1、第六章汽車傳感器概述概概 述述汽車傳感器是汽車電子技術領域研究的核心內容之一。汽車傳感器是汽車電子技術領域研究的核心內容之一。 汽車傳感器是汽車儀表系統和電子控制系統的信息源，是汽車電子汽車傳感器是汽車儀表系統和電子控制系統的信息源，是汽車電子控制系統的關鍵部件?？刂葡到y的關鍵部件。 現代汽車技術發展特征之一就是越來越多的部件采用電子控現代汽車技術發展特征之一就是越來越多的部件采用電子控制。電子自動控制的工作要依賴傳感器的信息反繢。制。電子自動控制的工作要依賴傳感器的信息反繢。 據統計，目前一般轎車上大約有幾十只傳感器，高級轎車有一據統計，目前一般轎車上大約有幾十只傳感器，高級轎車有一百多個傳

2、感器，而豪華轎車上多達二百余只傳感器，每年全球的車百多個傳感器，而豪華轎車上多達二百余只傳感器，每年全球的車用傳感器需求量將達到十多億只。用傳感器需求量將達到十多億只。 汽車傳感器汽車傳感器工作機理工作機理通常是利用物理、化學的原理和效應，如通常是利用物理、化學的原理和效應，如磁電效應磁電效應 、霍耳效應霍耳效應 、壓電效應壓電效應 、光電效應光電效應 、光敏電阻效應、光敏電阻效應、電致發光電致發光 、熱電效應熱電效應 、熱電阻效應等熱電阻效應等 2第一節第一節 汽車傳感器的使用范圍汽車傳感器的使用范圍一、用于汽車指示儀表系統一、用于汽車指示儀表系統微微處處理理器器A/DA/D存儲器存儲器D/

3、A車車 速速傳感器傳感器油油 箱箱傳感器傳感器D/A車速表車速表燃油液位燃油液位指示儀表指示儀表例例 車速表及燃油液位指示儀表車速表及燃油液位指示儀表目的目的：用于了解汽車工作狀況。：用于了解汽車工作狀況。3 車速里程表車速里程表 發動機轉速表發動機轉速表 機油壓力表機油壓力表 氣壓力表氣壓力表 燃油表燃油表 冷卻液溫度表冷卻液溫度表汽車上常用的儀表有：汽車上常用的儀表有： 這些儀表通常與各這些儀表通常與各種信號燈一起安裝在儀種信號燈一起安裝在儀表板上，稱為組合儀表表板上，稱為組合儀表。4例例 老式磁感應式車速里程表老式磁感應式車速里程表 由變速器經軟軸驅動。由變速器經軟軸驅動。5儀表驅動軟軸

4、儀表驅動軟軸6組成：傳感器、信號處理電路、車速表和里程表。組成：傳感器、信號處理電路、車速表和里程表。例例 電子式車速里程表電子式車速里程表7二、用于二、用于汽車電子控制系統汽車電子控制系統給定值給定值傳感器傳感器A/D轉換器轉換器D/A轉換器轉換器執執 行行機機 構構被被 控控對對 象象控制器控制器被控參數被控參數 微型計算機微型計算機電子控制系統的基本框圖電子控制系統的基本框圖 汽車電子控制系統主要由傳感器、電子控制器汽車電子控制系統主要由傳感器、電子控制器(ECU)、執行機構、執行機構和程序軟件等部分組成，與汽車的機械、動力、安全等系統配合使和程序軟件等部分組成，與汽車的機械、動力、安全

5、等系統配合使用。用。目的：控制汽車運行狀態。目的：控制汽車運行狀態。8汽車電子控制系統大體可分為如下幾個部分：汽車電子控制系統大體可分為如下幾個部分：1. 傳動系統與操縱控制系統；傳動系統與操縱控制系統；2. 安全控制系統；安全控制系統；3. 輔助控制系統；輔助控制系統；4. 總線控制與車輛局域網系統。總線控制與車輛局域網系統。1. 發動機控制系統；發動機控制系統；2. 底盤控制系統；底盤控制系統；3. 電子安全系統；電子安全系統；4. 信息通訊系統。信息通訊系統。 其中，前兩種系統與汽車的行駛性能有直接關系，而后兩種系其中，前兩種系統與汽車的行駛性能有直接關系，而后兩種系統與汽車的安全性、方

