汽车传感器概述bwny.pptx

汽车汽车传感器传感器 汽车传感器概述汽车传感器概述第一节第一节 汽车传感器的使用范围汽车传感器的使用范围 第二节第二节 汽车传感器的分类汽车传感器的分类1概概 述述汽车传感器是汽车电子技术领域研究的汽车传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容核心内容之一。之一。汽车传感器是汽车汽车传感器是汽车仪表系统仪表系统和和电子控制系统电子控制系统的的信息源信息源，是汽车电子控制系统的关键部件。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。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，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。每年全球的车用传感器需求量将达到十多亿只。汽车传感器汽车传感器工作机理工作机理通常是利用物理、化学的原理和通常是利用物理、化学的原理和效应，如效应，如磁电效应磁电效应、霍耳效应霍耳效应、压电效应压电效应、光电效应光电效应、光光敏电阻效应敏电阻效应、电致发光电致发光、热电效应热电效应、热电阻效应热电阻效应等等2第一节第一节 汽车传感器的使用范围汽车传感器的使用范围一、用于汽车指示仪表系统一、用于汽车指示仪表系统微微处处理理器器A/DA/D存储器存储器D/A车车速速传感器传感器油油箱箱传感器传感器D/A车速表车速表燃油液位燃油液位指示仪表指示仪表例例 车速表及燃油液位指示仪表车速表及燃油液位指示仪表目的目的：用于了解汽车工作状况。：用于了解汽车工作状况。3车速里程表车速里程表发动机转速表发动机转速表机油压力表机油压力表气压力表气压力表燃油表燃油表冷却液温度表冷却液温度表汽车上常用的仪表有：汽车上常用的仪表有：这些仪表通常与这些仪表通常与各种信号灯一起安装各种信号灯一起安装在仪表板上，称为组在仪表板上，称为组合仪表。合仪表。4例例 老式磁感应式车速里程表老式磁感应式车速里程表由变速器经由变速器经软轴软轴驱动。驱动。5仪表驱动软轴仪表驱动软轴6组组成成：传传感感器器、信信号号处处理理电电路路、车车速速表表和和里里程程表表。例例电子式车速里程表电子式车速里程表7二、用于二、用于汽车电子控制系统汽车电子控制系统给定值给定值传感器传感器A/D转换器转换器D/A转换器转换器执执行行机机构构被被控控对对象象控制器控制器被控参数被控参数 微型计算机微型计算机电子控制系统的基本框图电子控制系统的基本框图汽车电子控制系统主要由汽车电子控制系统主要由传感器传感器、电子控制器电子控制器(ECU)、执行机构执行机构和和程序软件程序软件等部分组成，与汽车的机械、动力、安等部分组成，与汽车的机械、动力、安全等系统配合使用。全等系统配合使用。目的目的：控制汽车运行状态。：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：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；传动系统与操纵控制系统；2.安全控制系统；安全控制系统；3.辅助控制系统；辅助控制系统；4.总线控制与车辆局域网系统。总线控制与车辆局域网系统。1.发动机控制系统；发动机控制系统；2.底盘控制系统；底盘控制系统；3.电子安全系统；电子安全系统；4.信息通讯系统。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。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：汽车电子控制系统也可以划分为：三、汽车电子控制系统三、汽车电子控制系统91.1.