【導(dǎo)讀】電子技術(shù)已經(jīng)成為新一代汽車發(fā)展方向的主導(dǎo)因素，而傳感器是電子技術(shù)的核心元件，現(xiàn)代汽車越來(lái)越多地應(yīng)用了傳感器，以提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)、動(dòng)力和排放性能,改善底盤(pán)的制動(dòng)操縱性能、轉(zhuǎn)向性能和汽車行駛的安全性能。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵在于汽車的電子化和智能化，先決條件則是各種信息的及時(shí)獲取，這勢(shì)必要求在汽車中大量采用各種傳感器。
汽車傳感器概述
汽車傳感器是汽車計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車運(yùn)行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸入信號(hào)的器件或裝置。簡(jiǎn)單地說(shuō)，傳感器是把非電量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳遞給ECU，以便汽車處于最佳工作狀態(tài)。
現(xiàn)代汽車電子控制中，傳感器廣泛應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、和車身各個(gè)系統(tǒng)中。汽車傳感器在這些系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著信息的采集和傳輸功用，它采集的信息由電腦（電子控制單元）進(jìn)行處理后，形成向執(zhí)行器發(fā)出的指令，完成電子控制。傳感器在電子控制和自診斷系統(tǒng)中是非常重要的裝置，它能及時(shí)識(shí)別外界的變化和系統(tǒng)本身的變化，再根據(jù)變化的信息去控制系統(tǒng)本身的工作。各個(gè)系統(tǒng)控制過(guò)程正是依靠傳感器，進(jìn)行信息的反饋，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制工作的。
汽車傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三部分組成。
1、敏感元件是指能直接感受（或響應(yīng)）被測(cè)量的部分，即將被測(cè)量通過(guò)傳感器的敏感元件轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系的非電量或其它量。
2、轉(zhuǎn)換元件則將上述非電量轉(zhuǎn)換成電參量。
3、測(cè)量電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸入的電參量經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率等可測(cè)電量，以便進(jìn)行顯示、記錄、控制和處理的部分。
傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)試系統(tǒng)的接口位置，即檢測(cè)與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程要獲取的信息都要通過(guò)傳感器獲取并通過(guò)它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號(hào)，其作用與地位特別重要。
下圖形象的將人體與機(jī)器的對(duì)應(yīng)關(guān)系列出，有助于進(jìn)一步的對(duì)其作用進(jìn)行認(rèn)識(shí)。
現(xiàn)代汽車電子控制中，傳感器廣泛應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)和車身各個(gè)系統(tǒng)中。汽車傳感器在這些系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著信息的采集和傳輸，由電腦（電子控制單元ECU）對(duì)信號(hào)急進(jìn)行處理后向執(zhí)行器發(fā)出指令，實(shí)行電子控制。傳感器在電子控制和自我診斷系統(tǒng)中是非常重要的裝置，它能及時(shí)識(shí)別外界的變化和系統(tǒng)本身的變化，再根據(jù)變化的信息去控制本身系統(tǒng)的工作。各個(gè)系統(tǒng)控制過(guò)程正是依靠傳感器，進(jìn)行信息的反饋，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制工作的。
汽車傳感器的發(fā)展史
在20世紀(jì)60年代，汽車上僅有機(jī)油壓力傳感器、油量傳感器和水溫傳感器，它們與儀表或指示燈連接。
進(jìn)入70年代后，為了治理排放，又增加了一些傳感器來(lái)幫助控制汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，因?yàn)橥诔霈F(xiàn)的催化轉(zhuǎn)換器、電子點(diǎn)火和燃油噴射裝置需要這些傳感器來(lái)維持一定的空燃比以控制排放。