6、便性相關。統與汽車的安全性、方便性相關。 汽車電子控制系統也可以劃分為：汽車電子控制系統也可以劃分為： 三、汽車電子控制系統三、汽車電子控制系統91.1.發動機控制發動機控制ECU 空氣流量計空氣流量計 發動機轉速傳感器發動機轉速傳感器節氣門位置傳感器節氣門位置傳感器冷卻水溫傳感器冷卻水溫傳感器進氣溫度傳感器進氣溫度傳感器曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器車速傳感器車速傳感器爆震傳感器爆震傳感器氧傳傳感器氧傳傳感器啟動信號啟動信號空調開關空調開關傳感器傳感器控制系統控制系統電子燃油噴射電子燃油噴射電子點火控制電子點火控制怠速控制怠速控制故障自診斷故障自診斷排放控制排放控制其它輔助控制其它輔助控制I/

7、O輸輸入入回回路路CPU存儲器存儲器A/D輸輸出出回回路路增壓控制增壓控制進氣控制進氣控制10發動機控制的子系統發動機控制的子系統空氣流量計空氣流量計節氣門體節氣門體噴油器噴油器控制單元控制單元ECU空氣空氣消聲器消聲器氣氣油油泵泵氣油氣油電控燃油噴射工作演示電控燃油噴射工作演示11例：桑塔納例：桑塔納20002000轎車發動機汽油噴射系統轎車發動機汽油噴射系統 油箱油箱汽油泵汽油泵燃燃 油油濾清器濾清器壓力調節器壓力調節器電控單元電控單元ECU冷起動閥冷起動閥節氣門節氣門開關開關節氣門節氣門輔助空氣閥輔助空氣閥油壓調節器油壓調節器噴油器噴油器燃燃 油油分配器分配器空氣溫度空氣溫度傳感器傳感器

8、氧傳感器氧傳感器曲軸轉角曲軸轉角傳感器傳感器轉速傳感器轉速傳感器空氣流量空氣流量傳感器傳感器水水 溫溫傳感器傳感器12轉轉 速速I/OCPU曲軸位置曲軸位置負負 荷荷爆爆 震震溫溫 度度I/O信信號號預預處處理理A/D轉轉換換RAMROM點火線圈點火線圈點點火火控控制制裝裝置置火火花花塞塞電子控制點火系統的基本組成電子控制點火系統的基本組成13電子控制點火系統電子控制點火系統(ESA)(ESA)的框圖的框圖傳感器傳感器ECU執行器執行器14(2) 電控點火系統電控點火系統 (ESA)(1) 電控燃油噴射系統電控燃油噴射系統 (EFI)1) 噴油量控制、噴油量控制、2) 噴油正時控制噴油正時控制

9、3) 怠速控制怠速控制 (ISC)4) 冷起動噴油控制冷起動噴油控制5) 斷油控制斷油控制主要控制項目：主要控制項目：EFI與與ESA的的主要傳感器：主要傳感器：空氣流量計空氣流量計進氣溫度傳感器進氣溫度傳感器發動機轉速傳感器發動機轉速傳感器曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器冷卻水溫傳感器冷卻水溫傳感器節氣門位置節氣門位置傳感器傳感器爆震傳感器爆震傳感器氧傳傳感器氧傳傳感器1) 點火提前角控制點火提前角控制2) 閉合角控制閉合角控制3) 爆燃控制爆燃控制 主要控制項目：主要控制項目：15怠速控制怠速控制(3)怠速控制怠速控制(ISC)16例例 豐田汽車發動機控制系統豐田汽車發動機控制系統(TCCS系