发动机控制发动机控制ECU空气流量计空气流量计 发动机转速传感器发动机转速传感器节气门位置传感器节气门位置传感器冷却水温传感器冷却水温传感器进气温度传感器进气温度传感器曲轴位置传感器曲轴位置传感器车速传感器车速传感器爆震传感器爆震传感器氧传传感器氧传传感器启动信号启动信号空调开关空调开关传感器传感器控制系统控制系统电子燃油喷射电子燃油喷射电子点火控制电子点火控制怠速控制怠速控制故障自诊断故障自诊断排放控制排放控制其它辅助控制其它辅助控制I/O输输入入回回路路CPU存储器存储器A/D输输出出回回路路增压控制增压控制进气控制进气控制10发动机控制的子系统发动机控制的子系统空气流量计空气流量计节气门体节气门体喷油器喷油器控制单元控制单元ECU空气空气消声器消声器气气油油泵泵气油气油电控燃油喷射工作演示电控燃油喷射工作演示11例：桑塔纳例：桑塔纳20002000轿车发动机汽油喷射系统轿车发动机汽油喷射系统 油箱油箱汽油泵汽油泵燃燃油油滤清器滤清器压力调节器压力调节器电控单元电控单元ECU冷起动阀冷起动阀节气门节气门开关开关节气门节气门辅助空气阀辅助空气阀油压调节器油压调节器喷油器喷油器燃燃油油分配器分配器空气温度空气温度传感器传感器氧传感器氧传感器曲轴转角曲轴转角传感器传感器转速传感器转速传感器空气流量空气流量传感器传感器水水温温传感器传感器12转转速速I/OCPU曲轴位置曲轴位置负负荷荷爆爆震震温温度度I/O信信号号预预处处理理A/D转转换换RAMROM点火线圈点火线圈点点火火控控制制装装置置火火花花塞塞电子控制点火系统的基本组成电子控制点火系统的基本组成13电子控制点火系统电子控制点火系统(ESA)(ESA)的框图的框图传感器传感器ECU执行器执行器14(2)电控点火系统电控点火系统(ESA)(1)电控燃油喷射系统电控燃油喷射系统(EFI)1)喷油量控制、喷油量控制、2)喷油正时控制喷油正时控制3)怠速控制怠速控制(ISC)4)冷起动喷油控制冷起动喷油控制5)断油控制断油控制主要控制项目：主要控制项目：EFI与与ESA的的主要传感器主要传感器：空气流量计空气流量计进气温度传感器进气温度传感器发动机转速传感器发动机转速传感器曲轴位置传感器曲轴位置传感器冷却水温传感器冷却水温传感器节气门位置节气门位置传感器传感器爆震传感器爆震传感器氧传传感器氧传传感器1)点火提前角控制点火提前角控制2)闭合角控制闭合角控制3)爆燃控制爆燃控制主要控制项目：主要控制项目：15怠速控制怠速控制(3)怠速控制怠速控制(ISC)16例例丰田汽车发动机控制系统丰田汽车发动机控制系统(TCCS系统系统)17(4)进气增压控制进气增压控制谐振增压控制系统谐振增压控制系统18奔驰奔驰SLK（R171）新发动机所采用的进气歧管长度可变）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。流的进气歧管长度可变机构的设计。19可可变气门正时变气门正时 (VVT,VariableValveTiming)(5)进气正时控制进气正时控制20(6)发动机排放污染控制发动机排放污染控制1.起动开关起动开关传感器传感器4.水温传感器水温传感器2.怠速开关怠速开关3.曲轴位置传感器曲轴位置传感器废气再循环控制系统废气再循环控制系统(EGR)21联合联合信息信息传感传感系统系统中中 央央处理器处理器ECU悬架控制悬架控制传动控制传动控制制动控制制动控制驱动控制驱动控制转向控制转向控制其它系统其它系统车辆动力性车辆动力性车辆经济性车辆经济性车辆稳定性车辆稳定性车辆安全性车辆安全性车辆操纵性车辆操纵性车辆舒适性车辆舒适性其它性能其它性能一体化底盘控制系统一体化底盘控制系统2.2.底盘控制底盘控制实现实现22(1)电控自动变速器电控自动变速器(ECT)节气门位节气门位置传感器置传感器转速传感器转速传感器23自动变速器电子控制系统自动变速器电子控制系统24无级变速无级变速 CVT25(2)防抱死制动系统防抱死制动系统(ABS)26(3)驱动防滑转控制系统驱动防滑转控制系统(ASR)ABS与与ASR都是通过控制作用于车轮上的转矩而实现都是通过控制作用于车轮上的转矩而实现滑移率控制。现代车辆滑移率控制。现代车辆ABS/ASR系统将系统将ABS与与ASR控制实控制实现资源共享、互为补充，形成现资源共享、互为补充，形成ABS/ASR综合控制系统。综合控制系统。