汽車(chē)傳感器原理與應(yīng)用 課件 第4、5章 汽車(chē)動(dòng)力控制系統(tǒng)傳感器、汽車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng)傳感器

汽車(chē)動(dòng)力控制系統(tǒng)傳感器第4章4.1概述汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器、半軸、車(chē)輪等零部件系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力，先經(jīng)過(guò)離合器，由變速器變扭和變速后，經(jīng)傳動(dòng)軸把動(dòng)力傳遞到主減速器上，最后通過(guò)差速器和半軸把動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上。電動(dòng)汽車(chē)的整體結(jié)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)、能源和輔助子系統(tǒng)組成。電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、控制器等構(gòu)成，控制器通過(guò)控制加速踏板幅度、制動(dòng)踏板幅度、車(chē)速等方式來(lái)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)電壓的輸出控制，然后通過(guò)采集電動(dòng)機(jī)電壓、電流、電動(dòng)機(jī)和IGBT模塊的溫度等反饋信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)的過(guò)流、過(guò)壓以及過(guò)熱保護(hù)。汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)一體化控制原理：駕駛員對(duì)車(chē)輛操作的信號(hào)和車(chē)輛其他電控系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)功率的需求，通過(guò)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元(PowertrainControlUnit)解析為對(duì)車(chē)輛系統(tǒng)的功率需求，根據(jù)優(yōu)先級(jí)別通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和變速器檔位的控制實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系輸出功率的精確控制。汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)所用的傳感器包括：空氣流量傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、加速踏板位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、氧傳感器、爆燃傳感器等。4.2溫度傳感器溫度是表征物體冷熱程度的物理量，反映了物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的大小。溫度高時(shí)分子動(dòng)能大，運(yùn)動(dòng)劇烈；溫度低時(shí)分子動(dòng)能小，運(yùn)動(dòng)緩慢。溫度概念的建立是以熱平衡為基礎(chǔ)的。如果兩個(gè)冷熱程度不同的物體相互接觸，必然會(huì)發(fā)生熱交換現(xiàn)象。按照所用測(cè)溫方法的不同，溫度測(cè)量分為接觸式和非接觸式兩大類。1）接觸式的特點(diǎn)是測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡。2）非接觸測(cè)溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象相接觸，而是通過(guò)輻射進(jìn)行熱交換，因此可避免接觸測(cè)溫的缺點(diǎn)，具有較高的測(cè)溫上限。汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)有多個(gè)溫度傳感器，如進(jìn)氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、燃油溫度傳感器、機(jī)油溫度傳感器和電池溫度傳感器等。常用的溫度傳感器有熱電偶式、熱電阻式。4.2.1熱電偶式溫度傳感器1．熱電偶式溫度傳感器的結(jié)構(gòu)熱電偶都有兩個(gè)熱電極，貴金屬熱電偶電極直徑大多在0.13~0.65mm范圍內(nèi)，普通金屬熱電偶電極直徑為0.5~3.2mm，其長(zhǎng)度根據(jù)具體情況而定。熱電偶的一個(gè)端點(diǎn)將兩種或兩種以上的熱電偶材料用多種方法可靠地連接在一起，通?？梢杂勉q接、焊接、鍍層等方法實(shí)現(xiàn)。2．熱電偶式溫度傳感器的工作原理熱電偶式溫度傳感器的工作原理是基于熱電效應(yīng)原理，即受熱物體中的電子，會(huì)隨溫度梯度從高溫區(qū)向低溫區(qū)移動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電流或電荷堆積。兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體分別為A和B，組成一個(gè)閉合回路。當(dāng)A與B相接的兩個(gè)接點(diǎn)溫度T和T0不同時(shí)，就會(huì)在回路中產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)EAB，此閉合回路就是熱電偶。熱電偶的測(cè)量溫度與線徑有關(guān)，線徑越粗可以測(cè)量的溫度越高，其在高溫環(huán)境中的耐久性也越強(qiáng)。1）測(cè)量單點(diǎn)的溫度。2）測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間溫度差（反極性串聯(lián)）。是測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間溫度差(t1~t2)的一種方法。將兩個(gè)同型號(hào)的熱電偶配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，其接線應(yīng)使兩熱電偶反向串聯(lián)(A接A，B接B)，從而使兩熱電動(dòng)勢(shì)方向相反，故輸入儀表的是其差值，這一差值反映了兩熱電偶端的溫度差。3）測(cè)量多點(diǎn)的平均溫度（同極性并聯(lián)或串聯(lián)）。有些大型設(shè)備，有時(shí)需要測(cè)量多點(diǎn)（兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上）的平均溫度，可以通過(guò)將多支同型號(hào)的熱電偶同極性并聯(lián)或串聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。熱電偶的測(cè)溫原理表明：熱電偶的熱電勢(shì)是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度的函數(shù)差，只有當(dāng)冷端溫度保持不變時(shí)，熱電勢(shì)才是被測(cè)熱端溫度的單值函數(shù)。由于熱電偶的分度表是在冷端溫度為0℃時(shí)測(cè)得的，如果冷端溫度不為零，測(cè)得的熱電勢(shì)不能直接去查對(duì)應(yīng)的分度表。但在實(shí)際測(cè)量時(shí)，冷端溫度常隨環(huán)境溫度變化而變換，冷端溫度T0不能保持恒定，因而會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。為了消除或補(bǔ)償冷端溫度的影響，常采用以下幾種方法。1）0℃冷端恒溫法。將熱電偶的冷端置于0℃的恒溫器內(nèi)，保持T0為0℃。此時(shí)，測(cè)得的熱電勢(shì)可以準(zhǔn)確地反映熱端溫度變化的大小，直接查對(duì)應(yīng)的熱電偶分度表即可得知熱端溫度的大小。2）冷端恒溫法。將冷端置于其他恒溫器內(nèi)，使之溫度保持恒定，避免由于環(huán)境溫度的波動(dòng)而引起誤差。3）補(bǔ)償導(dǎo)線法。當(dāng)熱電偶冷端離熱端較近時(shí)，受其影響使冷端溫度在很大范圍內(nèi)變化，這時(shí)直接采用冷端溫度補(bǔ)償法會(huì)變得困難。于是可用延引熱電極的方法，將熱電偶輸出的熱電勢(shì)傳輸?shù)揭欢ň嚯x以外的顯示儀表處。4）冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法。冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法是用電橋的不平衡電壓去消除冷端溫度變化的影響，這種方法又稱為電橋補(bǔ)償法。4.2.2熱電阻式溫度傳感器熱電阻溫度傳感器利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化的特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量，它主要用于對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)，其測(cè)溫范圍主要在中、低溫區(qū)域（-200~850oC）。熱電阻測(cè)溫元件可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩大類。1.金屬熱電阻（1）金屬熱電阻式溫度傳感器的結(jié)構(gòu)

金屬熱電阻溫度傳感器由熱電阻絲、電阻體支架、連接熱電阻的引線、保護(hù)套管、絕緣瓷管、接線盒等組成。雖然各種金屬材料的電阻率均隨溫度而變化，但作為金屬熱電阻的材料，其要求是電阻溫度系數(shù)要大，以便提高熱電阻的靈敏度；電阻率盡可能大，以便在相同阻值下減小電阻體的尺寸；熱容量要小，以便提高熱電阻的響應(yīng)速度；在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能；電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性；應(yīng)有良好的可加工性，且價(jià)格便宜。根據(jù)上述要求及金屬材料的特性，目前使用最廣泛的金屬熱電阻材料是鉑和銅。鉑的物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是目前制造金屬熱電阻的最好材料。鉑電阻溫度傳感器是目前復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度傳感器，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)在線測(cè)量。鉑電阻一般由直徑為0.05~0.07mm的鉑絲繞在片形云母骨架上制成，鉑絲的引線采用銀線銅電阻是一個(gè)銅絲繞組。鎧裝電阻由電阻體、引線、絕緣粉末及保護(hù)套管經(jīng)整體拉制而成，在其工作端底部裝有小型熱電阻體（2）金屬熱電阻式溫度傳感器的工作原理

