傳感器在汽車中的應用研究

孟 群

（山東工商學院 信息與電子工程學院，山東 煙臺 264005）

1 引言

國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。車用傳感器是汽車計算機系統的輸入裝置，車用傳感器很多，判斷傳感器出現的故障時，不應只考慮傳感器本身，而應考慮出現故障的整個電路。因此，在查找故障時，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電路。目前，一輛普通家用轎車上大約安裝幾十到近百只傳感器，而豪華轎車上的傳感器數量可多達二百余只。據報道，2000年汽車傳感器的市場為61.7億美元（9.04億件產品），到2005年將達到84.5億美元（12.68億件），增長率為6.5（按美元計）和7.0（按產品件數計）。

2 汽車傳感器的應用分類

汽車傳感器在汽車上主要用于發動機控制系統、底盤控制系統、車身控制系統和導航系統中，大大提高了汽車電子化的程度，增加了汽車駕駛的安全系數。

2.1 發動機控制系統用傳感器

發動機控制系統用傳感器是整個汽車傳感器的核心，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。這些傳感器向發動機的電子控制單元（ECU）提供發動機的工作狀況信息，供ECU對發動機工作狀況進行精確控制，以提高發動機的動力性、降低油耗、減少廢氣排放和進行故障檢測。由于發動機工作在高溫（發動機表面溫度可達150℃、排氣歧管可達650℃）、振動（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境中，因此發動機控制系統用傳感器耐惡劣環境的技術指標要比一般工業用傳感器高1～2個數量級，其中最關鍵的是測量精度和可靠性。否則，由傳感器帶來的測量誤差將最終導致發動機控制系統難以正常工作或產生故障。

2.2 電控汽油噴射（電噴EFI）

電控汽油噴射系統根據空氣流量計傳感器或進氣壓力傳感器、發動機轉速傳感器、節氣門位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、進氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器。養傳感器等信息計算噴油量。該系統能使發動機在各種工況下實現空氣與然油匹配最佳，提高效率。在一定條件下，電腦可根據養傳感器輸出的含氧濃度信號修正燃油供給量，使混合氣濃度保持在理想狀態。

2.3 電控點火裝置（ESA）

發動機運轉時，電腦根據空氣流量計傳感器或進氣壓力傳感器，發動機轉速傳感器、凸輪軸位置傳感器、溫度傳感器等信號，使發動機在最佳點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。該系統可通過暴雪傳感器進行反饋控制，起點火時刻的控制精度比無反饋控制時高，但排氣凈化差。

2.4 廢氣再循環系統（EGR）

該系統能根據發動機轉速傳感器、空氣流量計傳感器或進氣壓力傳感器、溫度傳感器等信息，適時調節廢棄循環率，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）

該系統能根據發動機水溫傳感器、轉速傳感器及其他有關參數，如啟動信號。空調開關信號。動力轉向開關信號等，由ECU控制，使發動機的怠速處于最佳狀態。

2.6 溫度傳感器

溫度傳感器主要用于檢測發動機溫度、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型。三種類型傳感器各有特點，其應用場合也略有區別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應特性較好，但線性差，適應溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測量溫度范圍寬，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，位置和轉速傳感器，氣體濃度傳感器，爆震傳感器等等。

3 汽車傳感器的發展趨勢

由于汽車傳感器在汽車電子控制系統中的重要作用和快速增長的市場需求，世界各國對其理論研究、新材料應用和新產品開發都都非常重視。未來的汽車用傳感器技術，總的發展趨勢是微型化、多功能化、集成化和智能化。

總之，隨著電子技術的發展和汽車電子控制系統應用的日益廣泛，汽車傳感器市場需求將保持高速增長，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的傳感器，成為汽車傳感器的主流。