汽車(chē)傳感器的分類(lèi)

1、汽車(chē)傳感器的分類(lèi)第1頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四傳感器及其特征基本概念：一個(gè)傳感器大部分情況下是把一個(gè)非電的被測(cè)量值轉(zhuǎn)換成一個(gè)電量值。常常也會(huì)把傳感器稱(chēng)為“轉(zhuǎn)換器”。它能把一個(gè)測(cè)量獲得的能量形式轉(zhuǎn)換成另一種能量形式。第2頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四這樣的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)通常不會(huì)是無(wú)錯(cuò)的，因?yàn)樗私邮盏奖粶y(cè)量值外，它還會(huì)接收到干擾量。典型的干擾量，例如傳感器的溫度漂移，或傳感器的供電電壓漂移，它們會(huì)影響輸出的電信號(hào)。傳感器輸入量輸出信號(hào)干擾量第3頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四傳感器靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性一個(gè)傳感器的靜態(tài)特性的可視描

2、述是它的特性曲線(xiàn)。它描述的傳感器的行為是不包括動(dòng)態(tài)效應(yīng)的，例如不涉及輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的延滯時(shí)間。第4頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四線(xiàn)性特性曲線(xiàn)第5頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四有門(mén)限的輸出信號(hào)第6頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四帶磁滯的非線(xiàn)性特性曲線(xiàn)X遞增時(shí)走曲線(xiàn)下邊，X遞減時(shí)走曲線(xiàn)上邊。第7頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四階躍式特性曲線(xiàn)第8頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四為了正確達(dá)到傳感器的指標(biāo)，除了一個(gè)基本的特性曲線(xiàn)的描述外，還要確定它的允許輸入值和允許輸出值的范圍。當(dāng)測(cè)

3、量信號(hào)處于允許值范圍以外時(shí)，傳感器的行為也必須被確定，這是為了保證有一個(gè)穩(wěn)定的汽車(chē)功能。第9頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四傳感器的需求小尺寸結(jié)構(gòu)和高靈活性。安裝與密封問(wèn)題外部安裝的傳感器對(duì)通常的汽車(chē)外部環(huán)境，熱的和化學(xué)的特性。從化學(xué)上，能防水、抗鹽水、抗清潔劑；同時(shí)對(duì)于石塊的撞擊不至于受損傷。第10頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四傳感器應(yīng)具備的特性持久的穩(wěn)定性（repeatability）精確性（accuracy）特定的工作范圍（operating range）具有線(xiàn)形特性（linearity）第11頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，

4、星期四傳感器接口感應(yīng)式傳感器電壓接口模擬量比例放大接口雙線(xiàn)接口三線(xiàn)接口傳感器在總線(xiàn)系統(tǒng)上的掛接第12頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四第13頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四感應(yīng)式傳感器電壓接口這個(gè)傳感器本身僅是一個(gè)轉(zhuǎn)換器，它的信號(hào)調(diào)理要在控制單元里完成。這類(lèi)傳感器的難點(diǎn)在于輸出電壓在極大范圍內(nèi)擺動(dòng)，在行車(chē)過(guò)程中，低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出僅幾毫伏，至高轉(zhuǎn)速時(shí)達(dá)十幾伏。第14頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四模擬量比例放大接口一個(gè)具有比例放大接口的傳感器，它產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)電壓與傳感器供電電壓成比例變化，傳感器供電電壓是由控制單元提供的。這個(gè)電壓也同

5、時(shí)用作為控制單元的A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓。如果這個(gè)電壓有所波動(dòng)，則傳感器的輸出信號(hào)電壓也隨之波動(dòng)，同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字化的基準(zhǔn)電壓也隨之波動(dòng)。第15頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四帶比例放大接口的傳感器原理圖第16頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四具有比例放大電壓接口的壓力傳感器的特性曲線(xiàn)左圖所示是一個(gè)壓力傳感器的特性曲線(xiàn)，傳感器具有比例放大電壓接口，圖上部和下部是兩個(gè)故障帶。這個(gè)壓力傳感器的信號(hào)調(diào)理把信號(hào)限制在供電電壓的10%和90%之間。第17頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四雙線(xiàn)接口具有雙線(xiàn)接口的傳感器的輸出信號(hào)是電流編碼（電

6、流數(shù)字信號(hào)）。4-8所示的是一個(gè)雙線(xiàn)接口的讀取原理圖。這樣的接口出現(xiàn)在，例如，車(chē)輪轉(zhuǎn)鎣傳感器上（參看）。信號(hào)齒輪（它的齒起磁極作用譯者注）提供的信號(hào)習(xí)期，通過(guò)傳感器的電流從I，變換到I。，然后再回到I。這里I-表示低電流水平，。為高電流水平(參看圖49(a)。除了電流水平的信息計(jì)數(shù)外，電流信號(hào)邊沿內(nèi)位置還有可能通過(guò)脈寬調(diào)制的方法繼續(xù)用于產(chǎn)生附加信息(參看圖4 -9(b)，4-I(。)，附加信息可以是車(chē)輪旋轉(zhuǎn)方向，或者是傳感器的一個(gè)解調(diào)信息。第18頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四第19頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四第20頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月