鉑電阻的精度與鉑的純度有關(guān)，鉑的純度通常用百度電阻比W(100)表示，2．半導(dǎo)體熱敏電阻（1）半導(dǎo)體熱敏電阻式溫度傳感器的結(jié)構(gòu)

熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的一種熱敏元件。它是由某些金屬氧化物（如NiO、MnO2、CuO、TiO2），采用不同比例配方，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的。它主要由敏感元件、引線和殼體組成。熱敏電阻是由某些金屬氧化物如氧化銅、氧化鋁、氧化鎳、氧化錸等按一定比例混合研磨、成型、煅燒而成的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體比金屬具有更大的電阻溫度系數(shù)。半導(dǎo)體熱敏電阻包括正溫度系數(shù)(PTC)、負(fù)溫度系數(shù)(NTC)、臨界溫度系數(shù)(CTR)熱敏電阻等幾類。熱敏電阻按照結(jié)構(gòu)形式可分為體形、薄膜型、厚膜型三種；按照工作方式可分為直熱式、旁熱式、延遲電路三種；按照工作溫區(qū)分為常溫區(qū)、高溫區(qū)、低溫區(qū)熱敏電阻三種。熱敏電阻采用不同封裝形式制成管狀、片狀、點(diǎn)狀、桿狀等各種形狀的溫敏元件。（2）半導(dǎo)體熱敏電阻式溫度傳感器的工作原理

電阻與溫度之間的關(guān)系是熱敏電阻的最基本特性，這一關(guān)系充分反映了熱敏電阻的性質(zhì)，當(dāng)溫度不超過(guò)規(guī)定值時(shí)，保持其原有的特性，超過(guò)時(shí)特性破壞。伏安特性表征熱敏電阻在恒溫介質(zhì)下流過(guò)的電流I與其上電壓降U之間的關(guān)系。當(dāng)電流很小（小于Ia）時(shí)，不足以引起自身加熱，阻值保持恒定，電壓降與電流之間符合歐姆定律，所以圖中oa段為線性區(qū)。當(dāng)電流I＞Ia時(shí)，隨著電流增加，功率增大，產(chǎn)生自熱，阻值隨電流增加而減小，電壓降增加速度逐漸減慢，因而出現(xiàn)線性的正阻區(qū)ab。電流增大到Im時(shí)，電壓降達(dá)到最大值Um。熱敏電阻的主要參數(shù)為：標(biāo)稱電阻值RH：指在環(huán)境溫度為25±0.2℃時(shí)的電阻值，又稱冷電阻。電阻溫度系數(shù)

：溫度變化l℃時(shí)，熱敏電阻阻值的變化率(%/℃)，決定了熱敏電阻在全部工作范圍內(nèi)對(duì)溫度的靈敏度，其隨溫度降低而迅速增大，即熱敏電阻的測(cè)溫靈敏度高，約為金屬熱電阻的10倍。耗散系數(shù)H：表示使熱敏電阻的溫度上升1℃所需要的功率(mW/℃)，它取決于熱敏電阻的形狀、封裝形式及周?chē)橘|(zhì)的種類。熱容C：熱敏電阻溫度變化1℃時(shí)所需吸收或釋放的熱量(J/℃)。4.3壓力傳感器4.3.1電阻式壓力傳感器1．電阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)電阻式壓力傳感器就是將應(yīng)變片和敏感膜片等彈性元件結(jié)合在一起，利用應(yīng)變片檢測(cè)彈性元件的應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)壓力檢測(cè)的一類傳感器。2．電阻式壓力傳感器的工作原理利用壓阻材料可以制作成應(yīng)變片，將應(yīng)變片和膜片結(jié)合在一起，壓力導(dǎo)致膜片產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變片感受到應(yīng)變，電阻發(fā)生相應(yīng)變化，這是電阻式壓力傳感器的工作原理。4.3.2電容式壓力傳感器1．電容式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)2．電容式壓力傳感器的工作原理4.3.3諧振膜式壓力傳感器1．諧振膜式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)2．諧振膜式壓力傳感器的工作原理4.4位置和轉(zhuǎn)速傳感器4.4.1電磁脈沖式位置傳感器1．電磁脈沖式位置傳感器的結(jié)構(gòu)電磁脈沖式曲軸位置傳感器主要由信號(hào)盤(pán)和傳感器盒組成。信號(hào)盤(pán)是一個(gè)帶有細(xì)齒的薄圓齒盤(pán)，用以產(chǎn)生信號(hào)，隨被測(cè)件一起旋轉(zhuǎn)。在信號(hào)盤(pán)的外緣，沿著圓周每隔4°有個(gè)齒。共有90個(gè)齒，并且每隔120°布置1個(gè)凸緣，共3個(gè)。安裝在信號(hào)盤(pán)邊沿的傳感器盒是產(chǎn)生電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器內(nèi)有3個(gè)在永久磁鐵上繞有感應(yīng)線圈的磁頭，其中磁頭②產(chǎn)生120°信號(hào)，磁頭①和磁頭③共同產(chǎn)生曲軸1°轉(zhuǎn)角信號(hào)。磁頭②對(duì)著信號(hào)盤(pán)的120°凸緣，磁頭①和磁頭③對(duì)著信號(hào)盤(pán)的齒圈，彼此相隔曲軸轉(zhuǎn)角安裝。信號(hào)發(fā)生器內(nèi)有信號(hào)放大和整形電路，外部有四孔連接器，孔“1”為120°信號(hào)輸出線，孔“2”為信號(hào)放大與整形電路的電源線，孔“3”為1°信號(hào)輸出線，孔“4”為接地線。通過(guò)該連接器將曲軸位置傳感器中產(chǎn)生的信號(hào)輸送到ECU。2．電磁脈沖式位置傳感器的工作原理當(dāng)被測(cè)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)盤(pán)的齒和凸緣引起感應(yīng)線圈的磁場(chǎng)發(fā)生變化，從而在感應(yīng)線圈里產(chǎn)生交變的電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)濾波整形后，變成脈沖信號(hào)。當(dāng)被測(cè)件旋轉(zhuǎn)一圈，磁頭②上產(chǎn)生3個(gè)120°脈沖信號(hào)，磁頭①和③各產(chǎn)生90個(gè)脈沖信號(hào)（交替產(chǎn)生）。由于磁頭①和磁頭③相隔3°曲軸轉(zhuǎn)角安裝，而它們又都是每隔4°產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，所以磁頭①和磁頭③所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)相位差正好為90°。將這兩個(gè)脈沖信號(hào)送入信號(hào)放大與整形電路中合成后，即產(chǎn)生曲軸1°轉(zhuǎn)角的信號(hào)。產(chǎn)生120°信號(hào)的磁頭②安裝在上止點(diǎn)前70°的位置，故其信號(hào)亦可稱為上止點(diǎn)前70°信號(hào)，即被測(cè)件在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，磁頭②在各缸上止點(diǎn)前70°位置均產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。4.4.2磁電式轉(zhuǎn)速傳感器1．磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)2．磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理以曲軸位置檢測(cè)為例描述其具體工作原理：當(dāng)曲軸齒環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作用在傳感器上的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生交流電壓。隨著曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間間隔增大，則感應(yīng)出的交流電電壓的幅值變小，而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高，則感應(yīng)交流電的幅值相應(yīng)地提高。只要發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)20r/mm，就會(huì)有足夠幅值的交流電壓信號(hào)，電極和齒形應(yīng)相互匹配。ECU的信號(hào)處理電路將幅值不同的正弦電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楹愣ǖ木匦尾ā?.4.3霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器1．霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)2．霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理霍爾式傳感器的工作原理是將電流通入薄片狀的霍爾器件，豎直施加磁場(chǎng)，產(chǎn)生的洛倫茲力，使得載流子發(fā)生運(yùn)動(dòng)，元件的邊緣分別有電荷積聚，產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，載流子的作用力相互抵消，恢復(fù)原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，它使霍爾元件兩個(gè)邊緣產(chǎn)生電位差，稱為霍爾電壓?；魻柺睫D(zhuǎn)速傳感器的具體工作原理為：氣隙磁場(chǎng)隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)為正弦變化，線性霍爾傳感器將該信號(hào)輸出，利用相關(guān)電路與算法對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行處理即可得到轉(zhuǎn)子角度的信息。4.4.4光電式轉(zhuǎn)速傳感器1．光電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)2．光電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理光電式轉(zhuǎn)速傳感器的基本原理是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，碼盤(pán)不斷地遮擋或通過(guò)LED發(fā)出的光線至光電傳感器，使其輸出高低電平，從而將轉(zhuǎn)子的機(jī)械位置信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。4.4.5電容式轉(zhuǎn)速傳感器1．電容式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)電容式傳感器是一種有可變參數(shù)的電容器，將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電容量變化。該類轉(zhuǎn)速傳感器是由一塊轉(zhuǎn)動(dòng)板和兩塊固定板組成的。2．電容式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理在初始狀態(tài)下，可動(dòng)金屬板（轉(zhuǎn)動(dòng)極板）所在的位置，是電容最大的地方。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)板旋轉(zhuǎn)時(shí)，電容量會(huì)發(fā)生規(guī)律變化，即電容量的變化速率反映該轉(zhuǎn)動(dòng)板轉(zhuǎn)速的大小。因此，可通過(guò)交流激勵(lì)等方式來(lái)計(jì)算出轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)一定角度θ后的電容為4.5流量傳感器4.5.1空氣流量傳感器1．卡門(mén)旋渦式空氣流量傳感器（1）卡門(mén)旋渦式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)

