汽车传感器的应用现状与发展趋势

目录

中文摘要、关键词 (1)

英文摘要、关键词 (2)

引言 (3)

第一章绪论 (4)

1.1传感器的概念与作用 (4)

1.2国外汽车传感器的研究现状 (4)

1.3国内汽车传感器的研究现状 (5)

1.4国内外汽车传感器的发展对比 (5)

第二章汽车传感器的类型与工作原理 (6)

2.1汽车传感器的类型 (6)

2.2汽车常用传感器的工作原理 (6)

2.2.1电阻式传感器 (6)

2.2.2电容式传感器 (7)

2.2.3电感式传感器 (7)

2.2.4霍尔电流电压式传感器 (8)

2.2.5光电传感器 (9)

2.2.6光栅传感器 (10)

2.2.7热电偶传感器 (10)

第三章传感器在汽车上的应用现状 (12)

3.1发动机系统 (12)

3.1.1温度传感器 (12)

3.1.2压力传感器 (13)

3.1.3流量传感器 (14)

3.1.4位置和转速传感器 (15)

3.1.5气体浓度传感器 (15)

3.1.6爆震传感器 (16)

3.2底盘系统 (17)

3.2.1线性加速度惯性传感器 (17)

3.2.2角速率传感器 (18)

3.2.3变速器控制传感器 (18)

3.2.4悬架系统控制传感器 (18)

3.2.5助力转向系统传感器 (19)

3.2.6防抱死制动系统（ABS）传感器 (19)

3.3车身系统 (19)

3.4导航系统 (20)

第四章汽车传感器的发展趋势 (21)

4.1汽车传感器的新技术——MEMS(微电子机械系统) (21)

4.2新材料的应用对汽车传感器的发展影响 (22)

4.3汽车传感器的市场发展趋势 (22)

结论 (23)

致谢 (24)

参考文献 (25)

汽车传感器的应用现状与发展趋势

摘要：随着汽车工业的迅速发展，汽车电子已成为汽车工业发展的核心技术，根据国内外研究资料预测，未来汽车电子产品的费用将占整车费用的百分之五十，而传感器作为核心技术里关键的基础配套产品，也越发显的重要。汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统，底盘控制系统，车身控制系统和导航系统。它的应用大大提高了汽车电子化的程度，增加了汽车驾驶的安全系数，随着人们对汽车的要求越来越高，基于MEMS技术的新型传感器也趋于微型化、集成化和智能化，将逐步取代传统的传感器，成为传感器的主流。

本论文通过搜集大量的相关文献资料，首先对汽车传感器的概念与作用进行了阐述，然后分析了国内外的发展现状与国内相关产业的不足，重点对汽车传感器的类型和原理进行分析，对传感器在汽车各大系统里的应用进行研究，并且预测出汽车传感器未来的发展趋势，以阐明传感器的应用与发展对现代汽车工业的发展所具有的重要意义。

关键词：汽车传感器应用

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The Status Quo of Application and Development Tendency

of Auto Sensor

Abstract:With the rapid development of automotive industry, automotive electronics have been the core technology of the evolution of automotive industry. In accordance with the prediction of research datas at home and abroad, the charge of automotive electronics products will occupy the propertion about 50% of whole car in the future. And auto sensor will be more important in that it is the pivotal accessory product of core technology. Auto sensor is mostly used in the engine control system, chassis control system, carrosserie contral system and guidance system. The application of auto sensor has greatly improved the extent of electronization and increased safety factor. As people have the higher requirement to cars, new-style auto sensor based on MEMS technology will be of miniaturization, integration and intelligentialization and gradually replace the traditional sensor to be the mainstream.

By gathering a large number of related documents, this paper first describes the concept and role of automotive sensors, and then analyzes the development status at home and abroad and the lack of domestic related industries, focusing on the types and principles of automotive sensors, sensorin the application of the major systems of the car, and predicts the future development trend of automotive sensors to clarify the great significance of the application and development of the sensor to the development of the modern automobile industry.

Key words: Auto; Sensor; Application

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引言

汽车工业是国民经济发展的支柱产业之一，现代汽车正从由一种单纯的交通工具朝着满足人们需求和安全节能、环保的方向发展。未来满足人们对汽车日益提高的要求，汽车研发及生产机构必然要将越来越多的电子产品引入到汽车上。据有关统计，在汽车上的电子元件的相关价值已经从20世纪70年代的零增长到2010年的40％以上，汽车电子也成为汽车革新的主要内容。在汽车电子产品中，传感器已经成为关键的基础配套产品之一。现在一辆豪华汽车上应用的传感器已经超过了200个。因此，伴随着汽车电子产品市场的增长，汽车传感器市场也得到了同样的增长，并且汽车传感器市场在可预见的范围内将继续增长。

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第1章绪论

1.1 传感器的概念与作用

传感器，顾名思义就是传递感觉的机器，这些感觉不但包括光、声、热、力、电、磁这些物理信号，甚至包括化学效应和生物信号，汽车百科里对传感器是这样定义的：传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息输出给其他装置或器官。其基本工作原理是先收集这些非电学量，然后再把这些非电学量转换成输出信号，按信号输出标准分为以下四种：模拟传感器（将被测量的非电学量转换成模拟电信号）、数字传感器（将被测量的非电学量转换成数字输出信号）、膺数字传感器（将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出）、开关传感器（当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号）。

