传感器在汽车领域的应用与发展.docx

1、传感器在汽车领域的应用与发展目 录1 绪论.4 1.1传感器市场规模大41.2汽车传感器举足轻重.41.3国内传感器生产水平低 .51.4 汽车上的主要传感器.51.4.1发动机控制传感器 .61.4.2胎压监测传感器.61.4 .3氧化传感器61.4 .4NOx净化的传感器.61.4 .5汽车ABS传感器71.5 汽车传感器的发展趋势72 发动机传感器.82.1 发动机冷却液温度传感器92.2 进气温度传感器.92.3 节气门位置传感器.102.3.1开关型节气门位置传感器102.3.2线性节气门位置传感器.112. 4氧传感器.132.4.1 氧化锆式氧传感器.132.4.2氧化钛式氧传感

2、器 .162.5曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器.172.5.1磁感应式曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器.172.5.2霍尔效应式曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器.182.5.3光电式曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器.192. 6爆震传感器.193 胎压监测传感器.193.1 基本原理和发展.204 NOx传感器.214.1 发展现状与趋势.215 ABS（Anti-locked Braking System）防抱死制动系统的传感器.215.1 .1 ABS系统各组成部件的功能.225.2传感器的结构型式与工作原理.225.2.1转速传感器 .235.2横向加速度传感器.235.2.3减速度传

3、感器.23结论.24致谢.24参考文献.24传感器在汽车领域的应用与发展摘要在实际生产中，不同传感器测试内容又有着一定的近似性。因为从测试原理上来讲，汽车传感器主要分为主动式被动式、温度、压力等类型。这也是说对于不同的传感器，只要测试原理是一样的，那就意味着它们的测试仪器目前，汽车上所使用的控制系统从功能上可分为传感器单元、控制单元和执行单元部分。其中，传感器单元是汽车智能化高技术的标志，具有独特而重要的地位，其质量的优劣直接影响着能否对汽车其它部位的有效监测和控制，从而影响汽车的整体性能。因此汽车生产厂商或整车生产厂商在传感器出厂或安装到整车前，需要一种手段来对传感器进行评价和验证。汽车传感

4、器测试具有自身的特点，主要表现如下：被测对象的多样性及快速变化性汽车上常用的传感器类型包括轮速传感器、曲轴位置凸轮轴位置传感器、温度传感器、压力传感器、爆震传感器等。而且针对层出不穷的车型，每个功能相同的传感器在外形上又有着不同的差异。再加上测量指标，生产环境等要求越来越苛刻，都使得传统单一的测试工作台，无法兼顾如此多样的传感器生产。测试内容的近似性等设备也是一样的。高效、灵活的测试设备对于汽车传感器生产线，要求的都是经济、高效、自动、灵活的测试设备，而且需要高自动化，高效率，高产能，高可靠性。传感器生产厂家希望一次性投入以后，测试设备还能不断的进行更新扩充，有效的支持最新产品和更高的性能指标

5、要求，从而保证设备资本投入有效性。其她要求保证生产质量，设备需要具备一定的生产过程统计能力，并能够有助于减少由于人为原因造成的生产质量的降低。汽车传感器发展趋势也向集成化、智能化方向发展，如果只进行终检测试，发现问题为时已晚，所以往往测试会和生产过程交互进行。这样一方面，测试设备与生产线上其她设备良好衔接，另一方面要实现设备间的信息和数据共享。综上所述，汽车传感器生产测试需要的不再是几台简单的测试仪器，而是一套机电软结合的、自动化的、便于扩展、对外开放的测试设备。而这些正是柔性测试技术所倡导的，采用柔性技术设计的汽车传感器测试系统能够符合传感器终检测试的要求，通过实践证明也正是如此。柔性测试技