卡門(mén)渦流空氣流量傳感器是根據(jù)卡門(mén)渦旋原理制成的，是一種體積流量型傳感器。傳感器中央設(shè)有一個(gè)錐體作為渦流發(fā)生器，渦流發(fā)生器前面設(shè)有蜂窩狀整流器，以消除氣流中的干擾渦流，根據(jù)檢測(cè)方式不同，分為光電檢測(cè)式和超聲波檢測(cè)式兩種。超聲波式卡門(mén)渦旋空氣流量傳感器(簡(jiǎn)稱超聲波式流量傳感器)的主要由超聲波發(fā)射探頭、渦流穩(wěn)定板、超聲波信號(hào)發(fā)射器、渦流發(fā)生器、超聲波接收探頭；集成控制電路等組成。超聲波式流量傳感器設(shè)有兩個(gè)空氣通道，渦流發(fā)生器設(shè)在主空氣通道上。設(shè)置旁通空氣通道的目的是為了調(diào)節(jié)主空氣通道的流量。（2）卡門(mén)旋渦式空氣流量傳感器的工作原理

卡門(mén)旋渦式空氣流量傳感器是基于卡門(mén)渦旋原理設(shè)計(jì)的。所謂卡門(mén)渦旋，是指在流體中放置一個(gè)圓柱狀或三角狀物體時(shí)，在這一物體的下游會(huì)產(chǎn)生兩列旋轉(zhuǎn)方向相反，并交替出現(xiàn)的渦旋。光學(xué)式卡門(mén)渦旋空氣流量計(jì)的工作原理：首先，接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU輸出電壓信號(hào)，使發(fā)光二極管點(diǎn)亮，光線經(jīng)反光鏡射向光敏二極管，使它導(dǎo)通，從而向發(fā)動(dòng)機(jī)ECU返回信號(hào)電壓。其次，卡門(mén)渦流發(fā)生器外部呈錐形，安裝在進(jìn)氣管道內(nèi)，當(dāng)有空氣流過(guò)發(fā)生器時(shí)，會(huì)在其背后不斷地產(chǎn)生被稱為卡門(mén)渦流的空氣渦流。此時(shí)錐形體外圍的空氣壓力會(huì)發(fā)生變化，壓力變化的強(qiáng)弱與空氣流量的大小成比例關(guān)系。最后，變化的氣體壓力，通過(guò)導(dǎo)向孔引向反光鏡的表面，使反光鏡隨彈簧鋼片一起振動(dòng)。反光鏡一邊振動(dòng)，一邊將發(fā)光二極管射來(lái)的光反射給光敏晶體管，通過(guò)光敏晶體管可以檢測(cè)到卡門(mén)渦流的脈沖。光敏晶體管收到光束照射時(shí)導(dǎo)通，不受光束照射時(shí)截至，光敏晶體管導(dǎo)通與截至的頻率與空氣壓力變化成正比，所以反光鏡振動(dòng)的頻率與渦流發(fā)生的頻率相等，而渦流發(fā)生頻率與空氣流速成正比，對(duì)比并計(jì)算出實(shí)際流量傳感器的脈沖信號(hào)電壓，然后計(jì)算出實(shí)際進(jìn)氣量，從而控制噴油器按照適宜的噴油脈寬和適當(dāng)?shù)捻樞驀娪汀?．葉片式空氣流量傳感器（1）葉片式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)

葉片式空氣流量傳感器也可稱為翼片式或翼板式空氣流量計(jì)，是在L型電控燃油噴射系統(tǒng)中應(yīng)用較早的空氣流量計(jì)，也是一種體積流量型傳感器。（2）葉片式空氣流量傳感器的工作原理

葉片式空氣流量傳感器的工作原理為：葉片式空氣流量傳感器的電位計(jì)是以電位變化檢測(cè)空氣量的裝置，它與空氣流量計(jì)測(cè)量板同軸安裝，能把因測(cè)量板開(kāi)度變化而產(chǎn)生的滑動(dòng)電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸入車(chē)載ECU。葉片式汽車(chē)空氣流量傳感器實(shí)質(zhì)上是將流動(dòng)空氣的流量轉(zhuǎn)化為葉片的偏轉(zhuǎn)量，再將偏轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)換為電位器的電阻值改變量，最終以電壓形式輸出，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)空氣流量測(cè)量。3．熱線式空氣流量傳感器（1）熱線式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)熱線式空氣流量傳感器是一種質(zhì)量流量型傳感器。主要由熱線電阻、溫度傳感器、集成電路、空氣質(zhì)量流量計(jì)精密電阻等組成。

（2）熱線式空氣流量傳感器的工作原理

熱線式空氣流量傳感器的基礎(chǔ)理論是熱平衡原理，熱線中的熱產(chǎn)生應(yīng)該等于熱耗散。即在熱線沒(méi)有熱傳導(dǎo)的情況下，加熱電流在熱線中產(chǎn)生的熱量應(yīng)該等于流體所帶走的熱量。3．熱膜式空氣流量傳感器（1）熱膜式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)

熱膜式空氣流量傳感器是依據(jù)熱傳導(dǎo)和熱耗散的原理制作的，氣體的放熱量或吸熱量與該氣體的質(zhì)量成正比。它的結(jié)構(gòu)主要包括加熱電阻加熱器和測(cè)溫電阻測(cè)溫器。加熱器放置在管道中間作為熱源使被測(cè)流體的溫度升高。加熱器兩側(cè)各放置一個(gè)測(cè)溫?zé)崦綦娮杵鳒y(cè)溫器，用來(lái)檢測(cè)加熱器兩側(cè)的溫度變化，將測(cè)溫器與外接的兩個(gè)固定電阻組成測(cè)量電橋。（2）熱膜式空氣流量傳感器的工作原理

當(dāng)流體靜止時(shí)，由于測(cè)溫器R1、R2對(duì)稱地安裝在加熱器Rh兩側(cè)且阻值相等，因此測(cè)量電橋處于平衡狀態(tài)。當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，沿管道軸向的溫度場(chǎng)分布的對(duì)稱性被擾動(dòng)而遭到破壞，致使熱源前端的溫度低于熱源后端的溫度，這樣會(huì)引起兩測(cè)溫器R1、R2阻值發(fā)生變化。當(dāng)兩測(cè)溫器的阻值不等時(shí)，測(cè)量電橋失去平衡，從而輸入一個(gè)直流電壓信號(hào)。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的比熱恒定時(shí)，其輸出的直流電壓信號(hào)與被測(cè)介質(zhì)的質(zhì)量流量成比例關(guān)系。4.5.2燃料流量傳感器1．轉(zhuǎn)子式流量傳感器（1）轉(zhuǎn)子式流量傳感器的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子式流量傳感器由兩部分組成，即從下向上逐漸擴(kuò)大的測(cè)量管和置于測(cè)量管中可以沿管的中心線上下自由移動(dòng)的轉(zhuǎn)子。此外，組合閥式轉(zhuǎn)子流量傳感器還包括一個(gè)針形流量調(diào)節(jié)閥，且在流量調(diào)節(jié)閥和測(cè)量管之間有一段直管，外徑與浮子相當(dāng)，與測(cè)量管內(nèi)徑相差不大，氣流在此直管與測(cè)量管連接處和測(cè)量管內(nèi)壓降較小。（2）轉(zhuǎn)子式流量傳感器的工作原理