ECU轮轮速速信信号号节节气气门门信信号号制动踏板信号制动踏板信号加速踏板信号加速踏板信号轮缸压力轮缸压力调节器调节器节气门开度节气门开度调节器调节器指示信号指示信号发动机发动机车车轮轮驾驶员驾驶员27(4)电控动力转向电控动力转向(ECPS)28(5)电控悬架电控悬架传感器：传感器：车身加速度、位移；车速；转角等传感器车身加速度、位移；车速；转角等传感器29(6)巡航控制巡航控制(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。置。巡航控制系统又称为巡航控制系统又称为巡航行驶装置巡航行驶装置、速度控制系统速度控制系统、自自动驾驶系统动驾驶系统。1）车速传感器）车速传感器：专用于：专用于CCS的车速传感器一般安装在汽的车速传感器一般安装在汽车变速器输出轴上。车变速器输出轴上。2）节气门传感器）节气门传感器：节气门传感器：节气门传感器CCS与与EFI共用。共用。3）节气门控制摇臂传感器）节气门控制摇臂传感器：是：是CCS专用的传感器。其作专用的传感器。其作用是对电控单元提供节气门控制摇臂位置的电信号，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。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则利用雷达或其他监测设备雷达或其他监测设备扮演司机的角色扮演司机的角色 ，前方慢，后，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。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主动式巡航控制系统31丰田丰田PRIUS轿车巡航控制系统轿车巡航控制系统巡航控制巡航控制系统按钮系统按钮 323.3.安全行驶控制安全行驶控制(1)安全气囊系统安全气囊系统(SRS)安全气囊系统安全气囊系统一般由传感器、电控单元一般由传感器、电控单元(ECU)、气囊模、气囊模块块、监控装置、储备电源监控装置、储备电源等组成。等组成。传感器包括：传感器包括：碰撞传感器碰撞传感器检测汽车的碰撞，检测汽车的碰撞，安全传感器安全传感器防止气囊误胀开。防止气囊误胀开。传感器传感器ECU气体发生器气体发生器气囊气囊PSBPSB：安全带预紧装置：安全带预紧装置DABDAB：驾驶员气囊驾驶员气囊PABPAB：是乘员气囊是乘员气囊33双气囊系统双气囊系统34多气囊系统多气囊系统35(2)防撞系统防撞系统 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。车制动器将汽车停住。1)1)行车防撞控制系统行车防撞控制系统传传感感器器36测距范围：可达测距范围：可达150米的米的,车速的调节范围：从车速的调节范围：从30km/h到到180km/h。德尔福德尔福(TRW)77-GHz雷达测距系统雷达测距系统372)2)倒车防撞报警系统倒车防撞报警系统倒车雷达倒车雷达：又称：又称泊车辅助系统泊车辅助系统，汽车倒车时，显示车后障汽车倒车时，显示车后障 碍物的距离，有效地防止倒车事故发生。碍物的距离，有效地防止倒车事故发生。采采用用超超声声波波测测距距，当当超超声声波波遇遇到到障障碍碍物物时时产产生生回回波波，传传感感器器接接收收到到回回波波信信号号后后经经控控制制器器处处理理，判断障碍物位置。判断障碍物位置。1.1.工作原理工作原理38由由超声波传感器超声波传感器、电子处理单元电子处理单元、报警装置报警装置等组成。等组成。2.2.组成组成39超声波传感器（探头）超声波传感器（探头）40超声波探头安装超声波探头安装4142随动转向大灯随动转向大灯在转向时不断对大在转向时不断对大灯进行动态调节，灯进行动态调节，保持与汽车的当前保持与汽车的当前行驶方向一致，以行驶方向一致，以确保对前方道路提确保对前方道路提供最佳照明，增强供最佳照明，增强了黑暗中驾驶的安了黑暗中驾驶的安全性。全性。前照灯的自动开关、自动调光系统、前照灯的自动开关、自动调光系统、随动转向大灯随动转向大灯(3)前照灯控制前照灯控制434.4.信息系统信息系统汽车电子仪表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。警信号装置。