6、术实际上，随着科学技术的进步，不单单是汽车传感器，其她各种电子装置也日益智能化、复杂化，以满足消费者舒适性、易用性的要求。在此情况下，泛华测控在总结过去经验的基础上，针对电子产品的生产测试，提出一揽子解决方案，称为柔性测试技术。柔性测试技术是以相关技术为依托，满足测试测量需求的技术。以虚拟仪器技术、测试测量技术、机电一体化技术、软件技术以及通信及网络技术为核心，是现代测试技术的一个代表。它具有如下特性：适应性：满足多种测试环境要求，提供多种测试性能，融合多种信号测试能力灵活性：根据客户需求变换测试系统的功能及性能，应用多种技术满足测试要求拓展性：跟随相关技术的发展，保证应用系统的先进性，实现测

7、试能力的不断进步。Sensor in automobile domain application and development abstractIn the actual production, the different sensor test content also has certain approximate.Because says from the test principle, the automobile sensor mainly divides into types and so on driving-type/passive form, temperature, pr

8、essure.This also is says regarding the different sensor, so long as the test principle is same, that meant their measuring instrument at present, on the automobile uses the control system may divide into the sensor unit, the control unit and the execution unit part from the function. Among them, the

9、 sensor unit is the automobile intellectualization high-tech symbol, has unique and the important status, whether are its quality fit and unfit quality affecting directly to the automobile other spot effective monitor and the control, thus affects the automobile the overall performance.Therefore aut

10、omobile production manufacturer or entire vehicle production manufacturer or installs in front of the entire vehicle in the sensor exwork, needs one method to come to the sensor to carry on the appraisal and the confirmation. 1绪论 汽车传感器发展综述 20世纪60年代，汽车上仅有机油压力传感器、油量传感器和水温传感器，它们与仪表或指示灯连接。进入70年代后，为了治理排放

11、，又增加了一些传感器来帮助控制汽车的动力系统，因为同期出现的催化转换器、电子点火和燃油喷射装置需要这些传感器来维持一定的空燃比以控制排放。80年代，防抱死制动装置和气囊提高了汽车安全性。今天，传感器已是无处不大。在动力系统中，有用来测定各种流体温度和压力(如进气温度、气道压力、冷却水温和燃油喷射压力等)的传感器；有用来确定各部分速度和位置的传感器(如车速、节气门开 度、凸轮轴、曲轴、变速器的角度和速度、排气再循环阀(EGR)的位置等)；还有用于测量发动机负荷、爆震、断火及废气中含氧量的传感器；确定座椅位置的传感器；在防抱死制动系统和悬架控制装置中测定车轮转速、路面高差和轮胎气压的传感器；保护前

12、排乘员的气囊，不仅需要较多的碰撞传感器和加速度传感器，还需要乘员位置、体重等传感器来保证其及时和准确的工作。面对制造商提供的侧量、顶置式气囊以及更精巧的侧置头部气囊，还要增加传感器。随着研究人员用防撞传感器(测距雷达或其她测距传感器)来判断和控制汽车的侧向加速度、每个车轮的瞬时速度及所需的转矩，使制动系统成为汽车稳定性控制系统的一个组成部1.1 汽车传感器市场规模大 市场研究数据显示，2002年全球汽车传感器的市场规模为70.1亿美元，预计2005年将达到85.2亿美元，年平均增长率为6.7%；全球2002年汽车传感器的市场需求量为10.38亿只，预计2005年将达到12.83亿只，年平均增长

13、率为7.3%。我国的汽车工业发展加快。估计2010年将达600万辆的生产能力，若每辆车用10只传感器，将需6000万套传感器及其配套变送器和仪表。 我国现有汽车2000万辆，并且每年以5%以上的速度递增，但是目前“电喷”汽车还只占10%左右，国家规定停止“化油器”汽车的生产，新出厂的汽车要求全部安装“电喷”系统。上海联合汽车电子现在年产120万套“电喷”系统传感器，约40006000元/套，其中，汽车传感器占60%以上的产值。国内电喷系统应用传感器占系统的70%以上，ABS传感器的成本为50元左右，国内产量为100万套，产值为5000万元；安全气囊的传感器占系统成本的70%以上，安全气囊的传感