測(cè)量時(shí)，被測(cè)流體從測(cè)量管下端流入，流體的流動(dòng)沖擊著轉(zhuǎn)子，并對(duì)它產(chǎn)生一個(gè)向上的作用力；當(dāng)流量足夠大時(shí)，作用力將浮子托起，并使之升高。同時(shí)，被測(cè)流體流經(jīng)浮子與測(cè)量管壁間的環(huán)形縫隙，從上端流出。當(dāng)流體對(duì)浮子的作用力恰好等于轉(zhuǎn)子在流體中的重量時(shí)，轉(zhuǎn)子受力處于平衡狀態(tài)而停留在某一高度，此處浮子所對(duì)應(yīng)的刻度即為流量計(jì)的示數(shù)。2．差壓式流量傳感器（1）差壓式流量傳感器的結(jié)構(gòu)

傳感器的左端為油液的入口，右端為油液的出口，閥體中間位置即為內(nèi)嵌的標(biāo)準(zhǔn)噴嘴。（2）差壓式流量傳感器的工作原理

被測(cè)流體通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)噴嘴形成的節(jié)流口后，由于壓力損失將在節(jié)流口兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，通過(guò)在噴嘴兩側(cè)設(shè)置取壓孔，使壓差信號(hào)作用在平面膜片上，并使粘貼在膜片上的FBG產(chǎn)生形變，從而通過(guò)檢測(cè)FBG的波長(zhǎng)變化實(shí)現(xiàn)被測(cè)流體流量的測(cè)量。3．渦街式流量傳感器（1）渦街式流量傳感器的結(jié)構(gòu)

渦街式流量傳感器主要由流量計(jì)主體、旋渦發(fā)生體、壓電晶體探頭、導(dǎo)流管等部件組成。（2）渦街式流量傳感器的工作原理

渦街式流量傳感器也稱為漩渦流量或卡門(mén)渦街流量傳感器。4.6氣體傳感器4.6.1氧傳感器1．二氧化鋯氧傳感器（1）二氧化鋯氧傳感器的結(jié)構(gòu)

二氧化鋯型氧傳感器包括二氧化鋯管、鉑電極、彈簧、電極座、導(dǎo)線、氣孔等部件，此外為防止二氧化鋯管損壞，二氧化鋯氧傳感器安裝有帶孔護(hù)罩。（2）二氧化鋯氧傳感器的工作原理

二氧化鋯傳感器是采用氧化鋯固體電解質(zhì)組成的氧濃度差電池來(lái)測(cè)氧的傳感器，其核心構(gòu)件是氧化鋯固體電解質(zhì)，氧化鋯固體電解質(zhì)由多元氧化物組成。常用的電解質(zhì)以ZrO2為基體，Y2O3為穩(wěn)定劑。典型的二氧化鋯傳感器是：

。2．二氧化鈦氧傳感器（1）二氧化鈦氧傳感器的結(jié)構(gòu)

二氧化鈦氧傳感器主要由二氧化鈦元件、金屬保護(hù)管、金屬外殼、陶瓷絕緣材料、導(dǎo)線、陶瓷元件組成，此外氧化鈦式氧傳感器一般配有加熱元件，以滿足傳感器正常的工作溫度。（2）二氧化鈦氧傳感器的工作原理

氧化鈦式氧傳感器的ECU內(nèi)部的穩(wěn)壓電路向氧傳感器提供一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓(一般為5V)，分壓電阻串接在傳感器電路中，氧化鈦?zhàn)鳛榭勺冸娮?，其上的分壓即可作為氧傳感器的信?hào)電壓輸入ECU，OX連接單片機(jī)，作為信號(hào)的傳輸線。4.6.2全范圍空燃比傳感器1．全范圍空燃比傳感器的結(jié)構(gòu)平板式極限電流型氧傳感器主要由感應(yīng)單元、氣體擴(kuò)散障礙層、擴(kuò)散通道、加熱器、參考腔和測(cè)試腔等組成，具有壽命長(zhǎng)、熱應(yīng)力效果好、氣體流通緊密等特點(diǎn)。2．全范圍空燃比傳感器的工作原理尾氣從擴(kuò)散通道與擴(kuò)散障礙層擴(kuò)散到測(cè)試腔，與感應(yīng)單元陰極（外電極）接觸，空氣與感應(yīng)單元陽(yáng)極（內(nèi)電極）接觸。當(dāng)感應(yīng)單元離子導(dǎo)電活性最強(qiáng)時(shí)，即傳感器內(nèi)部溫度約為780℃時(shí)，在感應(yīng)單元內(nèi)外電極上施加泵電壓????（0<????<1.5V），將發(fā)生氧化還原反應(yīng)：4.6.5煙塵濃度傳感器1．煙塵濃度傳感器的結(jié)構(gòu)煙塵濃度傳感器由發(fā)光元件、光敏元件和信號(hào)處理電路等組成。2．煙塵濃度傳感器的工作原理煙塵濃度傳感器的工作原理是基于光在粉塵中的特性。當(dāng)光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，一部分光被介質(zhì)吸收，另一部分光被散射，余下部分按原傳播方向繼續(xù)前進(jìn)，沒(méi)有一種介質(zhì)（真空除外）對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁波是完全透明的。假設(shè)當(dāng)光經(jīng)過(guò)厚度為X的均勻介質(zhì)的吸收層后，光強(qiáng)由I0減少為I。根據(jù)朗伯定律：

，k為吸收系數(shù)，是波長(zhǎng)的函數(shù)。根據(jù)比爾定律：

，當(dāng)光通過(guò)氣體中的塵粒時(shí)，由于粉塵粒子的不均勻結(jié)構(gòu)破壞了次波的相干性而產(chǎn)生廷德?tīng)柹⑸?。?dāng)平行光通過(guò)厚度為X的粉塵介質(zhì)時(shí)，光強(qiáng)由I0減弱為I。由于吸收和散射的影響：

，h為散射系數(shù)。4.6.6NOx傳感器1．NOx傳感器的結(jié)構(gòu)NOx傳感器包括有2個(gè)室、3個(gè)泵（主泵、副泵和測(cè)量泵）。NOx傳感器泵單元信號(hào)：公共電極P+分別與P-、M1、M2電極構(gòu)成主泵、輔助泵、測(cè)量泵單元，參考電極Ref分別與P-、M1、M2電極構(gòu)成相應(yīng)的主泵、輔助泵、測(cè)量泵感應(yīng)單元。2．NOx傳感器的工作原理將部分尾氣導(dǎo)入NOx傳感器的第一室，通過(guò)主泵將這部分尾氣中的O2泵出，阻止化學(xué)反應(yīng)NOxN2+O2的進(jìn)行，相當(dāng)于對(duì)尾氣進(jìn)行除氧處理，同時(shí)HC、CO、H2在Pt材料上被氧化；NOx傳感器第二室在副泵的作用下，進(jìn)一步去除尾氣中的O2，同時(shí)在催化劑作用下，將NOx轉(zhuǎn)化為N2和O2，相當(dāng)于對(duì)NOx進(jìn)行了還原反應(yīng)；測(cè)量第二室中NOx還原反應(yīng)后生成的O2含量，根據(jù)此間接計(jì)算出尾氣中NOx的含量。4.7動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)其他傳感器4.7.1爆燃傳感器1．共振型壓電式爆燃傳感器（1）共振型壓電式爆燃傳感器結(jié)構(gòu)