7、20日，9點(diǎn)3分，星期四可以對(duì)產(chǎn)生的離散信號(hào)進(jìn)行編碼（計(jì)算脈沖數(shù)），這個(gè)脈沖是借助于車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的。除了這種測(cè)量方法外，連續(xù)量還可以通過(guò)固定頻率在脈沖“脈寬”( Duty-Cycle，也稱(chēng)有荷區(qū))上進(jìn)行計(jì)數(shù)，脈寬比（占空比譯者注）D由下式計(jì)算出來(lái)。雙線(xiàn)接口的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)線(xiàn)傳輸損耗很小，控制單元內(nèi)布線(xiàn)又十分簡(jiǎn)單。通過(guò)雙絞電纜接駁的雙線(xiàn)接口使傳感器對(duì)抗電磁場(chǎng)的干擾十分強(qiáng)壯。第21頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四三線(xiàn)接口三線(xiàn)接口根據(jù)輸出三極管的線(xiàn)路常常被稱(chēng)為“開(kāi)路集電極接口”( Open-Collector-Interface)，或“開(kāi)路漏極接口”(Open-Drain-In

8、terface)。圖4-10所示的是這種接口的線(xiàn)路圖，當(dāng)輸出三極管截止時(shí)，控制單元內(nèi)的上拉電阻把電壓US拉升到線(xiàn)路電壓Up。如果輸出三極管導(dǎo)通，三極管內(nèi)阻相對(duì)于上拉電阻小很多，它把輸出電壓拉到地線(xiàn)上。與雙線(xiàn)接口類(lèi)似，同樣可以在脈寬上，進(jìn)行離散信息編碼，連續(xù)量信息編碼，或是頻率信號(hào)編碼。第22頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四Us為傳感器信息，UP是加在上拉電阻RP上的線(xiàn)路電壓，UV是傳感器供電電壓，輸出三極管也可以用場(chǎng)效應(yīng)管第23頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四三線(xiàn)接口的優(yōu)點(diǎn)特別體現(xiàn)在，通過(guò)外部上拉電阻的調(diào)整，可以調(diào)整信號(hào)邊沿的陡峭度。基于這個(gè)本質(zhì)，系

9、統(tǒng)可優(yōu)化地調(diào)節(jié)電磁感應(yīng)關(guān)系曲線(xiàn)，使它的斜度達(dá)到要求的精度。與雙線(xiàn)接口相反，其缺點(diǎn)是接插件和電纜的成本提高了。第24頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速箱轉(zhuǎn)速、曲軸位置、加速踏板位置和制動(dòng)踏板位置中采用三線(xiàn)接口。第25頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四傳感器在總線(xiàn)系統(tǒng)上的掛接隨著汽車(chē)中網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的增加， 以及傳感器信號(hào)在不同系統(tǒng)里多重聯(lián)網(wǎng)的情況的增加，現(xiàn)開(kāi)發(fā)了很多新的傳感器，其自身內(nèi)部集成了總線(xiàn)接口。總線(xiàn)上通信方法的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在大大降低了接插件和電纜的成本。第26頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四第27頁(yè)，共42頁(yè)，2022年

10、，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四由于加入到總線(xiàn)系統(tǒng)中，大大地提高了傳感器的靈活性，使得各種型號(hào)汽車(chē)都能輕松地安裝這同一個(gè)高配置的器件，因?yàn)樽鳛橐豢偩€(xiàn)模塊通常無(wú)需再進(jìn)行特別的修改，無(wú)需特別訂貨。從另一角度看，接人總線(xiàn)系統(tǒng)一般而言會(huì)提高總系統(tǒng)的成本，最典型的原因是因?yàn)橐蟮奈⒖刂茊卧蔷哂锌偩€(xiàn)系統(tǒng)邏輯的，它的成本高一些。另外，物理上的實(shí)現(xiàn)需要專(zhuān)門(mén)的“收發(fā)器”( Transceiver)，以及專(zhuān)門(mén)用于接收器和發(fā)送器的網(wǎng)絡(luò)布線(xiàn)。同時(shí)還應(yīng)注意到，接人總線(xiàn)系統(tǒng)通常會(huì)提高系統(tǒng)的復(fù)雜性，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案的可能性數(shù)量與簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)接相比要高得多。因而，潛在的、未被檢測(cè)出的故障率會(huì)變大。現(xiàn)今汽車(chē)中采用的大多是CA