14、器售价为2000元左右，需求量为100万套/年，则传感器的产值可达20亿元。 、1.2 汽车传感器举足轻重 汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。汽车传感器对温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。衡量现代高级轿车控制系统水平的关键就在于其传感器的数量和水平。当前，一辆国内普通家用轿车上大约安装了近百个传感器，而豪华轿车上的传感器数量多达200只。 近年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统（MEMS）技术日渐成熟，利用这一技术可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量

15、和生物量的微型传感器，这些传感器的体积和能耗小，可实现许多全新的功能，便于大批量和高精度生产，单件成本低，易构成大规模和多功能阵列，非常适合在汽车上应用。 微型传感器的大规模应用将不仅限于发动机燃烧控制和安全气囊，在未来57年内，包括发动机运行管理、废气与空气质量控制、ABS、车辆动力的控制、自适应导航、车辆行驶安 全系统在内的应用，将为MEMS技术提供广阔的市场。 1.3 国内汽车传感器生产水平低 自20世纪80年代以来，国内汽车仪表行业引进国外的先进技术及与之相配套的传感器生产技术，基本满足了国内小批量、低水平车型的配套需求。由于起步较晚，还没有形成系列化、配套化，尚未形成独立的产业，仍然

16、依附于汽车仪表企业。 众多轿车、轻型车及部分载货车中采用新的电子产品，需要大批量、高水平的汽车传感器，但国内现有最高水平的汽车传感器产品比国外同类产品落后10多年，每年要进口50万套以上的高性能汽车传感器。 许多传感器厂家为了增强产品的竞争力，采用与国外同行业进行合资经营的方式，消化吸收国外先进的传感器技术，使产品升级换代，从而逐步发展壮大，有的已成为几大“电喷”系统厂家的下游供应商。但绝大多数企业还只是配套生产其它车用传感器，处于利润少、产品单一、产品质量和技术水平低下的状况。 伴随着国内汽车产量的迅速增长，今后几年国内汽车工业对传感器及其配套变速器和仪表的需求亦将大大增加，实现汽车传感器国

17、产化势在必行。为适应这一形势，应重点开发新型压力、温度、流量、位移等传感器，尽快为汽车工业解决电喷系统、空调排污系统和自动驾驶系统所需的传感器是十分迫切的任务。汽车传感器对整车厂而言，是二级配套产品，必须以系统形式进入整车厂配套。一级系统配套商的实力关系到主机厂的品牌，所以必须建立系统平台，以系统带动传感器的发展。 1.4 汽车上的主要传感器 这里介绍汽车传感器的核心发动机控制传感器和几种传感器新产品。 1.4.1发动机控制传感器 发动机管理系统（简称EMS）其采用各种传感器，是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器

18、等。这些传感器将发动机吸入空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速等状况转换成电信号送入控制器，控制器将这些信息与储存信息比较、精确计算后输出控制信号。EMS不仅可以精确控制燃油供给量，以取代传统的化油器，而且可以控制点火提前角和带速空气流量等，极大地提高了发动机的性能。 通过喷油和点火的精确控制，可以降低污染物排放50%；如果采用氧传感器和三元催化转化器，在=1的一个狭小范围内可以降低排放达90%以上。在带速调节范围内，由于采用了带速调节器，带速转速降低约l00r/min到150r/min，使油耗下降3%4%。如果采用爆震控制，在满负荷范围内可提高发动机功率3%5%，可适应不同品质的燃油。 1

