汽車傳感器小論文

1、汽車傳感器之車速傳感器摘要:汽車電子技術(shù)是汽車工業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)之一。汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源,是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一,汽車傳感器的使用數(shù)量和技術(shù)水平?jīng)Q定了汽車控制系統(tǒng)的性能。本文主要介紹了汽車傳感器的發(fā)展、特點(diǎn),對(duì)汽車傳感器中的車速傳感器的工作原理、分類、應(yīng)用情況等做了一個(gè)詳細(xì)描述。關(guān)鍵詞:車速傳感器;磁電式;霍爾式;光電式一、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

2、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。面對(duì)制造商提供的側(cè)量、頂置式氣囊以及更精巧的側(cè)置頭

3、部氣囊,還要增加傳感器。二、汽車傳感器的特點(diǎn)汽車傳感技術(shù)是隨著汽車電子的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)。汽車傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的輸入裝置,它把汽車運(yùn)行過(guò)程中的各種工況信息如車速、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸給中央控制單元,使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。汽車傳感器可對(duì)溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、濕度、電磁、光電、氣體、振動(dòng)等信息,進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效而準(zhǔn)確的測(cè)量和控制。由于汽車行駛環(huán)境中溫度和氣候條件差別極大,因此要求傳感器具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力,能在-40一100的環(huán)境中正常工作。同時(shí),汽車傳感器還要經(jīng)受來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的各種干擾,以及行駛過(guò)程中的路況引起的振動(dòng)。因此,汽車工業(yè)對(duì)傳感器的要求極為苛

4、刻,汽車傳感器必須具有穩(wěn)定性和精度高、響應(yīng)快、可靠性好、抗干擾和抗震能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。三、車速傳感器車速傳感器檢測(cè)電控汽車的車速,控制電腦用這個(gè)輸入信號(hào)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)怠速,自動(dòng)變速器的變扭器鎖止,自動(dòng)變速器換檔及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的開(kāi)閉和巡航定速等其它功能。車速傳感器的輸出信號(hào)可以是磁電式交流信號(hào),也可以是霍爾式數(shù)字信號(hào)或者是光電式數(shù)字信號(hào),車速傳感器通常安裝在驅(qū)動(dòng)橋殼或變速器殼內(nèi),車速傳感器信號(hào)線通常裝在屏蔽的外套內(nèi),這是為了消除有高壓電火線及車載電話或其他電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁及射頻干擾,用于保證電子通訊不產(chǎn)生中斷,防止造成駕駛性能變差或其他問(wèn)題,在汽車上磁電式及光電式傳感器是應(yīng)用最多的兩種

5、車速傳感器,在歐洲、北美和亞洲的各種汽車上比較廣泛采用磁電式傳感器來(lái)進(jìn)行車速(VSS、曲軸轉(zhuǎn)角(CKP和凸輪軸轉(zhuǎn)角(CMP的控制,同時(shí)還可以用它來(lái)感受其它轉(zhuǎn)動(dòng)部位的速度和位置信號(hào)等,例如壓縮機(jī)離合器等。四、車速傳感器分類1磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器是一個(gè)模擬交流信號(hào)發(fā)生器,它們產(chǎn)生交變電流信號(hào),通常由帶兩個(gè)接線柱的磁芯及線圈組成。這兩個(gè)線圈接線柱是傳感器輸出的端子,當(dāng)由鐵質(zhì)制成的環(huán)狀翼輪(有時(shí)稱為磁組輪轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)傳感器時(shí),線圈里將產(chǎn)生交流電壓信號(hào)。磁組輪上的逐個(gè)齒輪將產(chǎn)生一一對(duì)應(yīng)的系列脈沖,其形狀是一樣的。輸出信號(hào)的振幅(峰對(duì)峰電壓與磁組輪的轉(zhuǎn)速成正比(車速,信號(hào)的頻率大小表現(xiàn)于磁組輪的轉(zhuǎn)

6、速大小。傳感器磁芯與磁組輪間的氣隙大小對(duì)傳感器的輸入信號(hào)的幅度影響極大,如果在磁組輪上去掉一個(gè)或多個(gè)齒就可以產(chǎn)生同步脈沖來(lái)確定上止點(diǎn)的位置。這會(huì)引起輸出信號(hào)頻率的改變,而在齒減少時(shí)輸出信號(hào)幅度也會(huì)改變,發(fā)動(dòng)機(jī)控制電腦或點(diǎn)火模塊正是靠這個(gè)同步脈沖信號(hào)來(lái)確定觸發(fā)電火時(shí)間或燃油噴射時(shí)刻的。測(cè)試步驟:可以將系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)輪頂起,來(lái)模擬行駛時(shí)的條件,也可以將汽車示波器的測(cè)試線加長(zhǎng),在行駛中進(jìn)行測(cè)試。波形結(jié)果車輪轉(zhuǎn)動(dòng)后,波形信號(hào)在示波器顯示中心處的零伏平線上開(kāi)始上下跳動(dòng),并隨著車速的提高跳動(dòng)越來(lái)越高。波形顯示與例子十分相似,這個(gè)波形是在大約30英里/小時(shí)的速度下記錄的,它又不像交流信號(hào)波形,車速傳感器產(chǎn)生的波形