80年代，防抱死制動(dòng)裝置和氣囊提高了汽車安全性。
今天，傳感器有用來(lái)測(cè)定各種流體溫度和壓力（如進(jìn)氣溫度、氣道壓力、冷卻水溫和燃油噴射壓力等）的傳感器；有用來(lái)確定各部分速度和位置的傳感器（如車速、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、凸輪軸、曲軸、變速器的角度和速度、排氣再循環(huán)閥（EGR）的位置等）；還有用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、爆震、斷火及廢氣中含氧量的傳感器；確定座椅位置的傳感器；在防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和懸架控制裝置中測(cè)定車輪轉(zhuǎn)速、路面高差和輪胎氣壓的傳感器；保護(hù)前排乘員的氣囊，不僅需要較多的碰撞傳感器和加速度傳感器。研究人員還用防撞傳感器（測(cè)距雷達(dá)或其他測(cè)距傳感器）來(lái)判斷和控制汽車的側(cè)向加速度、每個(gè)車輪的瞬時(shí)速度及所需的轉(zhuǎn)矩，使制動(dòng)系統(tǒng)成為汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。
汽車傳感器的分類
按能量關(guān)系分類
傳感器按能量關(guān)系分類可分為主動(dòng)型和被動(dòng)型兩種。汽車上使用的傳感器大多數(shù)屬于被動(dòng)型傳感器，這種被動(dòng)型傳感器需要外加輸入電源才能產(chǎn)生電信號(hào)，所以這種傳感器實(shí)際上是一個(gè)能量控制器。
按信號(hào)轉(zhuǎn)換分類
按信號(hào)轉(zhuǎn)換關(guān)系分類，可分為由一種非電量轉(zhuǎn)換成另一種非電量，如彈性敏感元件和氣動(dòng)傳感器；另一種是由非電量轉(zhuǎn)換成電量的傳感器，如熱電偶溫度傳感器、壓電式加速度傳感器等。
按輸入量分類
按輸入量分類即按被測(cè)量分類，可分為位移、速度、加速度、角位移、角速度、力、力矩、壓力、真空度、溫度、電流、氣體成分、濃度傳感器等。如下圖空氣流量傳感器：
按工作原理分類
按傳感器的工作原理分類，有電阻式、電容式、應(yīng)變式、電感式、光電式、光敏式、壓電式、熱電式傳感器等。
按輸出信號(hào)分類
按傳感器輸出信號(hào)分類有模擬式和數(shù)字式傳感器。
細(xì)數(shù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用傳感器
發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制一直被認(rèn)為是汽車主要技術(shù)領(lǐng)域之一。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器是整個(gè)汽車傳感器的核心，種類很多，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)的電子控制單元提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，供電子控制單元對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況執(zhí)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氣排放和執(zhí)行故障檢測(cè)。
溫度傳感器
汽車用溫度傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、吸人氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。
溫度傳感器有熱敏電阻式、線繞電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。這三種類型傳感器各有特性，其運(yùn)用場(chǎng)合也略有區(qū)別。熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高、響應(yīng)特征較好，但線性差、適應(yīng)溫度較低。其中，通用型的測(cè)溫范圍為-50℃～30℃，精度為1.5%，響應(yīng)時(shí)間為10ms；高溫型為600℃～1000℃，精度為5%，響應(yīng)時(shí)間為10ms；線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應(yīng)特征差；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測(cè)量溫度范圍寬，但須要配合放大器和冷端處理一起運(yùn)用。
其他已實(shí)用化的產(chǎn)品有鐵氧體式溫度傳感器（測(cè)溫范圍為-40℃～120℃，精度為2.0%）、金屬或半導(dǎo)體膜空氣溫度傳感器（測(cè)溫范圍為-40℃～150℃，精度為2.0%，5%，響應(yīng)時(shí)間約20ms）等。
壓力傳感器