11、N-Bus總線(xiàn)，CAN-Bus總線(xiàn)是一個(gè)“不確定”的總線(xiàn)系統(tǒng)，也就是說(shuō)，它沒(méi)有什么特別措施保證它的實(shí)時(shí)性。它依賴(lài)于總系統(tǒng)功能的檢測(cè)，確保在各種總線(xiàn)負(fù)荷下其響應(yīng)時(shí)間足夠快。CAN-Bus總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接了轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，用于行駛動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。第28頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四汽車(chē)用傳感器的分類(lèi)速度傳感器溫度傳感器流量傳感器壓力傳感器位置傳感器其他傳感器第29頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四種類(lèi)形式應(yīng)用速度傳感器電磁線(xiàn)圈式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器（RPM）曲軸轉(zhuǎn)角傳感器（CPS）汽缸位置傳感器（CYL、TDC）輪速傳感器車(chē)速傳感器霍爾效應(yīng)式光電式溫

12、度傳感器熱敏電阻式水溫傳感器（ECT）進(jìn)氣溫度傳感器（IAT、ACT）雙金屬式1熱時(shí)開(kāi)關(guān)鐵氧體式1水溫開(kāi)關(guān)流量傳感器流量計(jì)式1空氣流量計(jì)（MAF）加熱電阻式熱線(xiàn)式、熱膜式卡門(mén)渦流式壓力傳感器壓容式1進(jìn)氣歧管壓力傳感器（MAP）壓阻式機(jī)油壓力開(kāi)關(guān)MAP爆震傳感器壓電感應(yīng)式1爆震傳感器壓力傳感器二氧化鋯型躍變式氧傳感器空燃比傳感器二氧化鈦型空燃比傳感器稀薄空燃比（LAF）傳感器位置傳感器線(xiàn)型節(jié)氣門(mén)位置傳感器1節(jié)氣門(mén)位置傳感器霍爾元件型節(jié)氣門(mén)位置傳感器線(xiàn)型油門(mén)踏板位置傳感器1油門(mén)踏板位置傳感器霍爾元件型油門(mén)踏板位置傳感器EGR位置傳感器1EGR位置傳感器第30頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9

13、點(diǎn)3分，星期四種類(lèi)形式應(yīng)用速度傳感器電磁線(xiàn)圈式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器（RPM）曲軸轉(zhuǎn)角傳感器（CPS）汽缸位置傳感器（CYL、TDC）輪速傳感器車(chē)速傳感器霍爾效應(yīng)式光電式溫度傳感器熱敏電阻式水溫傳感器（ECT）進(jìn)氣溫度傳感器（IAT、ACT）雙金屬式1熱時(shí)開(kāi)關(guān)鐵氧體式1水溫開(kāi)關(guān)流量傳感器流量計(jì)式1空氣流量計(jì)（MAF）加熱電阻式熱線(xiàn)式、熱膜式卡門(mén)渦流式壓力傳感器壓容式1進(jìn)氣歧管壓力傳感器（MAP）壓阻式機(jī)油壓力開(kāi)關(guān)MAP爆震傳感器壓電感應(yīng)式1爆震傳感器壓力傳感器二氧化鋯型躍變式氧傳感器空燃比傳感器二氧化鈦型空燃比傳感器稀薄空燃比（LAF）傳感器位置傳感器線(xiàn)型節(jié)氣門(mén)位置傳感器1節(jié)氣門(mén)位置傳感器霍爾元件型

14、節(jié)氣門(mén)位置傳感器線(xiàn)型油門(mén)踏板位置傳感器1油門(mén)踏板位置傳感器霍爾元件型油門(mén)踏板位置傳感器EGR位置傳感器1EGR位置傳感器第31頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四電磁線(xiàn)圈式傳感器當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由低磁阻金屬制成的圓盤(pán)轉(zhuǎn)輪跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)輪上的凸齒便會(huì)周期性的切割由永久磁鐵形成的磁場(chǎng)，磁力線(xiàn)回路因此便會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)散或集中的變化（即磁阻的增減），此變化使繞于其上的線(xiàn)圈感應(yīng)出不同方向的電壓。電壓信號(hào)會(huì)因轉(zhuǎn)速的加快而增大并且頻率加快，反之，則電壓信號(hào)變慢且變小。第32頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四電磁線(xiàn)圈式傳感器當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由低磁阻金屬制成的圓盤(pán)轉(zhuǎn)輪跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)