10、統系統)17(4) 進氣增壓控制進氣增壓控制諧振增壓控制系統諧振增壓控制系統18 奔馳奔馳SLK（R171）新發動機所采用的進氣歧管長度可變的機構）新發動機所采用的進氣歧管長度可變的機構采用了一個控制閥來控制進氣管的長度，這是目前主流的進氣歧管采用了一個控制閥來控制進氣管的長度，這是目前主流的進氣歧管長度可變機構的設計。長度可變機構的設計。19可可變氣門正時變氣門正時 (VVT, Variable Valve Timing)(5) 進氣正時控制進氣正時控制20(6)發動機排放污染控制發動機排放污染控制1. 起動開關起動開關傳感器傳感器4. 水溫傳感器水溫傳感器2. 怠速開關怠速開關3. 曲軸位

11、置傳感器曲軸位置傳感器廢氣再循環控制系統廢氣再循環控制系統 (EGR)21聯合聯合信息信息傳感傳感系統系統中中 央央處理器處理器ECU懸架控制懸架控制傳動控制傳動控制制動控制制動控制驅動控制驅動控制轉向控制轉向控制其它系統其它系統車輛動力性車輛動力性車輛經濟性車輛經濟性車輛穩定性車輛穩定性車輛安全性車輛安全性車輛操縱性車輛操縱性車輛舒適性車輛舒適性其它性能其它性能一體化底盤控制系統一體化底盤控制系統2.2.底盤控制底盤控制實現實現22(1) 電控自動變速器電控自動變速器(ECT)節氣門位節氣門位置傳感器置傳感器轉速傳感器轉速傳感器23自動變速器電子控制系統自動變速器電子控制系統24無級變速無級

12、變速 CVT25(2) 防抱死制動系統防抱死制動系統(ABS)26(3) 驅動防滑轉控制系統驅動防滑轉控制系統(ASR) ABS與與ASR都是通過控制作用于車輪上的轉矩而實現都是通過控制作用于車輪上的轉矩而實現滑移率控制。現代車輛滑移率控制?，F代車輛ABS/ASR系統將系統將ABS與與ASR控制實控制實現資源共享、互為補充，形成現資源共享、互為補充，形成ABS/ASR綜合控制系統。綜合控制系統。ECU輪輪 速速 信信 號號節節 氣氣 門門 信信 號號制動踏板信號制動踏板信號加速踏板信號加速踏板信號輪缸壓力輪缸壓力調節器調節器節氣門開度節氣門開度調節器調節器指示信號指示信號發動機發動機車車 輪輪

13、駕駛員駕駛員27(4) 電控動力轉向電控動力轉向(ECPS)28(5) 電控懸架電控懸架 傳感器：車身加速度、位移；車速；轉角等傳感器傳感器：車身加速度、位移；車速；轉角等傳感器29(6) 巡航控制巡航控制 (CC) CCS可使汽車工作在發動機有利轉速范圍內，減輕駕駛員的駕駛可使汽車工作在發動機有利轉速范圍內，減輕駕駛員的駕駛操縱勞動強度，提高行駛舒適性的汽車自動行駛裝置。操縱勞動強度，提高行駛舒適性的汽車自動行駛裝置。 巡航控制系統又稱為巡航行駛裝置、速度控制系統、自巡航控制系統又稱為巡航行駛裝置、速度控制系統、自動駕駛系統。動駕駛系統。1）車速傳感器：專用于）車速傳感器：專用于CCS的車速

14、傳感器一般安裝在汽的車速傳感器一般安裝在汽 車變速器輸出軸上。車變速器輸出軸上。2）節氣門傳感器：節氣門傳感器）節氣門傳感器：節氣門傳感器CCS與與EFI共用。共用。3）節氣門控制搖臂傳感器：是）節氣門控制搖臂傳感器：是CCS專用的傳感器。其作專用的傳感器。其作 用是對電控單元提供節氣門控制搖臂位置的電信號，用是對電控單元提供節氣門控制搖臂位置的電信號， 目前應用較多的是滑線電位計式。目前應用較多的是滑線電位計式。30 通過自動控制制動和加速來保證一定的車距。舊巡航控制系通過自動控制制動和加速來保證一定的車距。舊巡航控制系統只能按設定的車速保持一個速度，而主動巡航控制統則利用雷統只能按設定的車