7、與曲軸和凸輪軸傳感器的波形的形狀特征十分相似的。通常,波形在零伏線上下的跳變是非常對(duì)稱的,車速傳感器的信號(hào)的振幅隨車速增加。速度越快波形幅值就越高,而且車速增加,波形頻率也將增加,示波器將顯示有較多的波形震蕩。確定振幅、頻率和形狀等關(guān)鍵的尺度是正確的、可重復(fù)的、有規(guī)則的、可預(yù)測(cè)的。這是指波峰的幅值正常,兩脈沖間的時(shí)間不變,形狀是不變的且可預(yù)測(cè)的,尖峰高低不平是因傳感器的磁芯與磁組輪相碰所引起的,這可能是有傳感器的軸襯或傳動(dòng)部件不圓造成的,尖峰丟失是損壞缺點(diǎn)的磁組輪造成的。不同型式的傳感器,其波形的峰值電壓和形狀有輕微的差異,另外由于傳感器內(nèi)部是一個(gè)線圈,所以故障是與溫度有關(guān)的,在大多數(shù)情況下波

8、形會(huì)變得短很多,變形也很大,同時(shí)還可能設(shè)定故障碼(DTC,故障在示波器上顯示的搖動(dòng)線束,這可以更進(jìn)一步確定磁電式傳感器是造成故障的根本原因,車速傳感器信號(hào)輸出最常見(jiàn)的故障是根本不產(chǎn)生信號(hào),但如果駕駛汽車時(shí)波形是齊直的直線,那么應(yīng)該先檢查示波器和傳感器的連線,確定電路有沒(méi)有對(duì)地搭鐵,確認(rèn)零部件能否轉(zhuǎn)動(dòng)(塑料齒輪有沒(méi)有咬死等確認(rèn)傳感器氣隙是否正常,然后再斷定傳感器。2霍爾式車速傳感器霍爾效應(yīng)傳感器(開(kāi)關(guān)在汽車應(yīng)用中是十分特殊的,這主要是由于變速器周圍空間位置沖突,霍爾效應(yīng)傳感器是固體傳感器,它們主要應(yīng)用在曲軸轉(zhuǎn)角和凸輪軸位置上,用于開(kāi)關(guān)點(diǎn)火和燃油噴射電路觸發(fā),它還應(yīng)用在其它需要控制轉(zhuǎn)動(dòng)部件的位置和

9、速度控制電腦電路中?；魻栃?yīng)傳感器或開(kāi)關(guān),由一個(gè)幾乎完全閉合的包含永久磁鐵和磁極部分的磁路組成,一個(gè)軟磁鐵葉片轉(zhuǎn)子穿過(guò)磁鐵和磁極間的氣隙,在葉片轉(zhuǎn)子上的窗口允許磁場(chǎng)不受影響的穿過(guò)并到達(dá)霍爾效應(yīng)傳感器,而沒(méi)有窗口的部分則中斷磁場(chǎng),因此,葉片轉(zhuǎn)子窗口的作用是開(kāi)關(guān)磁場(chǎng),使霍爾效應(yīng)象開(kāi)關(guān)一樣地打開(kāi)或關(guān)閉,這就是一些汽車廠商將霍爾效應(yīng)傳感器和其它類似電子設(shè)備稱為霍爾開(kāi)關(guān)的原因,該組件實(shí)際上是一個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備,而它的關(guān)鍵功能部件是霍爾效應(yīng)傳感器。測(cè)試步驟:將驅(qū)動(dòng)輪頂起模擬行使?fàn)顟B(tài),也可以將汽車示波測(cè)試線加長(zhǎng)進(jìn)行行駛的測(cè)試。波形結(jié)果當(dāng)車輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),霍爾效應(yīng)傳感器開(kāi)始產(chǎn)生一連串的信號(hào),脈沖的個(gè)數(shù)將隨著車速增加而

10、增加,與圖例相像,這是大約30英里/小時(shí)時(shí)記錄的,車速傳感器的脈沖信號(hào)頻率將隨車速的增加而增加,但位置的占空比在任何速度下保持恒定不變。車速傳感器越高,在示波器上的波形脈沖也就越多。確認(rèn)從一個(gè)脈沖到另一個(gè)脈沖的幅度,頻率和形狀是一致的,這就是說(shuō)幅度夠大通常等于傳感器的供電電壓,兩脈沖間隔一致,形狀一致,且與預(yù)期的相同。確定波形的頻率與車速同步,并且占空比決無(wú)變化,還要觀察如下內(nèi)容:觀察波形的一致性,檢查波形頂部和底部尖角。觀察幅度的一致性:波形高度應(yīng)相等,因?yàn)榻o傳感器的供電電壓是不變的。有些實(shí)例表明波形底部或頂部有缺口或不規(guī)則。這里關(guān)鍵是波形的穩(wěn)定性不變,若波形對(duì)地電位過(guò)高,則說(shuō)明電阻過(guò)大或傳

