技术文章   Technology
    无分类
联系我们   Contact
搜索   Search
你的位置:首页 > 技术文章

汽车电子之传感器分析:几种常见的汽车传感器

2016-11-1 14:51:24      点击:

为了确保汽车正常行驶,人们把汽车运行中各种工况信息,如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等,转化成电信号输给汽车控制器(如计算机等),以便发动机处于最佳工作状态,这些信号统称为汽车传感器。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。

  汽车传感器的作用非常大,一旦某个传感器失灵,对应的装置就会不正常工作甚至不工作。在过去,汽车传感器单纯用于发动机上,现在巳扩展到底盘、车身和灯光电气系统上了,具体包括测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等的汽车传感器。

  车速传感器

  图1所示为传统的车速表,它是机械式的。典型的机械式里程表连接一根软轴,软轴内有一根钢丝缆,软轴另一端连接到变速器某一个齿轮上,齿轮旋转带动钢丝缆旋转,钢丝缆带动里程表罩圈内一块磁铁旋转,罩圈与指针联接并通过游丝将指针置于零位,磁铁旋转速度的快慢引起磁力线大小的变化,平衡被打破,指针因此被带动。

newmaker.com

  转速表单位是1/min×1000,即显示发动机每分钟转多少千转。转速表能够直观地显示发动机在各个工况下的转速,驾驶员可以随时知道发动机的运转情况,配合变速器档位和油门位置,使之保持最佳的工作状态,对减少油耗、延长发动机寿命有好处。

  除了机械式转速表,现在更多的是电子式转速表,有指针式和液晶数字显示式,表内有数字集成电路,它将点火线圈输送过来的电压脉冲经过计算后驱动指针移动或数字显示(图2)。

  另外还有一种转速表是从发电机获取脉冲信号传送到转速表电路后显示转速值,不过因受发电机皮带打滑等因素影响,数值不太精确。

newmaker.com

  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。温度用传感器有线绕电阻式、热敏电阻式和热偶电阻式三种主要类型。三种类型传感器各有特点,其应用场合也略有区别。线绕电阻式温度传感器的精度高,但响应特性差;热敏电阻式温度传感器灵敏度高,响应特性较好,但线性差,适应温度较低;热偶电阻式温度传感器的精度高,测量温度范围宽,但需要配合放大器和冷端处理一起使用。

  以图3所示的水温传感器为例,它的内部是一个半导体热敏电阻,温度愈低,电阻愈大;反之电阻愈小,安装在发动机缸体或缸盖的水套上,与冷却水直接接触,从而测得发动机冷却水的温度。电控单元根据这一变化测得发动机冷却水的温度,温度愈低,电阻愈大;反之电阻愈小。电控单元根据这一变化测得发动机冷却水的温度,作为燃油喷射和点火正时的修正信号。简单的说就是用户可以通过发动机水温的温度了解汽车现在的运行的状态,停止或者运动,或者运动的时间有多长等。

newmaker.com

  除了以上电阻式温度传感器之外,汽车电子上应用广泛的还有双金属片式温度传感器。双金属片式温度传感器是利用双金属片的温度特性制成的一种温度传感器,如冷起动定时开关,它由壳体、双金属片、加热线圈、触点等构成。

  冷起动定时开关是个“温度一时间”开关,用螺纹连接方式安装在发动机出水口处,以检测发动机水温。此开关内部有一常闭触点,其活动臂由双金属片制成。双金属片由两片热膨胀系数不同的金属片粘合而成,随着温度的变化,两个金属片产生热膨胀差,温度较低时,双金属片保持原来的状态;温度升高到一定程度时,双金属片向低膨胀系数的金属片一侧弯曲。在双金属片周围绕有两个加热线圈,加热后可使双金属片弯曲,从而使触点断开。发动机暖机到一定温度后,原来闭合的触点应为断开状态。

  在发动机处于冷机状态下,定时开关触点闭合。当冷起动时,点火开关处于起动位置,起动电源端有电流流过。电流由蓄电池经点火开关、冷起动喷油嘴、定时开关的双金属片、触点、接地形成回路,使冷起动喷油嘴喷油。与此同时,也有电流流经定时开关的加热线圈,两个加热线圈使双金属片受热,当其弯曲而断开触点时,冷起动喷油器停止喷油。