共振型壓電式爆燃傳感器主要由壓電元件、振子、基座、O形密封圈、殼體等部分組成，爆燃傳感器內(nèi)部設(shè)有振子，并固定在基座上，壓電元件緊固在振子上。（2）共振型壓電式爆燃傳感器的工作原理

需要實(shí)現(xiàn)傳感器的共振頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃時(shí)的頻率相匹配。要實(shí)現(xiàn)諧振，其內(nèi)部需要設(shè)有共振體，使共振體的共振頻率與爆燃頻率協(xié)調(diào)一致。當(dāng)振子的固有頻率與被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃頻率一致時(shí)，振子在壓電元件上作用，壓電元件將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，從而輸出最大的諧振輸出電壓。2．非共振型壓電式爆燃傳感器（1）非共振型壓電式爆燃傳感器的結(jié)構(gòu)

非共振型壓電式爆燃傳感器根據(jù)加速信號(hào)來(lái)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的爆燃強(qiáng)度，該傳感器主要包括同極性相向?qū)拥膬蓚€(gè)壓電元件和一根螺釘固定于殼體上的配重平衡塊。（2）非共振型壓電式爆燃傳感器的工作原理

壓電式非共振型爆燃傳感器的外邊緣元件為一相對(duì)較重的質(zhì)量塊，其慣性相對(duì)較大，因此質(zhì)量塊與底座之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，夾在其間的壓電陶瓷就會(huì)受到正比于加速度的交變慣性力作用，于是壓電陶瓷的壓電效應(yīng)使得壓電元件的兩個(gè)表面產(chǎn)生交變束縛電荷，與上下表面相貼的電極感應(yīng)出等量的自由電荷輸出。4.7.2電流傳感器1．電磁式電流傳感器的結(jié)構(gòu)閉環(huán)式霍爾電流傳感器是典型的電磁式電流互感器包括原邊電流、副邊補(bǔ)償繞組、霍爾元件、磁芯和放大電路等部件。2．電磁式電流傳感器的工作原理閉環(huán)式霍爾電流傳感器原理：零磁通霍爾電流傳感器一次側(cè)的原邊電流I1在磁芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng)B1與二次側(cè)4邊線圈中I2產(chǎn)生的磁場(chǎng)B2相平衡，從而使4個(gè)霍爾元件H始終保持零磁通的工作狀態(tài)。補(bǔ)償電流I2的產(chǎn)生方式：霍爾元件在感應(yīng)到磁場(chǎng)的不平衡后，產(chǎn)生霍爾電壓Vh，經(jīng)過(guò)比例放大和積分調(diào)節(jié)后，轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)功率放大電路，再由功率放大電路提供相應(yīng)占空比大小的電壓，最終形成二次側(cè)的補(bǔ)償電流I2。4.7.3電壓傳感器1．電壓互感器（1）電壓互感器的結(jié)構(gòu)

電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)和變壓器很相似，它也有兩個(gè)繞組，一次繞組和二次繞組。兩個(gè)繞組都裝在或繞在鐵心上。兩個(gè)繞組之間以及繞組與鐵心之間是絕緣的，使兩個(gè)繞組之間以及繞組與鐵心之間都有電氣隔離。電壓互感器在運(yùn)行時(shí)，一次繞組N1并聯(lián)接在線路上，二次繞組N2并聯(lián)接儀表或繼電器。（2）電容式電壓互感器的工作原理

傳感器內(nèi)將電容器分成主電容C1和分壓電容C2兩部分，如

2．光纖電壓傳感器（1）光纖電壓傳感器的結(jié)構(gòu)

光纖電壓傳感器由光纖、準(zhǔn)直透鏡、起偏器，檢偏器、1/4波片、電光晶體和耦合透鏡等組成。（2）光纖電壓傳感器的工作原理

光纖電壓傳感器是基于BGO(Bi4Ge3O12)晶體和泡克爾斯（Pockels）效應(yīng)的體調(diào)制型光學(xué)電壓互感器。工作時(shí)由LED產(chǎn)生一個(gè)中心波長(zhǎng)為850nm的光波，通過(guò)光纖傳至安裝在高壓側(cè)的光學(xué)電壓傳感頭。光首先進(jìn)入起偏器變成線偏振光，然后經(jīng)1／4波片變成圓偏振光，當(dāng)光經(jīng)過(guò)電光晶體時(shí)，在電場(chǎng)的作用下變成橢圓偏振光，經(jīng)檢偏器后又變成線偏振光。汽車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng)傳感器第5章5.1概述汽車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng)如圖所示，系統(tǒng)中的傳感器用于牽引力控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、防抱制動(dòng)系統(tǒng)等底盤(pán)控制系統(tǒng)中。變速器控制系統(tǒng)用傳感器主要有：車(chē)速傳感器、加速/制動(dòng)踏板位置傳感器、加速度傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、冷卻液溫度傳感器、油溫傳感器等。防抱制動(dòng)系統(tǒng)用傳感器主要有：輪速傳感器、車(chē)速傳感器，通過(guò)輪速傳感器檢測(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)速，使汽車(chē)在緊急制動(dòng)時(shí)，使車(chē)輪能獲得最大制動(dòng)效率，同時(shí)保證車(chē)輪不被抱死、側(cè)滑，使汽車(chē)在整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中保持良好的行駛穩(wěn)定性和方向可操作性；懸架控制系統(tǒng)用傳感器主要有：車(chē)速傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、加速度傳感器、車(chē)身高度傳感器、橫擺角速度傳感器、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器等；動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用傳感器主要有：車(chē)速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、油壓傳感器等。5.2加速/制動(dòng)踏板傳感器5.2.1電位計(jì)式踏板傳感器1．電位計(jì)式踏板傳感器的結(jié)構(gòu)電位計(jì)式踏板傳感器的結(jié)構(gòu)：兩個(gè)傳感器是滑動(dòng)觸點(diǎn)傳感器，安裝在同一根軸上，滑動(dòng)觸點(diǎn)傳感器的電阻和傳送至變速器控制單元的電壓隨著踏板位置的變化而變化。2．電位計(jì)式踏板傳感器的工作原理電位計(jì)傳感器本質(zhì)上是有一個(gè)滑動(dòng)觸點(diǎn)的滑動(dòng)變阻器，包括固定阻值的電阻部件和可移動(dòng)的電刷兩部分。一般性的電位計(jì)傳感器的工作原理為：將機(jī)械位移、壓力或加速度等變量轉(zhuǎn)換為與之成一定函數(shù)規(guī)律的電刷滑動(dòng)，電位計(jì)輸出與電刷滑動(dòng)觸點(diǎn)的移動(dòng)位置成正比可變電阻，因此通過(guò)測(cè)量電位計(jì)輸出電阻值就可以得到待測(cè)量。主要分辨脈沖和次要分辨脈沖的延續(xù)比，取決于電刷和導(dǎo)線直徑的比。若電刷的直徑太小，尤其使用軟合金時(shí)，會(huì)促使形成磨損平臺(tái)；若直徑過(guò)大，則只要有很小的磨損就將使電位計(jì)有更多的匝短路，一般取電刷與導(dǎo)線直徑比為10可獲得較好的效果。階梯誤差和分辨率的大小都是由繞線電位計(jì)本身的工作原理所決定的，是一種原理性誤差，它決定了電位計(jì)可能達(dá)到的最高精度。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為改善階梯誤差和分辨力，需增加匝數(shù)，即減小導(dǎo)線直徑或增加骨架長(zhǎng)度(如采用多圈螺旋電位計(jì))。