壓力傳感器是汽車中用得最多的傳感器，主要用于檢測(cè)氣囊貯氣壓力、傳動(dòng)系統(tǒng)流體壓力、注入燃料壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力、進(jìn)氣管道壓力、空氣過(guò)濾系統(tǒng)的流體壓力等。
目前，比較常用的汽車壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式、聲表面波式。電容式壓力傳感器主要用于檢測(cè)負(fù)壓、液壓、氣壓，測(cè)量范圍為20kPa～100kPa，其特性是輸入能量高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征好、環(huán)境適應(yīng)性好；壓阻式壓力傳感器的性能則受溫度影響較大，須要另設(shè)溫度補(bǔ)償電路，但適應(yīng)于大批量生產(chǎn)；差動(dòng)變壓器式壓力傳感器有較大的輸出，易于數(shù)字輸出，但抗干擾性差；聲表面波式壓力傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨力高、數(shù)字輸出等特性，用于汽車吸氣閥壓力檢測(cè)，能在高溫下穩(wěn)定地工作。
流量傳感器
流量傳感器主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量和燃料流量的測(cè)量。進(jìn)氣量是燃油噴射量計(jì)算的基本參數(shù)之一。
空氣流量傳感器的功能：感知空氣流量的大小，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元?？諝饬髁康臏y(cè)量用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)確定燃燒條件、控制空燃比、起動(dòng)、點(diǎn)火等。
空氣流量傳感器有旋轉(zhuǎn)翼片式、卡門(mén)渦旋式、熱線式、熱膜式等4種類型?？諝饬髁總鞲衅鞯闹饕寄苤笜?biāo)：
工作范圍為0.11m3/min～103m3/min，工作溫度為-40℃～120℃，精度＞1%。燃料流量傳感器用于檢測(cè)燃料流量，主要有水輪式和循環(huán)球式，其動(dòng)態(tài)范圍為0～60kg/h，工作溫度為-40℃～120℃，精度為±1%，響應(yīng)時(shí)間＜10ms。
位置和轉(zhuǎn)速傳感器
曲軸位置與轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度、車速等，為點(diǎn)火時(shí)刻和噴油時(shí)刻提供參考點(diǎn)信號(hào)，同時(shí)，提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。
目前，汽車運(yùn)用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開(kāi)關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式等，其測(cè)量范圍為0°～360°，精度優(yōu)于±0.5°，測(cè)彎曲角達(dá)±0.1°。
車速傳感器種類繁多，有敏感車輪旋轉(zhuǎn)的、也有敏感動(dòng)力傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的，還有敏感差速?gòu)膭?dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的。當(dāng)車速高于100km/h時(shí)，一般測(cè)量要領(lǐng)誤差較大，需采用非接觸式光電速度傳感器，測(cè)速范圍為0.5km/h～250km/h，重復(fù)精度為0.1%，距離測(cè)量誤差優(yōu)于為0.3%。
氣體濃度傳感器
氣體濃度傳感器主要用于檢測(cè)車體內(nèi)氣體和廢氣排放。其中，最主要的是氧傳感器，它檢測(cè)汽車尾氣中的氧含量，根據(jù)排氣中的氧濃度測(cè)定空燃比，向微機(jī)控制裝置發(fā)出反饋信號(hào)，以控制空燃比收斂于理論值。
常用的有氧化鍺傳感器（運(yùn)用溫度為-40℃～900℃，精度為1%）、氧化鉻濃差電池型氣體傳感器（運(yùn)用溫度為300℃～800℃）、固體電解質(zhì)式氧化鉻氣體傳感器（運(yùn)用溫度為0～400℃，精度為0.5%），另外，還有二氧化欽氧傳感器以及二氧化錯(cuò)氧傳感器。
和氧化鍺傳感器相比，二氧化鈦氧傳感器具有結(jié)構(gòu)基本、輕巧、便宜，且抗鉛污染能力強(qiáng)的特性。二氧化鋯微離子傳感器由氧化鈣穩(wěn)定氧化錯(cuò)離子體、多孔鉑厚膜工作電極、鈀/氧化把厚膜參數(shù)電極、不透水層、電極接觸和保衛(wèi)層構(gòu)成。
其中，氧化鈣穩(wěn)定氧化錯(cuò)由反應(yīng)濺射法積淀。工作電極和參考電極都由厚膜工藝打造。在理想的A/F點(diǎn)附近的輸出電壓發(fā)生驟變，當(dāng)空燃比變高，廢氣中的氧濃度添加時(shí)，氧傳感器的輸出電壓減小；當(dāng)空燃比變低，廢氣中的氧濃度降低時(shí)，氧傳感器的輸出電壓增大。電子控制單元識(shí)別這一突變信號(hào)，對(duì)噴油量執(zhí)行修正，從而相應(yīng)地調(diào)節(jié)空燃比，使其在理想空燃比附近變動(dòng)。