15、速保持一個速度，而主動巡航控制統則利用雷達或其他監測設備扮演司機的角色達或其他監測設備扮演司機的角色 ，前方慢，后方也減速。系統，前方慢，后方也減速。系統自動保持預先設定的與前車的安全距離。自動保持預先設定的與前車的安全距離。主動式巡航控制系統主動式巡航控制系統31豐田豐田PRIUS轎車巡航控制系統轎車巡航控制系統巡航控制巡航控制系統按鈕系統按鈕 323.3.安全行駛控制安全行駛控制(1)安全氣囊系統安全氣囊系統 (SRS) 安全氣囊系統安全氣囊系統一般由傳感器、電控單元一般由傳感器、電控單元(ECU)、氣囊模塊、氣囊模塊 、監控監控裝置、儲備電源裝置、儲備電源等組成。等組成。 傳感器包括：碰

16、撞傳感器檢測汽車的碰撞，安全傳感器防止傳感器包括：碰撞傳感器檢測汽車的碰撞，安全傳感器防止氣囊誤脹開。氣囊誤脹開。傳感器傳感器ECU氣體發生器氣體發生器氣囊氣囊PSBPSB：安全帶預緊裝置：安全帶預緊裝置DABDAB：駕駛員氣囊駕駛員氣囊PABPAB：是乘員氣囊是乘員氣囊33雙氣囊系統雙氣囊系統34多氣囊系統多氣囊系統35(2) 防撞系統防撞系統 汽車行駛中，當兩車的距離小到安全距離時，即自動汽車行駛中，當兩車的距離小到安全距離時，即自動報警，若繼續行駛，則會在即將相撞的瞬間，自動控制汽報警，若繼續行駛，則會在即將相撞的瞬間，自動控制汽車制動器將汽車停住。車制動器將汽車停住。1) 1) 行車防

17、撞控制系統行車防撞控制系統傳傳感感器器36測距范圍：可達測距范圍：可達150米的米的, 車速的調節范圍：從車速的調節范圍：從30km/h到到180 km/h。德爾福德爾福(TRW) 77-GHz雷達測距系統雷達測距系統372) 2) 倒車防撞報警系統倒車防撞報警系統倒車雷達倒車雷達：又稱泊車輔助系統，：又稱泊車輔助系統，汽車倒車時，顯示車后障汽車倒車時，顯示車后障 礙物的距離，有效地防止倒車事故發生。礙物的距離，有效地防止倒車事故發生。 采用超聲波測距采用超聲波測距，當當超聲波超聲波遇到障遇到障礙物時產生回波，礙物時產生回波，傳感器接收到回波傳感器接收到回波信號后經控制器處信號后經控制器處理，

18、判斷障礙物位理，判斷障礙物位置。置。 1.1.工作原理工作原理38 由超聲波傳感器、電子處理單元、報警裝置等組成。由超聲波傳感器、電子處理單元、報警裝置等組成。2.2.組成組成39超聲波傳感器（探頭）超聲波傳感器（探頭）40超聲波探頭安裝超聲波探頭安裝4142 隨動轉向大燈在隨動轉向大燈在轉向時不斷對大燈進轉向時不斷對大燈進行動態調節，保持與行動態調節，保持與汽車的當前行駛方向汽車的當前行駛方向一致，以確保對前方一致，以確保對前方道路提供最佳照明，道路提供最佳照明，增強了黑暗中駕駛的增強了黑暗中駕駛的安全性。安全性。前照燈的自動開關、自動調光系統、前照燈的自動開關、自動調光系統、隨動轉向大燈隨