5.2.2霍爾式踏板傳感器1．霍爾式踏板傳感器的結(jié)構(gòu)豐田車(chē)系所采用的霍爾式踏板傳感器主要由磁鐵和霍爾IC芯片組成，霍爾IC芯片安裝在踏板的芯軸上固定不動(dòng)，兩個(gè)磁鐵安裝在踏板的旋轉(zhuǎn)部件上，可隨踏板一起動(dòng)作。為保證信號(hào)的可靠，一般采用冗余設(shè)計(jì)，在踏板芯軸上安裝了兩個(gè)霍爾IC芯片，相當(dāng)于兩個(gè)踏板傳感器，在工作時(shí)，可同時(shí)向變速器控制單元輸送兩個(gè)踏板信號(hào)?；魻柺郊铀?制動(dòng)踏板傳感器與整車(chē)控制器(VCU)之間的線路連接：VCPA1和VCPA2是兩個(gè)霍爾式踏板傳感器的電源線，由整車(chē)控制器電壓轉(zhuǎn)換電路提供±5V直流電壓，EPA1和EPA2是兩個(gè)傳感器的搭鐵線，VPA1和VPA2是兩個(gè)傳感器的信號(hào)線，兩個(gè)霍爾式踏板傳感器根據(jù)加速/制動(dòng)踏板位置產(chǎn)生的電壓信號(hào)由這兩根線傳送給整車(chē)控制器。

2．霍爾式踏板傳感器的工作原理霍爾式位置傳感器是一種應(yīng)用霍爾原理研制的位置傳感器。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)方向通過(guò)導(dǎo)電體時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向，物體兩側(cè)產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。按照霍爾IC的功能可分為線性霍爾和開(kāi)關(guān)霍爾，前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。前者輸出的模擬量與磁場(chǎng)成正比，用于各種參量的測(cè)量；后者輸出數(shù)字量為高、低電平，常用于計(jì)數(shù)。線性霍爾可分為傳統(tǒng)的平面霍爾芯片，感應(yīng)垂直方向的磁力線；三軸霍爾芯片，感應(yīng)平行方向的磁力線。線性霍爾電路由霍爾元件、差分放大器和射極跟隨器組成，輸出模擬量。其輸出電壓與加在霍爾元件上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成比例。線性霍爾傳感器，主要有微開(kāi)(Micronas)公司的HAL815、英飛凌(Infineon)公司的TLE4997，以及國(guó)內(nèi)杭州中霍公司的ZH49E、南京高旭公司的CS49E。TLE4997采用模擬輸出，其額定輸出噪聲比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品低兩倍。在整個(gè)溫度范圍內(nèi)(-40℃~150℃)的偏置漂移穩(wěn)定性是市場(chǎng)上其他傳感器的2至3倍。三軸霍爾芯片，與傳統(tǒng)平面霍爾技術(shù)僅能感應(yīng)垂直于芯片表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度不同，其既可以感應(yīng)垂直方向也可以感應(yīng)平行于芯片表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度。三軸霍爾芯片生產(chǎn)廠商，主要奧地利微電子(AustriaMicrosystems)公司，其代表產(chǎn)品是AS5040，邁來(lái)芯(Melexis)公司，其代表產(chǎn)品是MLX90316、MLX90360，微開(kāi)(Micronas)公司，其代表產(chǎn)品是HAL3625。