15、，在轉(zhuǎn)輪上的凸齒便會(huì)周期性的切割由永久磁鐵形成的磁場(chǎng)，磁力線(xiàn)回路因此便會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)散或集中的變化（即磁阻的增減），此變化使繞于其上的線(xiàn)圈感應(yīng)出不同方向的電壓。電壓信號(hào)會(huì)因轉(zhuǎn)速的加快而增大并且頻率加快，反之，則電壓信號(hào)變慢且變小。第33頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四電磁線(xiàn)圈式傳感器的信號(hào)特點(diǎn)輸出的電壓和頻率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而改變。波形的上下波動(dòng)應(yīng)在0V電位的上下基本對(duì)稱(chēng)。每一個(gè)最大峰值電壓應(yīng)差不多，若某一峰值電壓低于其他，則應(yīng)檢查觸發(fā)輪是否有缺角或偏心。每一個(gè)最小峰值電壓應(yīng)差不多，若某一峰值電壓高于其他，則應(yīng)檢查觸發(fā)輪是否有缺角或偏心。第34頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月2

16、0日，9點(diǎn)3分，星期四霍爾傳感器1879年，就讀于美國(guó)霍普金斯大學(xué)研究所的霍爾從研究中發(fā)現(xiàn)，在導(dǎo)體上流過(guò)與磁場(chǎng)方向垂直的電流時(shí)，導(dǎo)體便會(huì)產(chǎn)生出一微小電壓（霍爾電壓），霍爾電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。這便是著名的霍爾效應(yīng)。第35頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四霍爾傳感器霍爾效應(yīng)裝置常使用在汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)中，霍爾效應(yīng)裝置可以為晶體管點(diǎn)火系統(tǒng)提供觸發(fā)信號(hào)。通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)上的遮罩提供一低磁阻的磁路，可使磁力線(xiàn)不流過(guò)霍爾半導(dǎo)體元件。通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾元件可送出連續(xù)的方波信號(hào)。第36頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四光電式傳感器在回轉(zhuǎn)傳感器內(nèi)有兩個(gè)LED(發(fā)光二極管) 及

17、兩個(gè)光電晶體管.傳感器安裝在分電器內(nèi).帶長(zhǎng)形孔的圓盤(pán)安裝在分電器軸上,隨分電器軸旋轉(zhuǎn). 傳感器里的兩個(gè)LED將光從槽的一側(cè)照向另一側(cè),而另一側(cè)的光電晶體管則可檢測(cè)到LED所射過(guò)來(lái)的光.隨分電器軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形盤(pán)上的長(zhǎng)形孔可以讓光通過(guò),但孔與孔間的部分則會(huì)阻止光的通過(guò).因此,當(dāng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí),LED的光便會(huì)產(chǎn)生出連續(xù)的交替信號(hào).第37頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四霍爾與光電式傳感器的特點(diǎn)在檢測(cè)時(shí)，應(yīng)注意其以下幾個(gè)特點(diǎn)。輸出電壓的幅值不變，頻率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化而改變。波形的水平上限應(yīng)達(dá)到參考電壓，水平下限應(yīng)幾乎達(dá)到地電位，若離地電位太高，說(shuō)明電阻太大或接地不良。電壓的峰-峰值應(yīng)

18、等于參考電壓。電壓的轉(zhuǎn)變應(yīng)是垂直的直線(xiàn)。第38頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四AMR傳感器用作轉(zhuǎn)速傳感器基于AMR的車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器的作用過(guò)程，輸入量是車(chē)輪轉(zhuǎn)角，傳感齒輪產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)角變化，調(diào)制了傳感器處的磁場(chǎng)。通常有4個(gè)AMR電阻組成一個(gè)電橋，電橋輸出的電信號(hào)在下級(jí)電路里進(jìn)行偏移校正和放大。一個(gè)比較器產(chǎn)生開(kāi)關(guān)脈沖， 使電流由I1=7mA到Ih=4mA來(lái)回跳變，形成輸出電流信號(hào)。第39頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四基于AMR的車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器的作用過(guò)程第40頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四IO微機(jī)械傳感器的制造微機(jī)械傳感器當(dāng)前在汽車(chē)?yán)锉淮罅繎?yīng)用，它被稱(chēng)為MEMS技術(shù)(Mikro-Elekt，omechamische Sysem)，全面翻譯是“微型電子機(jī)械系統(tǒng)”。它是由一個(gè)機(jī)械傳感器和一個(gè)電氣信號(hào)輸出單元組成的，這個(gè)機(jī)械傳感器小于幾平方毫米。一個(gè)單件的傳感器構(gòu)件的典型尺寸僅為幾微米或更小。第41頁(yè)，共42頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)3分，星期四雨水傳感器一個(gè)紅外發(fā)光二極管(LED)發(fā)射出紅外光束，通過(guò)擋風(fēng)玻璃上的棱鏡后被接收。窗玻璃干燥時(shí)，光束在一個(gè)平面