19、.4. 2胎压监测传感器 胎压监测系统是在每一个轮框内安装微型压力传感器来测量轮胎的气压，并通过无线发射器将信息传到驾驶前方的监视器上。轮胎压力太低时，系统会自动发出警报，提醒驾驶员及时处理。这样不但可以确保汽车在行驶中的安全，还能保护胎面，延长轮胎使用寿命并达到省油的目的。 轮胎智能监测系统的特色在于每个轮胎上均装有车压传感器及无线发射系统，它们能够精确地测量轮胎的气压和温度并将这些信息通过无线信号传输到安装在车内的接收器上。该系统让您领略轮胎智能监测的卓越品质。本系统胎压压力传感器采用压电原理，并在传感器的控制上采用加密技术，从而也可提高汽车的安全附加值。 根据美国汽车工程师学会统计，美国

20、每年约有26万起交通事故是由于轮胎气压偏低或漏气造成的；而每年75%的轮胎故障是由于轮胎漏气或充气不足所引起的。由于上述的原因，美国立法规定新车必须安装轮胎压力监测系统。 1.4. 3氧化传感器 冷车运转时的发动机所排放的CO和HC是最多的，这就要求氧传感器尽快起动进入闭环控制状态。 NGK火花塞有限公司研制出一种新型氧传感器，它能在15s内达到闭环控制。通过缩小加热区和降低阻抗，改进了传感器的加热装置。由于采用新材料和新的温控系统，使加热器的寿命与现有类型相近，改善了低温特性。1.4.4 NOx净化的传感器 目前全球对于氮氧化物（NOx）、粒子状物质（PM）等柴油车尾气的限制越来越严格。在日

21、本国内，继2003年的新短期尾气排放限制标准之后，预定于2005年推出新长期尾气排放限制标准。要想应对这种限制，只改进柴油引擎的燃烧方式显然不够，因此后处理技术越来越受重视。选择还原催化剂（SCR)法是NOx净化技术之一，可以选择性地将尾气中的NOx吸附于催化剂，通过向催化剂喷射尿素，以还原反应将NOx分解成氮和水并排放。三井金属矿业开发的就是尿素SCR中需要的传感器，可检测SCR所需的尿素水的剂量是否合适。这种传感器对于还原剂使用尿素水的氮氧化物（NOx）净化装置必不可少。 1.4.5汽车ABS传感器 ABS的主要作用是改善整车的制动性能，提高行车安全性，防止在制动过程中车轮抱死（即停止滚动

22、），从而保证驾驶员在制动时还能控制方向，并防止后轴侧滑。其工作原理为：紧急制动时，依靠装在各车轮上高灵敏度的车轮转速传感器，一旦发现某个车轮抱死，计算机立即控制压力调节器使该轮的制动分泵泄压，使车轮恢复转动，达到防止车轮抱死的目的。ABS的工作过程实际上是“抱死松开抱死松开”的循环工作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态，有效克服紧急制动时由车轮抱死产生的车辆跑偏现象，防止车身失控等情况的发生。 ABS的种类可分机械式和电子式两种。机械式ABS结构简单，主要利用其自身内部结构达到简单调节制动力的效果。该装置工作原理简单，没有传感器来反馈路面摩擦力和轮速等信号，完全依靠预先设定的数据来工作

23、，不管是积水路面、结冰路面或是泥泞路面和良好的水泥沥青路面，它的工作方式都是一样的。严格地说，这种ABS只能叫做 “高级制动系统（Advanced Brake System）”。目前，国内只有一些低端的皮卡等车型仍在使用机械式ABS。 机械式ABS只是用部件的物理特性去机械的动作，而电子式ABS是运用电脑对各种数据进行分析运算从而得出结果的。电子式ABS由轮速传感器、线束、电脑、ABS液压泵、指示灯等部件构成。能根据每个车轮的轮速传感器的信号，电脑对每个车轮分别施加不同的制动力，从而达到科学合理分配制动力的效果。最早的ABS系统为二轮系统。所谓二轮系统就是将ABS装在汽车的两个后轮上。由于两后