NOx傳感器
目前全球?qū)τ诘趸铮∟Ox）、粒子狀物質(zhì)（PM）等柴油車尾氣的限制越來(lái)越嚴(yán)格。要想應(yīng)對(duì)這種限制，只改進(jìn)柴油引擎的燃燒方式顯然不夠，因此后處理技術(shù)越來(lái)越受重視。選擇還原催化劑（SCR)法是NOx凈化技術(shù)之一，可以選擇性地將尾氣中的NOx吸附于催化劑，通過(guò)向催化劑噴射尿素，以還原反應(yīng)將NOx分解成氮和水并排放。尿素SCR中的傳感器，可檢測(cè)SCR所需的尿素水的劑量是否合適。這種傳感器對(duì)于還原劑使用尿素水的氮氧化物（NOx）凈化裝置必不可少。
爆震傳感器
爆震傳感器用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，通過(guò)調(diào)整點(diǎn)火提前角控制和避免發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震。可以通過(guò)檢測(cè)氣缸壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)和燃燒噪聲等三種方法來(lái)檢測(cè)爆震。爆震傳感器有磁致伸縮式和壓電式。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40℃~125℃，頻率范圍為5~10kHz；壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417kHz處，其靈敏度可達(dá)200mV/g，在振幅為0.1g~10g范圍內(nèi)具有良好線性度。
汽車傳感器在汽車底盤(pán)電子控制系統(tǒng)的中的應(yīng)用
底盤(pán)用傳感器是指分布在變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)中的傳感器，它們?cè)诓煌到y(tǒng)中作用不同，但工作原理與發(fā)動(dòng)機(jī)中傳感器是相同的，主要應(yīng)用于以下幾個(gè)總成中。
懸架用傳感器
通過(guò)對(duì)汽車懸掛元件特性進(jìn)行干預(yù)和調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的汽車動(dòng)力學(xué)控制。連續(xù)性阻尼控制系統(tǒng)ADC由4個(gè)控制單元、CAN、4個(gè)車輪垂直加速度傳感器、4個(gè)車身垂直加速度傳感器和4個(gè)阻尼器比例閥組成。系統(tǒng)根據(jù)汽車運(yùn)動(dòng)狀況和這些傳感器檢測(cè)到的信息計(jì)算出每個(gè)車輪懸掛阻尼器的最優(yōu)阻尼系數(shù),自動(dòng)調(diào)整車高，抑制車輛姿勢(shì)的變化等，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛舒適性、操縱穩(wěn)定性和行車穩(wěn)定性的控制。
系統(tǒng)用傳感器
系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)車輪轉(zhuǎn)向角的電子控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，常見(jiàn)的系統(tǒng)有主動(dòng)前輪助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)ESP，主動(dòng)前輪疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)AFS和主動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)RWS。用到的傳感器主要有車速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等，利用這些傳感器使動(dòng)力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便、提高響應(yīng)特性、減少發(fā)動(dòng)機(jī)損耗、增大輸出功率、節(jié)省燃油等。
無(wú)論是ESP、AFS還是RWS,其原理都是由駕駛員操縱指令,由傳感器感知路面的狀況，以電信號(hào)的形式由網(wǎng)絡(luò)傳遞給電子控制器及執(zhí)行器。
1、ABS系統(tǒng)
防抱制動(dòng)傳感器主要是利用車輪角速度傳感器,檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速,在各車輪的滑移率為20% 時(shí)控制制動(dòng)油壓、改善制動(dòng)性能,確保車輛操縱性和穩(wěn)定性。在該系統(tǒng)里輪速傳感器是ABS十分重要的部件。它要向ECU及時(shí)地提供可靠精確的車輪轉(zhuǎn)速。傳感器有電磁式、霍爾式、磁阻式。
2、TCS系統(tǒng)