  起动后,起动开关断开,点火开关由起动位置转至断开位置,没有电流流经冷起动喷油器,使其停止喷油。与此同时,两个加热线圈均断电,但此时发动机已处于暖机状态,其水温升高到足以使双金属片弯曲,触点被断开,也就是说发动机正常运转时,冷起动喷油器定时开关的触点保持断开状态,冷起动喷油器不喷油。

  汽车制造商都根据自身的设计规定了冷起动喷油器定时开关的工作温度,如日产系列的为18℃以下,丰田系列的为35℃以下。水温越低,冷起动喷油器的工作时间就越长。冷起动喷油器喷油时间取决于喷油阀门打开的时间长短。

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。汽车用压力传感器应用较多的有电容式、压阻式、差动变压器式(LVDT)、表面弹性波式(SAW)。 电容式压力传感器主要用于检测负压、液压、气压,测量范围20~100kPa,具有输入能量高、动态响应特性好、环境适应性好等特点;压阻式压力传感器受温度影响较大,需要另设温度补偿电路,但适应于大量生产;LVDT式压力传感器有较大的输出,易于数字输出,但抗干扰性差;SAW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、分辨率高、数字输出等特点,用于汽车吸气阀压力检测,能在高温下稳定地工作,是一种较为理想的传感器。

  机油压力传感器是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。常用的有硅压阻式和硅电容式,两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。一般情况上,用户通过机油压力传感器来检测汽车的机油箱内的汽油还有多少,并将检测到的信号转换成我们可以理解的信号,提醒还有多少汽油,或者还可以走多远,甚至提醒汽车需要加汽油了。

  空气流量传感器

  空气流量传感器是将吸入的空气转换成电信号送至电控单元(ECU),作为决定喷油的基本信号之一。根据测量原理不同,可以分为旋转翼片式空气流量传感器(丰田PREVIA 旅行车)、卡门涡游式空气流量传感器(丰田凌志LS400 轿车)、热线式空气流量传感器(日产千里马车用VG30E 发动机和国产天津三峰客车TJ6481AQ4 装用的沃尔沃B230F 发动机)和热膜式空气流量传感器四种型式。前两者为体积流量型,后两者为质量流量型。目前主要采用热线式空气流量传感器和热膜式空气流量传感器两种。

  进气压力传感器

  进气压力传感器可以根据发动机的负荷状态测出进气歧管内的绝对压力,并转换成电信号和转速信号一起送入计算机,作为决定喷油器基本喷油量的依据。国产奥迪100 型轿车(V6 发动机)、桑塔纳2000 型轿车、北京切诺基(25L 发动机)、丰田皇冠3.0 轿车等均采用这种压力传感器。目前广泛采用的是半导体压敏电阻式进气压力传感器。

  节气门位置传感器

  节气门位置传感器安装在节气门上,用来检测节气门的开度。它通过杠杆机构与节气门联动,进而反映发动机的不同工况。此传感器可把发动机的不同工况检测后输入电控单元(ECU),从而控制不同的喷油量。它有三种型式:开关触点式节气门位置传感器(桑塔纳2000 型轿车和天津三峰客车)、线性可变电阻式节气门位置传感器(北京切诺基)、综合型节气门位置传感器(国产奥迪100 型V6 发动机)。

  曲轴位置传感器也称曲轴转角传感器,是计算机控制的点火系统中最重要的传感器,其作用是检测上止点信号、曲轴转角信号和发动机转速信号,并将其输入计算机,从而使计算机能按气缸的点火顺序发出最佳点火时刻指令。曲轴位置传感器有三种型式:电磁脉冲式曲轴位置传感器、霍尔效应式曲轴位置传感器(桑塔纳2000 型轿车和北京切诺基)、光电效应式曲轴位置传感器。曲轴位置传感器型式不同,其控制方式和控制精度也不同。曲轴位置传感器一般安装于曲轴皮带轮或链轮侧面,有的安装于凸轮轴前端,也有的安装于分电器(桑塔纳2000 型轿车)。

  爆震传感器

  爆震传感器安装在发动机的缸体上,随时监测发动机的爆震情况。目前采用的有共振型和非共振型两大类。