24、轮公用一条制动液压管路和一个控制阀，所以又称做“单通道控制系统”。这种系统是根据两个后车轮中附着力较小的车轮状态来选定制动压力，这被称为“低选原则”。也就是说，采用低选原则的ABS车辆的一个后轮有抱死趋势时，系统只能给两个后轮同时泄压。又由于前轮没有防抱死功能，因而，二轮系统难以达到最佳制动效果。 随着相关技术的发展，后来出现了“三通道控制系统”，该系统是在二轮系统基础上，将两前轮由两条单独的管路独立控制。虽然后轮还是采用“低选原则”，但由于实现了紧急制动时的转向功能及防止后轴侧滑的功能，所以这种系统具备了现代ABS的主要特点。至今，市面上还有车辆采用这种三通道控制的ABS系统。 目前，装备在

25、车辆上最常见的是四传感器四通道ABS系统，每个车轮都由独立的液压管路和电磁阀控制，可以对单个车轮实现独立控制。这种结构能实现良好的防抱死功能。1.5汽车传感器的发展趋势 随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，汽车传感器市场需求将保持高速增长，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。 微型传感器利用微机械加工技术，将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上，由于具有体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以明显提高系统测试精度。当前，该技术逐步成熟，可以制作检测力学量、磁学量、热学量等各种微型传感器。 多功能化是指一个传感

26、器能检测两个或两个以上的特征参数或者化学参数，从而减少汽车传感器的数量，提高系统的可靠性。 智能传感器是一种带微型计算机兼有检测、判断、信息处理等功能的传感器。与传统传感器相比，她具有很多特点。例如，她可以确定传感器工作状态，对测量资料进行修正，以便减少环境因素如温度引起的误差；用软件解决硬件难以解决的问题；完成资料计算与处理工作等等。世界各国都在车用传感器硬件的基础上，努力用软件来解决汽车电气干扰大、环境差（温度高、温度梯度大、污染厉害等）等问题造成的对汽车参数测量的影响。而且智能式传感器精度高、量程覆盖范围大、输出信号大、信噪比高、抗干扰性能好，有的还带有自检功能。不少汽车大公司在该方面进

27、行研制与开发，并取得了成就并加以应用。 其技术的发展方向是开展基础研究，发现新现象，采用新原理，开发新材料，采用新工艺；扩大传感器的功能与应用范围。开发新材料是发展汽车传感器技术的一个重要方向。由于材料科学的进步，在制造各种材料时，人们可以任意控制其成分，从而可以设计与制造出各种用于传感器的功能材料，例如控制半导体氧化物的成分，可以制造出各种气体传感器；光导纤维用于传感器是传感器功能材料的一个重大发现；引起专家关注。2 发动机传感器 电控发动机控制系统传感器本身故障和线路故障是造成电控系统故障的主要原因之一，因此掌握各组成部分及线路故障的检修方法极为重要。 传感器的检测方法:一般有在线检测和元

28、件单独检测两种。 元件单独检测:传感器拆下或其连接器脱开的情况下，对传感器内部情况进行检测。一般检测有关端子之间的电阻值或通断情况，常用万用表进行检测；在线检测:传感器在工作状态时检测有关端子的电压(主要检查供电电压和输出信号电压)及传感器和发动机ECU之间连线情况的综合检测，常用的工具有万用表、诊断仪、示波器等。2.1发动机冷却液温度传感器 发动机冷却液温度传感器简称水温传感器，它是双线的传感器，一般安装在发动机水套中与冷却液直接接触，用于检测发动机冷却液的温度。发动机ECU通过水温传感器信号修正喷油量和点火提前角。水温传感器内部是一个负温度系数的热敏电阻，温度低时电阻值大，而温度高时电阻值小。水温传感器和ECU的连接如图79所示。 如果水温传感器本身或其线路故障，将导致发动机冷车或热车起动困难、怠速不稳、耗油量和废气排放量增加。水温传感器的检修方法有：万用表检测 (1)在线检测脱开水温传感器插头，打开点火开关，但不要起动发动机。用万用表测量THW与E2端的电