表征當(dāng)前角度值的數(shù)字信號(hào)再通過(guò)DA轉(zhuǎn)換器變回模擬信號(hào)。最后的輸出信號(hào)可以在模擬輸出、PWM輸出中選擇。輸出傳輸曲線是完全可編程的(例如偏移值、增益、箝位電平等參數(shù))。MLX90360芯片可以非接觸式的感應(yīng)在360°內(nèi)的旋轉(zhuǎn)位置，其功能框圖見(jiàn)兩種不同原理的加速/制動(dòng)踏板位置傳感器的性能對(duì)比表性能電位計(jì)式霍爾式變化量位移-電阻位移-電勢(shì)可靠性接觸式，易磨損非接觸式，可靠性高成本低稍高(不需要PCB)尺寸大中等(不需要PCB)接口模擬信號(hào)(僅有)模擬和數(shù)字信號(hào)線性度很好，0.05%~0.1%好，1%分辨率差，0.025~0.05mm好，15bit標(biāo)定容易中等溫漂可以忽略可被補(bǔ)償噪聲差好錯(cuò)誤報(bào)警無(wú)可實(shí)現(xiàn)多種安全報(bào)警冗余增加電阻帶，但同步磨損非常方便封裝2個(gè)傳感器5.3角速度傳感器5.3.1振動(dòng)型角速度傳感器1．振動(dòng)型角速度傳感器的結(jié)構(gòu)角速度傳感器的主動(dòng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ASC)的部件，是一種預(yù)防安全系統(tǒng)，通過(guò)根據(jù)行車(chē)狀態(tài)分別控制4個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)力，控制前后力和橫向力，以抑制車(chē)輛在臨界狀態(tài)行車(chē)的危險(xiǎn)舉動(dòng)。此系統(tǒng)應(yīng)用在防抱制動(dòng)系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)上時(shí)還追加了橫G傳感器、主油缸壓力傳感器、蓄壓器壓力傳感器。主動(dòng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的工作狀況舉例：主動(dòng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)在改變4輪制動(dòng)力與側(cè)滑力的平衡時(shí)，使車(chē)輛產(chǎn)生側(cè)轉(zhuǎn)矩，來(lái)控制車(chē)輛姿勢(shì)。振動(dòng)型角速度傳感器的結(jié)構(gòu)：有內(nèi)、外兩個(gè)框架，內(nèi)框架通過(guò)一對(duì)內(nèi)撓性軸連接在外框架上，外框架通過(guò)一對(duì)與內(nèi)撓性軸正交的外撓性軸連接在殼體上。內(nèi)框架上有一沉金的質(zhì)量塊，用來(lái)平衡整個(gè)框架系統(tǒng)。外框架兩側(cè)的上方是一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極，用來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)框架系統(tǒng)，內(nèi)框架兩側(cè)的上方是一對(duì)敏感電極，用來(lái)敏感框架的角振動(dòng)。2．振動(dòng)型角速度傳感器的工作原理振動(dòng)型角速度傳感器工作原理：在振動(dòng)型角速度傳感器上，作為振子的四方體的相鄰兩面上，粘接有兼起驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)作用的壓電元件，當(dāng)電壓加到壓電元件上時(shí)，就會(huì)使振子振動(dòng)，當(dāng)將旋轉(zhuǎn)又加到振動(dòng)著的金屬柱上時(shí)，按其轉(zhuǎn)速就會(huì)產(chǎn)生哥氏力。5.3.2音叉型角速度傳感器1．音叉型角速度傳感器的結(jié)構(gòu)音叉形角速度傳感器的作用是檢測(cè)車(chē)輛垂直軸周?chē)男D(zhuǎn)角速度。傳感器本體為音叉形，各振子由振動(dòng)部分和檢測(cè)部分構(gòu)成，兩者方向上相差90°，但制成為一個(gè)整體。音叉上粘接有壓電陶瓷片(PZT)，當(dāng)電壓加到各振子上時(shí)，PZT就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變，反之，使之產(chǎn)生變形時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電壓。利用PZT可以測(cè)出振動(dòng)與旋轉(zhuǎn)引起的振子變形。經(jīng)過(guò)運(yùn)算得出車(chē)身的滑移角度，因?yàn)橐呀撬俣戎祵?duì)時(shí)間積分，在傳感器測(cè)出的角速度值包含誤差時(shí)，其誤差也對(duì)時(shí)間積分，所以逐漸變大。2．音叉型角速度傳感器的工作原理音叉型角速度傳感器由一懸空于玻璃基片上的硅結(jié)構(gòu)組成。在玻璃基片上沉積了一層金屬，用此作為電路接口。硅結(jié)構(gòu)有兩慣性質(zhì)量塊，由梁結(jié)構(gòu)順序支撐，梁固定在玻璃基片的固定點(diǎn)上。在外驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊上施加電壓，兩質(zhì)量塊在靜電力作用下產(chǎn)生橫向、平面內(nèi)的振蕩運(yùn)動(dòng)。沿輸入軸作用的角速度Ω垂直于質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)速度矢量，由此產(chǎn)生的哥氏力將質(zhì)量塊中的一塊推出運(yùn)動(dòng)平面，另一塊推進(jìn)運(yùn)動(dòng)平面。音叉型角速度傳感器電子線路的設(shè)計(jì)反映了傳感器工作可行性的基本要求，以及驅(qū)動(dòng)回路和敏感回路的相互作用。驅(qū)動(dòng)回路由一個(gè)自激振蕩器電路組成，它可提供產(chǎn)生靜電力的電壓，驅(qū)動(dòng)敏感質(zhì)量產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)速度?；芈窓z測(cè)敏感質(zhì)量的位置，將位置信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)交流放大與相位調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)并維持驅(qū)動(dòng)幅值恒定。保持驅(qū)動(dòng)幅值的高精度恒定是穩(wěn)定標(biāo)定因數(shù)所必需的。驅(qū)動(dòng)回路從敏感質(zhì)量運(yùn)動(dòng)中可精確獲得對(duì)基本頻帶解調(diào)所需的基準(zhǔn)信號(hào)。5.4加速度傳感器5.4.1壓阻式加速度傳感器1．壓阻式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)整個(gè)傳感器由一塊硅片(包括敏感質(zhì)量塊和懸臂梁)和兩塊玻璃鍵合而成，從而形成質(zhì)量塊的封閉腔，以保護(hù)質(zhì)量塊并限制沖擊和減振。在懸臂梁上，通過(guò)擴(kuò)散法集成了壓阻。當(dāng)質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)時(shí)懸臂梁彎曲，于是壓阻的阻值就發(fā)生變化。加速度傳感器的一個(gè)重要性質(zhì)是離軸靈敏度，即器件應(yīng)該對(duì)某一個(gè)方向的加速度敏感，而對(duì)其他方向的加速度不敏感。2．壓阻式加速度傳感器的工作原理當(dāng)力作用于固體材料時(shí)，固體材料的電阻率將發(fā)生顯著變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。利用固體的壓阻效應(yīng)原理制成的傳感器稱為壓阻式傳感器，主要用于壓力、加速度、拉力、質(zhì)量、應(yīng)變、真空度、流量等物理量的測(cè)量和控制。主要有壓阻式壓力傳感器和壓阻式加速度傳感器。利用硅的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、工作溫度范圍寬、易于小型化和能夠進(jìn)行批量生產(chǎn)等特點(diǎn)半導(dǎo)體材料晶體在應(yīng)力的作用下時(shí)，除了形變發(fā)生變化外，其能帶結(jié)構(gòu)也相應(yīng)的發(fā)生變化，從而使載流子的遷移率和載流子密度也隨之變化，半導(dǎo)體材料的電阻率也發(fā)生變化。這種在應(yīng)力作用下，電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做壓阻效應(yīng)。表征壓阻效應(yīng)強(qiáng)弱的物理參數(shù)是壓阻系數(shù)，即單位應(yīng)力作用下電阻率的相對(duì)變化量。壓阻式加速度傳感器具有線性度好、測(cè)量范圍大、信號(hào)處理簡(jiǎn)單、微型化、工藝成熟等諸多特點(diǎn)。與其他類型的加速度傳感器一樣，壓阻式加速度傳感器可以簡(jiǎn)化為質(zhì)量塊、彈簧和阻尼器的二階單自由度振蕩系統(tǒng)。彈簧等價(jià)于壓阻式加速度傳感器中的懸臂梁，彈性系數(shù)為k；氣體阻尼為c；m為質(zhì)量塊的質(zhì)量。將壓阻式加速度傳感器固定在被測(cè)物體上，當(dāng)被測(cè)物的加速度為a，質(zhì)量塊m受到慣性力ma的作用，質(zhì)量塊發(fā)生位移，若滿足傳感器的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體的運(yùn)動(dòng)頻率，其位移大小與加速度大小成正比，通過(guò)測(cè)量質(zhì)量塊的位移，即可得到被測(cè)物的加速度。壓阻式加速度傳感器的典型結(jié)構(gòu)是硅懸臂梁結(jié)構(gòu)，主要有單懸臂梁結(jié)構(gòu)和雙端固支懸臂梁結(jié)構(gòu)。壓阻式加速度傳感器的質(zhì)量塊在加速度的慣性力作用下產(chǎn)生位移，使固定在懸臂梁上的壓敏電阻發(fā)生形變，電阻率發(fā)生變化，壓敏電阻的阻值也相應(yīng)的變化。通過(guò)測(cè)試電阻的變化量，可以得到加速度的大小。由于電阻的變化量很小，難以用萬(wàn)用表直接精確測(cè)量，通常采用惠斯通電橋電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓或者電流，再經(jīng)過(guò)放大電路放大后測(cè)量?；菟雇姌蚋鶕?jù)電橋電源的不同，分為直流電橋和交流電橋。壓阻式傳感器與其它傳感器相比有很多優(yōu)點(diǎn)：1）頻率響應(yīng)高。2）精度高。3）微型化。4）靈敏度高。5）可靠性高，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)組件。壓阻式加速度傳感器的缺點(diǎn)：壓阻式加速度傳感器是用半導(dǎo)體材料制成的，半導(dǎo)體材料易受溫度影響，因此在溫度變化大的環(huán)境使用時(shí)，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。5.4.2電容式加速度傳感器1．電容式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)多層金屬結(jié)構(gòu)單片集成三軸電容式加速度傳感器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。該傳感器結(jié)構(gòu)由檢測(cè)X、Y軸向敏感質(zhì)量塊、Z軸向敏感質(zhì)量塊、梳齒敏感電極、四個(gè)L型支撐梁、兩個(gè)一字型支撐梁和錨點(diǎn)構(gòu)成。其中，X、Y軸敏感電極采用4層金屬均勻式結(jié)構(gòu)，水平軸向質(zhì)量塊由固定在錨點(diǎn)的四個(gè)L型梁支撐。Z軸敏感電極采用三層金屬交錯(cuò)梳齒結(jié)構(gòu)，Z軸質(zhì)量塊由固定在錨點(diǎn)的撓性一字梁支撐。Y軸向檢測(cè)電容等效示意圖。為了有效地降低系統(tǒng)噪聲并提高系統(tǒng)靈敏度，每一個(gè)可動(dòng)梳齒被兩個(gè)固定梳齒所環(huán)繞。整個(gè)傳感器結(jié)構(gòu)左右互相對(duì)稱。

Z軸三層金屬交錯(cuò)梳齒結(jié)構(gòu)示意圖。其中，CZ1和CZ3并聯(lián)，CZ2和CZ4并聯(lián)。當(dāng)存在Z軸方向加速度時(shí)，CZ1和CZ3并聯(lián)且在Z軸向的電容增大；CZ2和CZ4并聯(lián)且在Z軸向的電容減小相等的量，CZ1和CZ3并聯(lián)后與CZ2和CZ4并聯(lián)的電容再進(jìn)行串聯(lián)，形成Z軸向加速度檢測(cè)的完全差分檢測(cè)電容電路。

2．電容式加速度傳感器的工作原理電容式加速度傳感器是通過(guò)電容值的變化進(jìn)行測(cè)量加速度、振動(dòng)、壓力等信號(hào)的裝置，是現(xiàn)在主流的加速度傳感器之一，按照敏感機(jī)理不同可分為改變重疊面積或改變間距類型；按照電容改變的結(jié)構(gòu)不同，可分類為平行極板式和梳齒式兩種結(jié)構(gòu)。平行極板電容式加速度傳感器的質(zhì)量塊底部和襯底之間都有一個(gè)電極，形成平行極板電容，當(dāng)質(zhì)量塊受到加速度時(shí)產(chǎn)生位移，引起平行極板間面積或間距發(fā)生變化，進(jìn)而引起電容量發(fā)生變化。

