汽车传感器论文浅谈传感器技术在汽车领域的应用

浅谈传感器技术在汽车领域的应

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1 摘要

1.1 汽车传感器举足轻重

1.2 国内传感器生产水平低

1.3 汽车上的主要传感器

1.4 汽车传感器的发展趋势

2 传感器类型

2.1里程表传感器

2.2安全气囊传感器

2.3 速度传感器

3 基本原理和发展

致谢

参考文献

1 摘要汽车传感器发展综述

在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，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。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（测距雷达或其他测距传感器）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分。

老式的油压传感器和水温传感器是彼此独立的，由于有着明确的最大值或最小值的限定，其中一些传感器的实际作用就相当于开关。随着传感器向电子化和数字化方向发展，它们的输出值

将得到更多的相关利用。

传感器在汽车上的应用不断扩大，它们在汽车电子稳定性控制系统（包括轮速传感器、陀螺仪以及刹车处理器）、车道偏离警告系统和盲点探测系统（包括雷达、红外线或者光学传感器）各个方面都得到了使用。

2005年，美国ABI研究公司公布了一份专门针对传感器市场的研究报告。这份名为《汽车传感器：加速计、陀螺仪、霍耳效应、光学、压力、雷达以及超音速传感器》的报告，对2012年前主要传感器的地区性使用前景作了预测。报告讨论了使用传感技术的许多先进安全系统，并提供了主要40家生产厂家的详细资料，以及100多家生产厂家名录。这家调查公司的一位资深分析师认为，是主动式安全系统推动了传感器被越来越多地使用。在汽车业，安全系统成为传感器的最大市场。

根据“全球信息公司”的调查报告，全球轻型汽车传感器OEM市场年均增长率7.4%，到2010年将达到140亿美元的规模，其增长幅度远远超出汽车本身的年均增长率。在发达国家，随着汽车电子系统日益完善，电子传感新技术快速发展，但已经成熟的传感器产品的增长将趋缓甚至可能下降；在发展中国家，基本的汽车传感器主要用于汽车发动机、安全、防盗、排放控制系统，增长量十分可观。用于发展中国家汽车幕?敬?衅鞑?分饕?ü齇EM 生产，以减少成本。汽车传感器供应商面临严峻挑战：一方面要扩大产能产量，另一方面要不断减低成本，这种发展趋势未来将

不可能改变。

汽车发动和驱动系统仍是传感器的最大和最成熟的市场，然而与其它应用相比，增速将放缓；随着全球燃油价格的提高，“改进燃烧效率”将是汽车传感器的新的应用“亮点”领域；在汽车安全和防盗系统中的应用将是最快的增长的市场；尾气排放控制系统市场的发展则十分稳定，前景良好。按区域划分的几大应用市场是，在美国，主要用于胎压检测；在欧洲，用于汽车行人警告系统；在新兴产业国家，主要用于安全气囊和自动安全带系统。以每辆车来衡量，氧传感器用量最多，技术上不断进步。

1.1 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5～7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。

1.2 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。

1.3 汽车上的主要传感器

这里介绍汽车传感器的经典例子——里程表传感器、安全气囊传感器、速度传感器等三种传感器产品。

1.3.1里程表传感器

在差速器或者半轴上面的传感器，来感觉转动的圈数，

里程表传感器

一般用霍尔，光电两个方式来检测信号，其目的利用里程表记数可有效的分析判断汽车的行驶速度和里程，因为半轴和车轮的角速度相等，已知轮胎的半径，直接通过里程参数来计算。在传动轴上设计两个轴承，大大减轻了运行中的力距，减少了摩擦力，增强了使用寿命；由原来的动态检测信号改为齿轮运转式检