19、動轉向大燈(3) 前照燈控制前照燈控制434.4.信息系統信息系統汽車電子儀表汽車電子儀表為了使駕駛員能夠掌握汽車及各系統的工作情況，在汽車駕駛室為了使駕駛員能夠掌握汽車及各系統的工作情況，在汽車駕駛室內的儀表板上裝有各種指示儀表、指示燈及各種報警信號裝置。內的儀表板上裝有各種指示儀表、指示燈及各種報警信號裝置。 (1)信息的顯示與報警信息的顯示與報警44(2)語音提示語音提示(3) 車輛定位與導航車輛定位與導航GPS45465.5.舒適性系統舒適性系統(1) 電控自動空調電控自動空調汽車空調自動控制系統示意圖汽車空調自動控制系統示意圖47(2) 電控座椅電控座椅 該裝置是人體工程技術與電子控

20、制技術相結合的產物，該裝置是人體工程技術與電子控制技術相結合的產物，它通過傳感器感知乘坐人員的體態，并使座椅狀態與之相它通過傳感器感知乘坐人員的體態，并使座椅狀態與之相適應，滿足乘客的舒適性要求。適應，滿足乘客的舒適性要求。4849(3)電動門窗控制電動門窗控制駕駛席防夾電動門窗駕駛席防夾電動門窗506.安全防盜安全防盜為了防止駕駛員離開汽車后汽車被盜，汽車上都裝有如下常為了防止駕駛員離開汽車后汽車被盜，汽車上都裝有如下常用安全防盜裝置。用安全防盜裝置。 轉向鎖、燃油切斷裝置、蓄電池接線柱斷路裝置、點火系轉向鎖、燃油切斷裝置、蓄電池接線柱斷路裝置、點火系統關斷裝置、電子報警器、機械防盜鎖、子控

21、制防盜系統統關斷裝置、電子報警器、機械防盜鎖、子控制防盜系統 GPS車載定位防盜系統能對汽車進行實時監控、自動實車載定位防盜系統能對汽車進行實時監控、自動實時定位，追蹤，車的方向，車的速度，還可以對車輛實時追時定位，追蹤，車的方向，車的速度，還可以對車輛實時追蹤保留車輛三個月行車路線。蹤保留車輛三個月行車路線。GPS車載定位防盜系統車載定位防盜系統51GPS車載定位防盜系統車載定位防盜系統52第二節第二節 汽車傳感器的分類汽車傳感器的分類 能夠接受規定的被測量，并按一定的規律轉換成輸出信號的器件能夠接受規定的被測量，并按一定的規律轉換成輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成?；蜓b置

22、，通常由敏感元件和轉換元件組成。轉換元件轉換元件：傳感器中能將敏感元件感受的或響應的被測量：傳感器中能將敏感元件感受的或響應的被測量 轉換為電量的部分。轉換為電量的部分。1.1.國家標準國家標準GB7665-87對傳感器的定義是：對傳感器的定義是：敏感元件敏感元件：傳感器中能直接感受或響應被測量的部分。：傳感器中能直接感受或響應被測量的部分。被被 測測 量：汽車傳感器的被測量通常為：量：汽車傳感器的被測量通常為：力學量、熱力學力學量、熱力學 量和部分化學量、電學量。量和部分化學量、電學量。53力力 學學 量量熱力學量熱力學量其其 它它檢測量檢測量單單 位位檢測量檢測量單單 位位檢測量檢測量單單

23、 位位位置或位移位置或位移M溫度溫度 K C 氣體成分氣體成分mol 速度速度m/s氣體濃度氣體濃度mol壓力壓力KPa MPa加速度加速度m/s2電流電流A轉角或角轉角或角位移位移 rad 流量流量kg/s m3/s 轉速轉速r/min真空度真空度Pa 力力N 轉矩轉矩Nm濕度濕度爆震爆震Pa 汽車傳感器的被測量汽車傳感器的被測量541.1.汽車傳感器的分類汽車傳感器的分類(1)(1)按能量關系分類按能量關系分類主動型：傳感器無需外加輸入電源。如：磁電、熱電、主動型：傳感器無需外加輸入電源。如：磁電、熱電、 壓電、光電等。壓電、光電等。被動型：傳感器需外加輸入電源。如：電阻、電容、電被動型：

