车传感器的分类,能够接受规定的,被测量,，并按一定的规律转换成输出信号的,器件,或,装置,，通常由,敏感元件,和,转换元件,组成。,转换元件,：,传感器中能将,敏感元件感受的或响应的被测量,转换为,电量,的部分。,1.,国家标准GB7665-87对传感器的定义是：,敏感元件,：,传感器中能直接感受或响应,被测量,的部分。,被 测 量：,汽车,传感器的,被测量通常为：,力学量、热力学,量和部分化学量、电学量。,53,力 学 量,热力学量,其 它,检测量,单 位,检测量,单 位,检测量,单 位,位置或位移,M,温度,K,C,气体成分,mol,速度,m/s,气体浓度,mol,压力,KPa,MPa,加速度,m/s,2,电流,A,转角或角,位移,rad,流量,kg/s,m,3,/s,转速,r/min,真空度,Pa,力,N,转矩,Nm,湿度,爆震,Pa,汽车传感器的被测量,54,1.汽车传感器的分类,(1)按能量关系分类,主动型：,传感器,无需外加输入电源,。如：磁电、热电、,压电、光电等。,被动型：,传感器需,外加输入电源,。如：电阻、电容、电,感、磁阻、热阻等。,(2)按信号转换分类,非电量,转换成另一种,非电量,，如：弹性敏感元件、气动传感器,非电量,转换成,电量，,如：热电阻、热电偶、压电式。,55,(4)按工作原理分类,有电阻式、电容式、电感式、应变式、光电式、光敏式、压电式、热电式等。,(6)按使用功能分类,分为用于,了解,汽车工作状况；用于,控制,汽车运行状态；,(3)按,输入量,分类,(5)按输出信号分类,输出量有,模拟量,和,数字量,两类传感器。,汽车传感器种类很多，实际应用,一般按,传感器输入量，,即,传感器的被测量,分类,。如温度、压力、转速等。,56,传感器,检 测 工 况 或 参 数,位 置,传感器,排气再循环阀开度、油门踏板位置、燃油箱液面位置、汽车高度、海拔高度等。,转 角,传感器,节气门位置、曲轴转角、方向盘转角、前轮转角等。,转 速,传感器,检测,曲轴转速、车轮转速等。,速 度,加速度,传感器,检测车速（绝对值）、加速度。,力学量传感器在汽车上的应用,57,热力学量传感器在汽车上的应用,传感器,检 测 工 况 或 参 数,温 度,传感器,冷却液温度、进气温度、燃油温度、排气口和排气管的温度、空调蒸发器和冷凝器温度等。,压 力,传感器,进气岐管压力、燃油压力、机油压力、增压压力、自动变速器油压、大气压力等。,流 量,传感器,吸入,空气流量、燃油流量、废气再循环流量、制冷剂流量等。,液 量,传感器,燃油量、,冷却液,量、,机油,量、制动,液,量等。,气体浓度,传感器,氧气、二氧化碳、NOx 、HC、柴油烟度。,58,汽车传感器工作环境,高温、低温、振动、冲击、潮湿、蒸汽、盐雾、腐蚀、,油泥污染。,2.汽车传感器的性能要求,1）环境的,适应性,；,2）工作的,稳定性,和,可靠性,；关键是,可靠性,；,3）检测的,精度,和,重复性,；,4）小型化、便于安装、易于检测识别；,5）具有批量生产和通用性、符合有关标准。,汽车传感器的性能要求,59,3. 汽车传感器的选用原则,指 标,传 感 器,指 标 定 义,量 程,被检测量上限和下限的代数差。,灵敏度,输出变化值与被测量的变化值之比。,分辨率,检测出被测量的最小变化值。,误 差,检测值与被测量的真实值之差。,重复性,重复测量时，测量结果的一致性。,过 载,允许检测被测量的最大值。,可靠度,规定条件下，传感器正常工作的可能性。,线性度,输入,/,输出曲线与其拟合直线之间的偏差度。,响应时间,接受阶跃输入信号，传感器输出值达到稳定值的最小规定百分数(如95)时所需的时间。,60,低油位报警器,油位传感器,部分汽车传感器的实物图片,61,水温传感器,汽车用压力传感器,62,热膜式汽车空气流量传感器,热线式汽车空气流量传感器,63,节气门阀体总成,节气门位置传感器,64,凸轮轴传感器,曲轴位置传感器,65,汽车氧传感器,66,汽车爆震传感器,汽车超声传感器,67,