傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用研究

孟 群

（山東工商學(xué)院 信息與電子工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005）

1 引言

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。車(chē)用傳感器是汽車(chē)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入裝置，車(chē)用傳感器很多，判斷傳感器出現(xiàn)的故障時(shí)，不應(yīng)只考慮傳感器本身，而應(yīng)考慮出現(xiàn)故障的整個(gè)電路。因此，在查找故障時(shí)，除了檢查傳感器之外，還要檢查線束、插接件以及傳感器與電控單元之間的有關(guān)電路。目前，一輛普通家用轎車(chē)上大約安裝幾十到近百只傳感器，而豪華轎車(chē)上的傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。據(jù)報(bào)道，2000年汽車(chē)傳感器的市場(chǎng)為61.7億美元（9.04億件產(chǎn)品），到2005年將達(dá)到84.5億美元（12.68億件），增長(zhǎng)率為6.5（按美元計(jì)）和7.0（按產(chǎn)品件數(shù)計(jì)）。

2 汽車(chē)傳感器的應(yīng)用分類(lèi)

汽車(chē)傳感器在汽車(chē)上主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤(pán)控制系統(tǒng)、車(chē)身控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中，大大提高了汽車(chē)電子化的程度，增加了汽車(chē)駕駛的安全系數(shù)。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器

發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器是整個(gè)汽車(chē)傳感器的核心，種類(lèi)很多，包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，供ECU對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、降低油耗、減少?gòu)U氣排放和進(jìn)行故障檢測(cè)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高溫（發(fā)動(dòng)機(jī)表面溫度可達(dá)150℃、排氣歧管可達(dá)650℃）、振動(dòng)（加速度30g）、沖擊（加速度50g）、潮濕（100RH，-40℃～120℃）以及蒸汽、鹽霧、腐蝕和油泥污染的惡劣環(huán)境中，因此發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器耐惡劣環(huán)境的技術(shù)指標(biāo)要比一般工業(yè)用傳感器高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，其中最關(guān)鍵的是測(cè)量精度和可靠性。否則，由傳感器帶來(lái)的測(cè)量誤差將最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)難以正常工作或產(chǎn)生故障。

2.2 電控汽油噴射（電噴EFI）

電控汽油噴射系統(tǒng)根據(jù)空氣流量計(jì)傳感器或進(jìn)氣壓力傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器。養(yǎng)傳感器等信息計(jì)算噴油量。該系統(tǒng)能使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下實(shí)現(xiàn)空氣與然油匹配最佳，提高效率。在一定條件下，電腦可根據(jù)養(yǎng)傳感器輸出的含氧濃度信號(hào)修正燃油供給量，使混合氣濃度保持在理想狀態(tài)。

2.3 電控點(diǎn)火裝置（ESA）

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電腦根據(jù)空氣流量計(jì)傳感器或進(jìn)氣壓力傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、凸輪軸位置傳感器、溫度傳感器等信號(hào)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳點(diǎn)火提前角工況下工作，輸出最大功率和扭矩，將油耗和排放降到最低限度。該系統(tǒng)可通過(guò)暴雪傳感器進(jìn)行反饋控制，起點(diǎn)火時(shí)刻的控制精度比無(wú)反饋控制時(shí)高，但排氣凈化差。

2.4 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）

該系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、空氣流量計(jì)傳感器或進(jìn)氣壓力傳感器、溫度傳感器等信息，適時(shí)調(diào)節(jié)廢棄循環(huán)率，以減少排氣中的氮氧化合物。它是一種使排氣凈化的有效手段。

2.5 怠速控制（ISC）

該系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器及其他有關(guān)參數(shù)，如啟動(dòng)信號(hào)。空調(diào)開(kāi)關(guān)信號(hào)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)信號(hào)等，由ECU控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速處于最佳狀態(tài)。

2.6 溫度傳感器

溫度傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類(lèi)型。三種類(lèi)型傳感器各有特點(diǎn)，其應(yīng)用場(chǎng)合也略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應(yīng)特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性差，適應(yīng)溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測(cè)量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。

此外還有壓力傳感器，流量傳感器，位置和轉(zhuǎn)速傳感器，氣體濃度傳感器，爆震傳感器等等。

3 汽車(chē)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

由于汽車(chē)傳感器在汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，世界各國(guó)對(duì)其理論研究、新材料應(yīng)用和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)都都非常重視。未來(lái)的汽車(chē)用傳感器技術(shù)，總的發(fā)展趨勢(shì)是微型化、多功能化、集成化和智能化。

總之，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和汽車(chē)電子控制系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛，汽車(chē)傳感器市場(chǎng)需求將保持高速增長(zhǎng)，微型化、多功能化、集成化和智能化的傳感器將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器，成為汽車(chē)傳感器的主流。