梳齒型加速度傳感器是電容式加速度傳感器中經(jīng)常用來(lái)測(cè)量電容變化的傳感器之一，由于梳齒型傳感器可以采用表面硅加工技術(shù)制備，可很好地與檢測(cè)電路集成在單一芯片上，減小寄生電容的影響，有效提高系統(tǒng)靈敏度，但由于采用表面硅加工技術(shù)，致使質(zhì)量塊厚度小、質(zhì)量輕，輸出電容變化的信號(hào)小，對(duì)外圍信號(hào)檢測(cè)電路要求較高，需要增加可動(dòng)梳齒與固定梳齒的數(shù)目以達(dá)到增大輸出電容值變化的目的。5.4.3諧振式加速度傳感器1．諧振式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)硅諧振式加速度傳感器主要包括：質(zhì)量塊、雙端固定音叉(DETF)、梳齒結(jié)構(gòu)、微杠桿結(jié)構(gòu)(力放大結(jié)構(gòu))、錨點(diǎn)等。其中DETF諧振器由驅(qū)動(dòng)端和檢測(cè)端構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)端由可動(dòng)梳齒電極與內(nèi)部固定電極構(gòu)成，用來(lái)為諧振器提供激勵(lì)信號(hào)；檢測(cè)端由可動(dòng)梳齒電極與外部固定梳齒電極構(gòu)成，用來(lái)感知諧振器頻率的變化。2．諧振式加速度傳感器的工作原理硅諧振式加速度傳感器的工作原理為：質(zhì)量塊在加速度作用下產(chǎn)生慣性力，該作用力經(jīng)微杠桿結(jié)構(gòu)放大n倍后傳遞到DETF諧振器上，使得DETF諧振梁的頻率發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)諧振頻率變化量即可得到加速度值。諧振式加速度傳感器是通過(guò)檢測(cè)輸出諧振頻率的變化來(lái)間接檢測(cè)所感受的加速度，高精度、實(shí)時(shí)性好的頻率測(cè)量電路是衡量諧振式加速度傳感器性能的重要指標(biāo)。頻率測(cè)量主要有模擬測(cè)量法和數(shù)字測(cè)量法[18]。模擬法測(cè)頻一般是將頻率量轉(zhuǎn)化為比較直觀的電壓、電流等進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于一個(gè)周期性方波信號(hào)，當(dāng)幅度恒定不變時(shí)，它的有效電壓值是由占空比決定的：基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)的數(shù)字化頻率測(cè)量系統(tǒng)主要包括處理芯片、存儲(chǔ)芯片、前置信號(hào)處理、串傳送等。比較器的作用是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為同頻方波，即轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，以便被FPGA芯片識(shí)別，系統(tǒng)中增加了存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)下載程序，使系統(tǒng)可以掉電調(diào)試。FPGA中央處理芯片對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率計(jì)算，結(jié)果經(jīng)過(guò)串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)保存顯示。頻率測(cè)量算法的時(shí)序邏輯，該算法原理為：在同一時(shí)間閘門(mén)內(nèi)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)和被測(cè)信號(hào)的周期同時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，最終由兩個(gè)計(jì)數(shù)值計(jì)算出被測(cè)信號(hào)頻率。為提高精度，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和被測(cè)信號(hào)均采用了上升沿和下降沿同時(shí)計(jì)數(shù)方式。具體實(shí)施過(guò)程為：利用計(jì)時(shí)器確定一個(gè)預(yù)設(shè)閘門(mén)信號(hào)，通過(guò)被測(cè)計(jì)數(shù)的上升沿去同步預(yù)設(shè)閘門(mén)，確定一個(gè)實(shí)際閘門(mén)信號(hào)，確保了實(shí)際閘門(mén)信號(hào)長(zhǎng)度是被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍。根據(jù)實(shí)際閘門(mén)信號(hào)，利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的連續(xù)兩次上升沿，產(chǎn)生門(mén)控信號(hào)用以控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘計(jì)數(shù)；利用被測(cè)信號(hào)上升沿產(chǎn)生被測(cè)門(mén)控信號(hào)，控制對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)。5.5轉(zhuǎn)矩傳感器電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整體上基于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向方式，通過(guò)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生助力，主要由車(chē)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、電流傳感器、MCU，電動(dòng)機(jī)、電磁離合器以及減速機(jī)構(gòu)等組成。5.5.1接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器1．電阻應(yīng)變片式轉(zhuǎn)矩傳感器應(yīng)變片式轉(zhuǎn)矩傳感器，在輸入扭矩Ti的作用下，3的表面將會(huì)產(chǎn)生壓縮或者拉伸形變，那么3表面上所貼的電阻

和

方向上的應(yīng)變數(shù)值相等，但符號(hào)相反，皆為

，

、

和粘貼在3背面的

、

組成全橋測(cè)量電路，該全橋上的4個(gè)結(jié)點(diǎn)a、b、c、d(位于背面)處的信號(hào)通過(guò)相應(yīng)的4個(gè)信號(hào)滑環(huán)和電刷引出。電阻應(yīng)變片式轉(zhuǎn)矩傳感器原理：導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變，其電阻值也將隨之發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片傳感器正是基于應(yīng)變效應(yīng)制成，它包括電阻應(yīng)變片、彈性元件和測(cè)量轉(zhuǎn)換電橋電路等等。應(yīng)變片可以分為金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類，其中前者又可細(xì)分為金屬絲式、箔式、薄膜式和半導(dǎo)體應(yīng)變片等。當(dāng)在被測(cè)物表面貼上應(yīng)變片時(shí)，一旦有外力作用，應(yīng)變片的敏感柵將隨被測(cè)物一起發(fā)生形變，其電阻值也就發(fā)生變化，但是用ECU直接去計(jì)算此時(shí)應(yīng)變片阻值的變化是很困難也很不精確的，這是由于一個(gè)在高阻值的基準(zhǔn)上附加零點(diǎn)幾歐變化的小電阻，其分辨率很低。在非平衡電阻電橋中，用電阻應(yīng)變片式傳感器來(lái)代替某一橋臂電阻，或幾個(gè)相應(yīng)的橋臂電阻，當(dāng)該應(yīng)變片阻值變化時(shí)，電橋即失去平衡，此時(shí)，ECU可根據(jù)電橋的輸出電壓即可計(jì)算出被測(cè)值。非平衡電橋可分為單臂、雙臂、全橋等結(jié)構(gòu)。2．電位計(jì)式轉(zhuǎn)矩傳感器電位計(jì)式轉(zhuǎn)矩傳感器又稱為變阻器式轉(zhuǎn)矩傳感器，它是在滑動(dòng)變阻器的原理基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的場(chǎng)合加以改進(jìn)的，分為線繞式和非線繞式兩種電阻傳感器，其中后者又可分為薄膜電位器，導(dǎo)電塑料電位器和光電電位器三種。該類型轉(zhuǎn)矩傳感器的工作原理是：當(dāng)觸頭裝置H與環(huán)形電阻器10處內(nèi)表面沒(méi)有磨損的位置接觸時(shí)，緊壓的彈簧6對(duì)螺栓5施加一定的預(yù)緊力，使得圓形滾動(dòng)部件4在繞螺栓5中軸滾動(dòng)時(shí)，又與環(huán)形電阻器10緊緊接觸，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，而當(dāng)觸頭裝置H旋轉(zhuǎn)到環(huán)形電阻器10上有磨損的位置3處時(shí)，圓形滾動(dòng)部件4即會(huì)有與環(huán)形電阻器10內(nèi)表面脫離的趨勢(shì)，但通過(guò)螺栓5間接施加預(yù)緊力的彈簧6使得圓形滾動(dòng)部件4沿半徑向外運(yùn)動(dòng)至與環(huán)形電阻器10內(nèi)表面接觸的位置，此時(shí)彈簧6的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，以保持觸頭裝置H與環(huán)形電阻器10時(shí)時(shí)接觸，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡，而當(dāng)觸頭裝置H離開(kāi)此磨損位置3滑動(dòng)到正常位置后，觸頭裝置H又回到原先的狀態(tài)，保持和環(huán)形電阻器10內(nèi)表面的平穩(wěn)接觸，這樣固定電刷B處下方的電路就可以持續(xù)穩(wěn)定地輸出正比于旋轉(zhuǎn)扭矩變化大小的電壓信號(hào)另一種常見(jiàn)的電位計(jì)式傳感器，它主要由扭桿彈簧、轉(zhuǎn)角位移變換機(jī)構(gòu)和電位計(jì)組成，扭桿彈簧其主要作用是傳遞駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的扭矩，并將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角值。5.5.2非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器1．光電式轉(zhuǎn)矩傳感器光電式轉(zhuǎn)矩傳感器采用非接觸式測(cè)量方法，其原理就是將光通量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)強(qiáng)度的變化。光電式傳感器的理論基礎(chǔ)就是光電轉(zhuǎn)換