當(dāng)汽車驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩過(guò)大時(shí),驅(qū)動(dòng)輪會(huì)相對(duì)地面作滑轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般希望驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率不要超過(guò)20%。這種對(duì)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為T(mén)CS系統(tǒng)。它是在ABS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在絕大多數(shù)汽車?yán)? TCS和ABS共用一個(gè)ECU,它們根據(jù)傳感器輸入的信號(hào),來(lái)識(shí)別和判斷汽車的行駛狀況。
3、ESP電子穩(wěn)定系統(tǒng)
ESP是通過(guò)調(diào)節(jié)車輪縱向力大小及匹配來(lái)控制汽車的橫擺運(yùn)動(dòng)，使汽車具有良好的操縱性和方向的穩(wěn)定性的主動(dòng)安全系統(tǒng)。ESP的基本原理是通過(guò)傳感器和運(yùn)算邏輯來(lái)識(shí)別駕駛員對(duì)汽車的期望運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。為了識(shí)別駕駛員對(duì)汽車的期望和得知汽車的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，ESP系統(tǒng)需要比ABS和TCS更多的傳感器。它們是轉(zhuǎn)向盤(pán)傳感器、汽車橫擺角速度傳感器、橫向加速度傳感器和制動(dòng)主缸的液壓傳感器。
汽車安全系統(tǒng)方面的傳感器應(yīng)用
安全是汽車考慮的首要因素，用于安全方面的傳感器也很多，如有用于汽車安全氣囊的微型加速度計(jì)，測(cè)角速率的表面微機(jī)械陀螺等。
微加速度計(jì)
微加速度計(jì)通常由一個(gè)平行的懸臂梁構(gòu)成，梁的一端固定在邊框架上，另一端懸掛一個(gè)小質(zhì)量物體塊（約10mg），無(wú)加速度時(shí)質(zhì)量塊不運(yùn)動(dòng)，而當(dāng)有垂直方向加速度時(shí)，質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)，對(duì)加速度敏感，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)C/V轉(zhuǎn)變、放大相敏解調(diào)輸出。按檢測(cè)方式，微加速度計(jì)有壓阻式、電容式、隧道式、共振式、熱形式等幾種。
電容式微加速度計(jì)的靈敏度高、噪音低、漂移小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在汽車安全氣囊系統(tǒng)和防滑系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用，電容式微加速度計(jì)質(zhì)量塊在有加速度時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，與邊框上的另一個(gè)電極的距離發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)電容的變化可獲得質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)的位移，主要結(jié)構(gòu)分為懸臂擺片式和梳齒狀的折疊梁式，并變異成其它類型。前者結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單些，制作上也多采用體硅加工方法，簡(jiǎn)單的擺片式結(jié)構(gòu)由上、下固定電極和可動(dòng)敏感硅懸臂梁電極組成，用半導(dǎo)體平面工藝各向異性腐蝕，靜電封接技術(shù)封裝完成制作。后者可看作是懸臂梁的并、串組合，設(shè)計(jì)上要復(fù)雜得多，微加工方法則以表面犧牲層技術(shù)為主，多晶硅材料的各向同性性質(zhì)可保證微機(jī)械性能的對(duì)稱性，批量加工精度高，采用這種結(jié)構(gòu)的敏感部分尺寸做得很小，實(shí)現(xiàn)與外圍電路的單片集成。
微機(jī)械陀螺
微機(jī)械陀螺是一種振動(dòng)式角速率傳感器，在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)發(fā)倍受關(guān)注，主要用于汽車導(dǎo)航的GPS 信號(hào)補(bǔ)償和汽車底盤(pán)控制系統(tǒng)。