测信号；由原来直插式垂直变速箱改为倒角式接口变速箱。里程表传感器插头一般是在变速箱上，有的打开发动机盖可以看到，有的要在地沟操作。

1.3. 2安全气囊传感器

安全气囊在车辆发生碰撞时能够起到缓冲作用，从而降低撞击对车内乘客造成的伤害。很多人将安全气囊等同于SRS，这是不准确的，其实安全气囊只是SRS的一种。SRS是英文SUP[综述图片论坛]plemental Restraint System的缩写，中文含义是辅助防护系统，常见的辅助防护系统有安全气囊和安全带。在很多汽车的转向盘上和仪表板右侧杂物箱上方都标有SRS或AIR BAG，这表示有安全气囊安装在此处。

安全气囊系统的组成

安全气囊系统主要包括碰撞传感器、气囊电脑、系统指示灯、气囊组件以及连接线路，气囊组件主要包括气囊、气体发生器以及点火器等。

(1)碰撞传感器对于各汽车制造厂生产的车辆，碰撞传感器的安装位置不尽相同，而且碰撞传感器的名称也不统一，例如有些碰撞传感器按照工作原理也称为加速度传感器。

①按照用途的不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器，用于检测碰撞时的减速度或惯性，并将碰撞信号传给气囊电脑，作为气囊电脑

的触发信号；防护碰撞传感器也称为安全碰撞传感器，它与触发碰撞传感器串联，用于防止气囊误爆。

②按照结构的不同，碰撞传感器分为机电式碰撞传感器、电子式碰撞传感器以及机械式碰撞传感器。防护碰撞传感器一般采用电子式结构，触发碰撞传感器一般采用机电结合式结构或机械式结构。

机电结合式碰撞传感器是利用机械的运动(滚动或转动)来控制电气触点动作，再由触点断开和闭合来控制气囊电路的接通和切断，常见的有滚球式和偏心锤式碰撞传感器。电子式碰撞传感器没有电气触点，目前常用的有电阻应变式和压电效应式2种。机械式碰撞传感器常见的有水银开关式，它是利用水银导电的特性来控制气囊电路的接通和切断。

③对于早期的汽车，一般设有多个触发碰撞传感器，安装位置一般在车身的前部和中部，例如车身两侧的翼子板内侧、前照灯支架下面以及发动机散热器支架两侧等部位。随着碰撞传感器制造技术的发展，有些汽车将触发碰撞传感器安装在气囊电脑内。防护碰撞传感器一般都与气囊电脑组装在一起(图1)，多数安装在驾驶舱内中央控制台下面

1.3.3 速度传感器

速度传感器是电动汽车较为重要的传感器，也是应用较多的传感器。就其定义而言，速度传感器主要是用来测量速度的传感器，分为转速传感器、车速传感器、车轮转速传感器等。

速度传感器

转速传感器主要用于电动汽车电动机旋转速度的检测。常用的转速传感器有三种，分别为电磁感应式转速传感器、光电感应式转速传感器、霍尔效应式转速传感器，均采用非接触式测量原理，以增强检测的安全性、提高检测精度。

车速传感器用来测量电动汽车行驶速度。车速传感器信号主要用于仪表板的车速表显示及发动机怠速、电动汽车加速其间的控制等。目前我国绝大部分电动汽车上的速度表都是以汽车论坛的选择转速变换成汽车速度进行测速的。这在汽车制动、打滑的情况下，以及论坛因新旧、摩擦、路面、胎压高低等造成其外圆周长的变化都会造成误差过大，甚至无法工作，车速传感器主要有电磁感应式、光电式、可变磁阻式和霍尔式集中。电动汽车上普遍采用电磁感应式和霍尔式速度传感器。

我们知道汽车传感器的作用就是将一些我们需要检测的信号转换成电信号并输出，让我们可以通过反馈回来的信号来判定系统现在的状态。汽车速度传感器就是这样一种设备，它通过检测电控汽车的车速并将具体的车速信号转换成电信号传输给汽车的核心控制电脑，控制电脑用这个输入信号来进行判定运行的状态，并发出指令来控制发动机怠速，它还可以实现自动变速器