11、感器接地不良。觀察由行駛性能問(wèn)題的產(chǎn)生和故障碼出現(xiàn)而誘發(fā)的波形異常,這樣可以確定與顧客反映的故障或行駛性能故障產(chǎn)生的根本原因直接有關(guān)信號(hào)問(wèn)題。雖然霍爾效應(yīng)傳感器一般設(shè)計(jì)能在高至150溫度下運(yùn)行,但它們的工作仍然會(huì)受到溫度的影響,許多霍爾效應(yīng)傳感器在一定的溫度下(冷或熱會(huì)失效。如果示波器顯示波形不正常,檢查被干擾的線或連接不良的線束,檢查示波器和連線,并確定有關(guān)部件轉(zhuǎn)動(dòng)正常(如:輸出軸、傳感器轉(zhuǎn)軸等。當(dāng)示波器顯示故障時(shí),搖動(dòng)線束,這可以提供進(jìn)一步判斷,以確認(rèn)霍爾效應(yīng)傳感器是否是故障的根本原因。3光電式車速傳感器光電式車速傳感器是固態(tài)的光電半導(dǎo)體傳感器,它由帶孔的轉(zhuǎn)盤(pán)兩個(gè)光導(dǎo)體纖維,一個(gè)發(fā)光二極管

12、,一個(gè)作為光傳感器的光電三極管組成。一個(gè)以光電三極管為基礎(chǔ)的放大器為發(fā)動(dòng)機(jī)控制電腦或點(diǎn)火模塊提供足夠功率的信號(hào),光電三極管和放大器產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)(開(kāi)關(guān)脈沖。發(fā)光二極管透過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)上的孔照到光電三極管上實(shí)現(xiàn)光的傳遞與接收。轉(zhuǎn)盤(pán)上間斷的孔可以開(kāi)閉照射到光電三極管上的光源,進(jìn)而觸發(fā)光電三極管和放大器,使之像開(kāi)關(guān)一樣地打開(kāi)或關(guān)閉輸出信號(hào)。從示波器上觀察光電式車速傳感器輸出波形的方法與霍爾式車速傳感器完全一樣,只是光電傳感器有一個(gè)弱點(diǎn)即它們對(duì)油或臟物在光通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)傳遞的干涉十分敏感,所以光電傳感器的功能元件通常被設(shè)計(jì)成密封得十分好,但損壞的分電器或密封墊容器在使用中會(huì)使油或贓物進(jìn)入敏感區(qū)域,這會(huì)引起行駛性能

13、問(wèn)題并產(chǎn)生故障碼。五、汽車傳感器的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)汽車性能的要求越來(lái)越高, 促使汽車傳感器技術(shù)不斷發(fā)展, 今后汽車傳感器的發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)微型化、智能化和多功能化, 開(kāi)發(fā)新材料、新工藝和新型傳感器。1微型化利用微電子機(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。MEMS的核心技術(shù)是研究微電子、微機(jī)械加工與封裝技術(shù)的巧妙結(jié)合, 期望能夠由此而制造出體積小巧但功能強(qiáng)大的新型系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展, 尤其最近10 多年的研究與發(fā)展,MEMS技術(shù)已經(jīng)顯示出了巨大的生命力,此項(xiàng)技術(shù)的有效采用將信息系統(tǒng)的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一個(gè)新的高度。在當(dāng)前技術(shù)

14、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), 從而可以生產(chǎn)出體積非常微小的微型傳感器敏感元件。2智能化智能化傳感器主要包括主傳感器、輔助傳感器及微型機(jī)的硬件設(shè)備等組成部分,是能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲(chǔ),而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器相當(dāng)于是微型機(jī)與傳感器的綜合體,將信號(hào)處理和控制電路集成到了單個(gè)的芯片中,具有自診斷、多參數(shù)混合測(cè)量、誤差補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)。3多功能化將若干種敏感元件組裝在同一種材料或單獨(dú)一塊芯片上的一體化多功能傳感器具有體積小巧、能對(duì)不同種類的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)的特點(diǎn),它可以借助于敏感元件中不同的物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)物質(zhì)及其各不相同的表征方式,用單獨(dú)一個(gè)傳感器系統(tǒng)來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種傳感器的功能。4開(kāi)發(fā)新材料開(kāi)發(fā)新材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)。半導(dǎo)體和陶瓷材料是早期使用的傳感器材料, 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)。5開(kāi)發(fā)新工藝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),加工技術(shù)的微精細(xì)化在傳感器的生產(chǎn)