24、傳感器需外加輸入電源。如：電阻、電容、電 感、磁阻、熱阻等。感、磁阻、熱阻等。(2)(2)按信號轉換分類按信號轉換分類 非電量轉換成另一種非電量，如：彈性敏感元件、氣動傳感非電量轉換成另一種非電量，如：彈性敏感元件、氣動傳感器器 非電量轉換成電量，如：熱電阻、熱電偶、壓電式。非電量轉換成電量，如：熱電阻、熱電偶、壓電式。55(4)(4)按工作原理分類按工作原理分類 有電阻式、電容式、電感式、應變式、光電式、光敏式、壓有電阻式、電容式、電感式、應變式、光電式、光敏式、壓電式、熱電式等。電式、熱電式等。(6)(6)按使用功能分類按使用功能分類分為用于了解汽車工作狀況；用于控制汽車運行狀態；分為用于

25、了解汽車工作狀況；用于控制汽車運行狀態；(3)(3)按按輸入量輸入量分類分類(5)(5)按輸出信號分類按輸出信號分類輸出量有模擬量和數字量兩類傳感器。輸出量有模擬量和數字量兩類傳感器。 汽車傳感器種類很多，實際應用一般按汽車傳感器種類很多，實際應用一般按傳感器輸入量，即傳感器輸入量，即傳感器的被測量分類。如溫度、壓力、轉速等。傳感器的被測量分類。如溫度、壓力、轉速等。56傳感器傳感器檢檢 測測 工工 況況 或或 參參 數數位位 置置傳感器傳感器排氣再循環閥開度、油門踏板位置、燃油箱液排氣再循環閥開度、油門踏板位置、燃油箱液面位置、汽車高度、海拔高度等。面位置、汽車高度、海拔高度等。轉轉 角角傳

26、感器傳感器節氣門位置、曲軸轉角、方向盤轉角、前輪轉節氣門位置、曲軸轉角、方向盤轉角、前輪轉角等。角等。轉轉 速速傳感器傳感器檢測檢測曲軸轉速、車輪轉速等。曲軸轉速、車輪轉速等。速速 度度加速度加速度傳感器傳感器檢測車速（絕對值）、加速度。檢測車速（絕對值）、加速度。力學量傳感器在汽車上的應用力學量傳感器在汽車上的應用57熱力學量傳感器在汽車上的應用熱力學量傳感器在汽車上的應用傳感器傳感器檢檢 測測 工工 況況 或或 參參 數數溫溫 度度傳感器傳感器冷卻液溫度、進氣溫度、燃油溫度、排氣口和冷卻液溫度、進氣溫度、燃油溫度、排氣口和排氣管的溫度、空調蒸發器和冷凝器溫度等。排氣管的溫度、空調蒸發器和冷凝器溫度等。壓壓 力力傳感器傳感器進氣岐管壓力、燃油壓力、機油壓力、增壓壓進氣岐管壓力、燃油壓力、機油壓力、增壓壓力、自動變速器油壓、大氣壓力等。力、自動變速器油壓、大氣壓力等。流流 量量傳感器傳感器吸入吸入空氣流量、燃油流量、廢氣再循環流量、空氣流量、燃油流量、廢氣再循環流量、制冷劑流量等。制冷劑流量等。 液液 量量傳感器傳感器燃油量、燃油量、冷卻液冷卻液量、量、機油機油量、制動量、制動液液量等。量等。氣體濃度氣體濃度傳感器傳感器氧氣、二氧化碳、氧氣、二氧化碳、NOx 、HC、柴油煙度。、柴油煙度。58汽車傳感器工作環境汽車傳