(1)信息的显示与报警信息的显示与报警44(2)语音提示语音提示(3)车辆定位与导航车辆定位与导航GPSGPS卫星卫星接收接收GPSGPS定位信号定位信号与监控中心进行数据交换与监控中心进行数据交换汽车导航系统两大功能：汽车导航系统两大功能：汽车导航系统两大功能：汽车导航系统两大功能：车辆追踪、驾驶指南车辆追踪、驾驶指南车辆追踪、驾驶指南车辆追踪、驾驶指南GPS45465.5.舒适性系统舒适性系统(1)电控自动空调电控自动空调汽车空调自动控制系统示意图汽车空调自动控制系统示意图47(2)电控座椅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，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。适应，满足乘客的舒适性要求。4849(3)电动门窗控制电动门窗控制驾驶席防夹电动门窗驾驶席防夹电动门窗506.安全防盗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。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、子控制防盗火系统关断装置、电子报警器、机械防盗锁、子控制防盗系统系统GPS车载定位防盗系统能对汽车进行实时监控、自动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。时追踪保留车辆三个月行车路线。GPS车载定位防盗系统车载定位防盗系统51GPS车载定位防盗系统车载定位防盗系统52第二节第二节 汽车传感器的分类汽车传感器的分类 能够接受规定的能够接受规定的被测量被测量，并按一定的规律转换成输出，并按一定的规律转换成输出信号的信号的器件器件或或装置装置，通常由，通常由敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组成。组成。转换元件转换元件：传感器中能将传感器中能将敏感元件感受的或响应的被测量敏感元件感受的或响应的被测量 转换为转换为电量电量的部分。的部分。1.1.国家标准国家标准GB7665-87对传感器的定义是：对传感器的定义是：敏感元件敏感元件：传感器中能直接感受或响应传感器中能直接感受或响应被测量被测量的部分。的部分。被被 测测 量：量：汽车汽车传感器的传感器的被测量通常为：被测量通常为：力学量、热力学力学量、热力学 量和部分化学量、电学量。量和部分化学量、电学量。53力力学学量量热力学量热力学量其其它它检测量检测量单单位位检测量检测量单单位位检测量检测量单单位位位置或位移位置或位移M温度温度K C气体成分气体成分mol速度速度m/s气体浓度气体浓度mol压力压力KPaMPa加速度加速度m/s2电流电流A转角或角转角或角位移位移 rad流量流量kg/sm3/s转速转速r/min真空度真空度Pa力力N转矩转矩Nm湿度湿度爆震爆震Pa汽车传感器的被测量汽车传感器的被测量541.1.汽车传感器的分类汽车传感器的分类(1)(1)按能量关系分类按能量关系分类主动型：主动型：传感器传感器无需外加输入电源无需外加输入电源。如：磁电、热电、。如：磁电、热电、压电、光电等。压电、光电等。被动型：被动型：传感器需传感器需外加输入电源外加输入电源。如：电阻、电容、电。如：电阻、电容、电感、磁阻、热阻等。感、磁阻、热阻等。(2)(2)按信号转换分类按信号转换分类非电量非电量转换成另一种转换成另一种非电量非电量，如：弹性敏感元件、气动，如：弹性敏感元件、气动传感器传感器非电量非电量转换成转换成电量，电量，如：热电阻、热电偶、压电式。如：热电阻、热电偶、压电式。55(4)(4)按工作原理分类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。式、压电式、热电式等。(6)(6)按使用功能分类按使用功能分类分为用于分为用于了解了解汽车工作状况；用于汽车工作状况；用于控制控制汽车运行状态；汽车运行状态；(3)(3)按按输入量输入量分类分类(5)(5)按输出信号分类按输出信号分类输出量有输出量有模拟量模拟量和和数字量数字量两类传感器。两类传感器。汽车传感器种类很多，实际应用汽车传感器种类很多，实际应用一般按一般按传感器输入传感器输入量，量，即即传感器的被测量传感器的被测量分类分类。