搜索
第十二章汽车传感器12.1概述市场研究发现，汽车市场是传感器市场中最大的一个。同时在汽车的控制系统中扮演重要角色，担负着信息的采集和传输作用，再由电子控制单元（ECU）对传感器采集的信息进行处理，向执行机构发出指令，实施对发动机的汽油喷射、电子点火提前、自动变速器、自动空调等电子控制。汽车传感器按照其测量的物理量，可分为温度传感器、空气流量传感器、压力传感器、角度和位置传感器、力和扭矩传感器、速度与加速度传感器等几大类。最先在汽车上应用的传感器是动力系控制方面；其次，是安全控制方面，如ABS等；第三个主要应用领域是舒适系统，如娱乐、空调、座椅及巡航控制等。要求：“低成本、高质量”。航空技术水平、民用产品价格。发展趋势：小型化（芯片化，MEMS技术）降低成本增加功能提高质量12.2空气流量传感器空气流量传感器又称为空气流量计，用于现代汽车汽油喷射系统中，安装在空气滤清器和节气门体之间，用来测定吸入发动机中的空气量的大小，并将检测结果转换成电信号输入电子控制单元ECU，以供ECU计算喷油量和点火时间。目前先进的空气流量测量原理属于热测量原理，第一代热气流计产品为热丝式（也称热线式），现已进入第三代热膜式（1996年）。一．热线式空气流量传感器热线式空气流量传感器按照其测量元件的安装位置不同，可以分为主流测量方式和旁通测量方式两种。主流测量方式的热线式空气流量传感器主要由防护网、采样管、热线电阻、温度补偿电阻和控制电路板等部分组成。热线电阻和温度补偿电阻安装在主进气管道中，控制电路板安装在流量传感器下方。采样管则安装在主进气管道的中央部位，两端有金属防护网，用来防止回火和脏物进入空气流量传感器。主流测量方式的热线式空气流量传感器1—防护网2—采样管3—铂丝热线4—铂薄膜电阻（温度补偿电阻）5—控制电路板在进气通道中放置热线RH，当空气流经热线时，热线的热量被空气带走，热线本身温度降低，电阻减小。安装在控制电路板上的精密电阻RA和RB与热线电阻RH和温度补偿电阻RK组成惠斯登电桥电路。当热线电阻减小时，惠斯登电桥失去平衡。若要保持电桥平衡，就必须增加流经热线电阻的电流，以恢复其温度和阻值，精密电阻RA两端的电压也相应增加，反之，则减小，也就是说流经热线的空气质量流量和精密电阻RA两端的电压成对应关系。控制电路将电阻RA两端的电压输送给ECU，即可确定进气量。热线电阻电流一般在50~120mA之间变化，大小取决于空气质量流量。控制电路的作用是保持电桥平衡，即保持热电阻与感应进气温度的补偿电阻之间的温度差不变。热线式空气流量传感器直接测量进入发动机的空气质量流量，不需进气温度传感器对测量值进行修正。请讨论：（1）热线法测量气体流量的原理（热流量平衡）（2）提高测量精度的措施二．热膜式空气流量传感器热膜式空气流量传感器的结构及工作原理和热线式空气流量传感器基本相同，不同之处在于热膜式空气流量传感器的发热体是热膜而不是热线。热膜由发热金属铂固定在薄的树脂膜上，制造成本低。这种结构使发热仪不直接承受空气流动所产生的作用力，增加了发热体的强度，提高了流量传感器的可靠性和使用寿命。热膜式空气流量传感器1—控制电路板2—热膜3—温度传感器4—金属网请分析：（1）微热膜传感器的制造工艺（2）热膜流量计的标定方法12.3轮速传感器轮速传感器是基于ABS（防止制动时抱死）、ASR（加速防滑控制，防止加速时驱动轮侧滑）、ESP（电子稳定程序，调整每个车轮的驱动力和制动力，修正汽车的过度转向和转向不足，极大地改善汽车转弯的控制性并大大降低翻车的可能。奔驰公司最先应用）开发的。有被动（无源，以电磁式为主）和主动（有源，以霍尔式为主）两种类型。被动传感器如下图所示。主动传感器工作时要求外部提供5—12V的电源，主要元件是金属氧化半导体霍尔传感器或AMR（各向异性磁阻效应）传感器。霍尔轮速传感器具有以下优点：其一是输出信号电压幅值不受转速的影响；其二是频率响应高。其响应频率高达20kHz，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；其三是抗电磁波干扰能力强。因此，霍尔传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测，也广泛应用于其控制系统的转速检测。相比之下，电磁式轮速传感器性能就缺乏优势。出现市场分额逐渐减小的趋势。12.4温度传感器在汽车上应用温度传感器有很长的历史。今天，是现代化汽车中测量最多的物理量。中档汽车上有5-10个温度传感器。按所测温度范围分为两大类。一.-40—170C°包括车舱、空调系统和动力应用的要求，传感器大部分是基于NTC（负温度系数的电阻器）。这些电阻器是由金属氧化物的混合粉末组成，作成片状结构，在1000-1400C°范围内进行烧结，成为陶瓷材料。通常采用涂覆或老化工艺来其长期稳定性。波纹技术低成本、大批量生产、符合精度要求的突破性技术。TNC的灵敏度很高，为2%—6%K。成为在汽车上应用的第一个优势。NTC温度传感器的特性曲线是非线性的，但不会影响使用。通常，是以25C°和B值（电阻曲线的温度梯度，一般在2000—5000之间）描述其特征。另一个优势就是非常简单的电路，仅用一个或两个电阻就可。NTC传感器在汽车上的应用已有50多年的历史。目前技术成熟，尚无可替代NTC的新型原理。但到目前为止，还没有通用的“标准曲线”，几个制造商已建立了内部的或公司的“标准曲线”，但不同的连接器系统仍然对标准化存在障碍。市场趋势是“更小、更轻、更低”。对传感器的要求是频响更高、安装固定更简单快捷。