微機(jī)械陀螺中有兩個(gè)振動(dòng)模式，一個(gè)是橫向振動(dòng)模式，即驅(qū)動(dòng)振動(dòng)模式，通常稱為參考振動(dòng)，在科氏力作用下會(huì)產(chǎn)生附加運(yùn)動(dòng)；另一個(gè)是法向振動(dòng)模式，即敏感振動(dòng)模式，對(duì)反映科氏力的附加運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)，獲得包含在科氏力中的角速率信息。按所用材料，微機(jī)械陀螺分為石英和硅振動(dòng)梁兩類，石英材料結(jié)構(gòu)的品質(zhì)因數(shù)Q值最高，陀螺特性最好，但石英加工難度大，成本很高。硅材料結(jié)構(gòu)完整，彈性好，比較容易得到高Q值的微機(jī)械結(jié)構(gòu)，成為當(dāng)前低成本研發(fā)的主流。
從硅微機(jī)械陀螺的結(jié)構(gòu)上，常采用振梁結(jié)構(gòu)、雙框架結(jié)構(gòu)、平面對(duì)稱結(jié)構(gòu)、橫向音叉結(jié)構(gòu)、梳狀音叉結(jié)構(gòu)、梁島結(jié)構(gòu)等，用來(lái)產(chǎn)生參考振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式有靜電驅(qū)動(dòng)、壓電驅(qū)動(dòng)和電磁驅(qū)動(dòng)等，而檢測(cè)由于科氏力帶來(lái)的附加振動(dòng)的檢測(cè)方式有電容檢測(cè)、壓電檢測(cè)、壓阻檢測(cè)。靜電驅(qū)動(dòng)、電容檢測(cè)的陀螺設(shè)計(jì)最為常見(jiàn)，已有部分產(chǎn)品研制成功。
車輛監(jiān)控和自診斷用傳感器
在車輛監(jiān)控和自診斷方面，汽車傳感器的主要應(yīng)用將是輪胎壓力監(jiān)測(cè)，其次是應(yīng)用于冷卻、剎車等系統(tǒng)的傳感器。此外，還有如像在亮度控制系統(tǒng)中使用光傳感器；在電子駕駛系統(tǒng)中使用磁傳感器、氣流速度傳感器；在自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中使用室內(nèi)溫度傳感器、吸氣溫度傳感器、風(fēng)量傳感器、日照傳感器、濕度傳感器；在導(dǎo)向行駛系統(tǒng)中使用方位傳感器、車速傳感器等。
碰撞傳感器
碰撞傳感器是安全氣囊系統(tǒng)中比較主要的控制信號(hào)輸入裝置，其作用是當(dāng)汽車在路上發(fā)生碰撞時(shí)，由碰撞傳感器檢測(cè)汽車碰撞的強(qiáng)度信號(hào)，并將信號(hào)輸入安全氣囊電腦，安全氣囊電腦根據(jù)碰撞傳感器的信號(hào)來(lái)判定是否引爆充氣元件使氣囊充氣。經(jīng)過(guò)許多國(guó)家的改造，很多汽車中還裝有側(cè)向安全氣囊，當(dāng)汽車發(fā)生側(cè)向碰撞時(shí)，安全氣囊也會(huì)充氣，因此裝有側(cè)向安全氣囊的系統(tǒng)，在汽車的左右側(cè)還裝有碰撞傳感器。這就比較人性化地保障用車人員的安全。
側(cè)向傾斜角度傳感器
汽車側(cè)向傾斜角度傳感器的應(yīng)用是防止汽車在行駛中發(fā)生傾翻事故的一種有效方法，是提高汽車安全性的重要措施，特別是越野車、雙層客車等重心較高的汽車更有必要。
如圖所示，利用重力原理制造的角度傳感器。擺動(dòng)部分的質(zhì)量為m，重心距轉(zhuǎn)軸的距離為L(zhǎng)，當(dāng)汽車車體傾斜或做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，均能使擺動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)。設(shè)圖1中的受力分析是無(wú)任何摩擦的理想狀態(tài)下，力F為下滑力F1和向心力F2共同作用的結(jié)果，力F與傾翻力成正比，所產(chǎn)β生的偏轉(zhuǎn)角度β也就與傾翻力成正比。擺動(dòng)部分所受重力G與F的合力T是擺桿所受拉力，擺動(dòng)角度β=tg-1(F/G)，與L 無(wú)關(guān)，當(dāng)質(zhì)量m一定時(shí)，β只與F有關(guān)，且成正比。實(shí)際上，由于存在轉(zhuǎn)軸等處的摩擦，則L越長(zhǎng)，擺動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，精度越高。
角度傳感器在控制系統(tǒng)中通常作為采樣元件，其性能的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起著重要作用。電位器式角度傳感器已在各種控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，但它的缺點(diǎn)是存在觸點(diǎn)的滑動(dòng)磨損和電噪聲；磁敏電阻式角度傳感器是利用半導(dǎo)體技術(shù)制造的新型純電阻性元件，特點(diǎn)是無(wú)觸點(diǎn)，當(dāng)擺動(dòng)部分偏轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)磁敏電阻的磁通量發(fā)生變化，使磁敏電阻的阻值發(fā)生數(shù)倍以上的變化，從根本上消除了電噪聲，并使精度得以提高。
各種角度傳感器都具有阻尼功能，使得對(duì)所測(cè)得角度的響應(yīng)有一個(gè)短暫的延時(shí)，對(duì)控制系統(tǒng)來(lái)講是有益處的。
其他主要的汽車傳感器