如温度、压力、转速等。如温度、压力、转速等。56传感器传感器检检 测测 工工 况况 或或 参参 数数位位 置置传感器传感器排气再循环阀开度、油门踏板位置、燃油箱液排气再循环阀开度、油门踏板位置、燃油箱液面位置、汽车高度、海拔高度等。面位置、汽车高度、海拔高度等。转转 角角传感器传感器节气门位置、曲轴转角、方向盘转角、前轮转节气门位置、曲轴转角、方向盘转角、前轮转角等。角等。转转 速速传感器传感器检测检测曲轴转速、车轮转速等。曲轴转速、车轮转速等。速速 度度加速度加速度传感器传感器检测车速（绝对值）、加速度。检测车速（绝对值）、加速度。力学量传感器在汽车上的应用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热力学量传感器在汽车上的应用传感器传感器检检 测测 工工 况况 或或 参参 数数温温 度度传感器传感器冷却液温度、进气温度、燃油温度、排气口和冷却液温度、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。排气管的温度、空调蒸发器和冷凝器温度等。压压 力力传感器传感器进气岐管压力、燃油压力、机油压力、增压压进气岐管压力、燃油压力、机油压力、增压压力、自动变速器油压、大气压力等。力、自动变速器油压、大气压力等。流流 量量传感器传感器吸入吸入空气流量、燃油流量、废气再循环流量、空气流量、燃油流量、废气再循环流量、制冷剂流量等。制冷剂流量等。液液 量量传感器传感器燃油量、燃油量、冷却液冷却液量、量、机油机油量、制动量、制动液液量等。量等。气体浓度气体浓度传感器传感器氧气、二氧化碳、氧气、二氧化碳、NOx、HC、柴油烟度。、柴油烟度。58汽车传感器工作环境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、高温、低温、振动、冲击、潮湿、蒸汽、盐雾、腐蚀、油泥污染。油泥污染。2.2.汽车传感器的性能要求汽车传感器的性能要求1）环境的）环境的适应性适应性；2）工作的）工作的稳定性稳定性和和可靠性可靠性；关键是；关键是可靠性可靠性；3）检测的）检测的精度精度和和重复性重复性；4）小型化、便于安装、易于检测识别；）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。）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汽车传感器的性能要求593.3.汽车传感器的选用原则汽车传感器的选用原则指指 标标传传 感感 器器 指指 标标 定定 义义量量 程程被检测量上限和下限的代数差。被检测量上限和下限的代数差。灵敏度灵敏度输出变化值与被测量的变化值之比。输出变化值与被测量的变化值之比。分辨率分辨率检测出被测量的最小变化值。检测出被测量的最小变化值。误误 差差检测值与被测量的真实值之差。检测值与被测量的真实值之差。重复性重复性重复测量时，测量结果的一致性。重复测量时，测量结果的一致性。过过 载载允许检测被测量的最大值。允许检测被测量的最大值。可靠度可靠度规定条件下，传感器正常工作的可能性。规定条件下，传感器正常工作的可能性。线性度线性度输入输入/输出曲线与其拟合直线之间的偏差度。输出曲线与其拟合直线之间的偏差度。响应时间响应时间接受阶跃输入信号，传感器输出值达到稳定值接受阶跃输入信号，传感器输出值达到稳定值的最小规定百分数的最小规定百分数(如如95)时所需的时间。时所需的时间。60低油位报警器低油位报警器油位传感器油位传感器部分汽车传感器的实物图片部分汽车传感器的实物图片61水温传感器水温传感器汽车用压力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膜式汽车空气流量传感器热线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阀体总成节气门位置传感器节气门位置传感器 64凸轮轴传感器凸轮轴传感器曲轴位置传感器曲轴位置传感器65汽车氧传感器汽车氧传感器66汽车爆震传感器汽车爆震传感器汽车超声传感器汽车超声传感器67