酒精檢測(cè)MEMS系統(tǒng)
這是一種新型的集成酒精傳感器，該酒精傳感器可根據(jù)環(huán)境中的氧氣濃度吸附氧氣并使得電阻值改變的特性。正常狀況下，元件在吸附空氣中的氧氣后會(huì)保持某個(gè)電阻值不發(fā)生變化，而一旦空氣中含有酒精,元件表面的氧元素便會(huì)與酒精發(fā)生反應(yīng),使電阻值下降。通過(guò)測(cè)定電阻值,便可檢測(cè)出呼氣中含有的酒精濃度。酒精檢測(cè)MEMS傳感器將可以植入在徑8mm的密封外殼內(nèi)、連同信號(hào)處理電路等一起嵌入方向盤(pán)內(nèi),一旦檢測(cè)出駕駛員呼出的氣體含有酒精,便發(fā)出安全警報(bào)。
自動(dòng)雨刷系統(tǒng)
以發(fā)光二極管對(duì)前擋風(fēng)玻璃發(fā)出光束，當(dāng)雨滴打在感應(yīng)區(qū)的玻璃上時(shí)，光束所反射的光線強(qiáng)度,會(huì)因玻璃上的雨量或濕氣含量而有所變化，改變雨刷的刷動(dòng)頻率。或透過(guò)紅外線電子雨量傳感器感應(yīng)雨量的多寡，并隨車速的變化自動(dòng)調(diào)整雨刷速度，增進(jìn)駕駛?cè)说鸟{駛方便性讓駕駛更有安全性。
胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
在每個(gè)輪胎上安裝高靈敏度的傳感器，用于行車狀態(tài)下隨時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎狀況,并透過(guò)傳感器以無(wú)線方式發(fā)射到接收器，讓駕駛?cè)四茈S時(shí)掌握漏氣與溫度升高等輪胎狀況，,以確保汽車行駛中的安全,并延長(zhǎng)輪胎的使用壽命與降低燃油的消耗。最先進(jìn)的直接輪胎壓力監(jiān)測(cè)解決方案的特點(diǎn)包括高級(jí)預(yù)警系統(tǒng)和壓力、溫度、電壓和動(dòng)作探測(cè)等。
機(jī)油粘度傳感器
何時(shí)更換機(jī)油一般是根據(jù)廠家規(guī)定的時(shí)間或里程來(lái)進(jìn)行。少數(shù)廠家采用了更先進(jìn)的方式，通過(guò)記錄發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和溫度來(lái)計(jì)算換油間隔。
汽車傳感器的發(fā)展趨勢(shì)
由于汽車傳感器在汽車電子控制系統(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)都非常重視。未來(lái)的汽車用傳感器技術(shù)，總的發(fā)展趨勢(shì)是微型化、多功能化、集成化和智能化。
利用微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)可以設(shè)計(jì)出低成本、高性能的微型傳感器。在當(dāng)前技術(shù)水平下,微切削加工技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)出具有不同層次的3D微型結(jié)構(gòu), 繼而可以生產(chǎn)出體積非常微小的微型傳感器敏感元件。由于元器件比較微型，使用起來(lái)比較便捷和高效，使得經(jīng)濟(jì)性有了很好的提高。
多功能化是指一個(gè)傳感器能檢測(cè)2個(gè)或者兩個(gè)以上的特性參數(shù)或者化學(xué)參數(shù)，從而減少汽車傳感器數(shù)量，提高系統(tǒng)可靠性。
集成化是指利用IC制造技術(shù)和精細(xì)加工技術(shù)制作IC式傳感器。
智能化是指?jìng)鞲衅髋c大規(guī)模集成電路相結(jié)合，帶有CPU，具有智能作用，以減少ECU的復(fù)雜程度，減少其體積，并降低成本。
此外，開(kāi)發(fā)新材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)，現(xiàn)在光導(dǎo)纖維、納米材料、超導(dǎo)材料等新型材料的出現(xiàn)為傳感器的發(fā)展開(kāi)辟了新天地，隨著研究的不斷深入，將會(huì)有更多更新的傳感器材料被開(kāi)發(fā)出來(lái)。傳感器的功能不僅與其材料有關(guān)，還與其加工技術(shù)有關(guān)，微機(jī)械加工技術(shù)已越來(lái)越多地用于傳感器制造工藝。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)有更多的先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用到汽車傳感器的制作中。傳感器的工作原理是基于各種物理、化學(xué)、生物效應(yīng)和定律，由此啟發(fā)人們進(jìn)一步探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制具有新原理的新型傳感器。這是發(fā)展低成本、高性能、多功能和微型化傳感器的重要途徑。
本文轉(zhuǎn)載自傳感器技術(shù)。
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