由以上可知，传感器是用来收集并转换信号的，本文即研究的是传感器这种转换信号的功能在汽车里的应用，这些传感器我们叫做车用传感器，也叫汽车传感器。汽车传感器是汽车计算机（ECU）系统的输入装置，其作用是把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机，以便发动机、底盘、车身等系统处于最佳工作状态。

1.2 国外汽车传感器的研究现状

汽车传感器在国外最先应用于20世纪60年代，那时汽车上仅有机油压力传感器、油量传感器和水温传感器，它们与仪表或指示灯连接。进入70年代后，为了治理排放，又增加了一些传感器来帮助控制汽车的动力系统，因为同期出现的催化转换器、电子点火和燃油喷射装置需要这些传感器来维持一定的空燃比以控制排放。80年代，防抱死制动装置和气囊提高了汽车安全性。

今天，随着电子技术的发展，国外传感器技术发展迅速，各种类型的传感器运用于各大控制系统，有用来测定各种流体温度和压力(如进气温度、气道压力、冷却水温和燃油喷射压力等)的传感器；有用来确定各部分速度和位置的传感器(如车速、节气门开度、凸轮轴、曲轴、变速器的角度和速度、排气再循环阀(EGR)的位置等)；还有用于测量发动机负荷、爆震、断火及废气中含氧量的传感器；在防抱死制动系统和悬架控制装置中测定车轮转速、路面高差和轮胎气压的传感器等等。在国际上汽车传感器和电子系统向着采用

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Mems传感器的方向发展。Philips Electronics公司和Continental Treves公司10年销售1亿只用于汽车ABS系统的传感器芯片, 生产上达到了一个新的里程碑。两个公司共同开发有源磁场传感器的前瞻性技术,产品应用在汽车厂家生产的最新的轿车上。Continental Teves公司用这种磁阻式转速传感器制作了轮速传感器, 用于ABS 系统,防滑系统等。

1.3 国内汽车传感器的研究现状

自20世纪80年代以来，国内汽车仪表行业引进国外的先进技术及与之相配套的传感器生产技术，基本满足了国内小批量、低水平车型的配套需求。众多轿车、轻型车及部分载货车中采用新的电子产品，需要大批量、高水平的汽车传感器，但国内现有最高水平的汽车传感器产品比国外同类产品落后10多年，每年要进口50万套以上的高性能汽车传感器。

伴随着国内汽车产量的迅速增长，今后几年国内汽车工业对传感器及其配套变速器和仪表的需求亦将大大增加，实现汽车传感器国产化势在必行。为适应这一形势，应重点开发新型压力、温度、流量、位移等传感器，尽快为汽车工业解决电喷系统、空调排污系统和自动驾驶系统所需的传感器是十分迫切的任务。汽车传感器对整车厂而言，是二级配套产品，必须以系统形式进入整车厂配套。一级系统配套商的实力关系到主机厂的品牌，所以必须建立系统平台，以系统带动传感器的发展。

1.4 国内外汽车传感器的发展对比

相对于国外汽车传感器的应用与发展，我国进入这一领域的时间比国外晚了近二十年。由于起步较晚，还没有形成专业技术化、系列化、配套化，尚未形成独立的产业，仍然依附于汽车仪表企业。只有零散的产品为化油器配套使用，如曲轴位置、车速传感器采用的是电磁式或霍尔式，存在着准确度、分解能力、信号精度、匹配性、抗干扰性、低速检测、耐环境能力差等问题，而国外同类产品采用的是光电式，不存在上述问题。随着国内汽车产业的飞速发展，许多传感器厂家为了增强产品的竞争力，采用与国外同行业进行合资经营的方式，消化吸收国外先进的传感器技术，使产品升级换代，从而逐步发展壮大，有的已成为几大“电喷”系统厂家的下游供应商。但绝大多数企业还只是配套生产其它车用传感器，处于利润少、产品单一、产品质量和技术水平低下的状况。所以我国在汽车传感器领域还存在着存在一些技术落后，产业设施不配套，生产流通环节不完善等缺点，要使国内汽车传感器的发展跟得上我国汽车产业的发展，我们还有很长的路要走。

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第2章汽车传感器的类型与工作原理

2.1 汽车传感器的类型

常用的分类方式有以下三种：

（1）按传感器的物理量可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器（2）按传感器工作原理可分为电阻、电容、电感、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。

（3）按传感器按照其输出信号为标准分类:

模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。

数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。

膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。

开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。

2.2 汽车常用传感器的工作原理

由上文我们知道，汽车传感器有多种不同的工作原理，但它们的作用都是使物理量转化为电信号，下面我们来通过它们的工作原理进行一一分析：

2.2.1电阻式传感器

把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。它主要包括电阻应变式传感器、电位器式传感器和锰铜压阻传感器等。电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等数据输出。其基本原理就是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。用应变片测量时，将其贴在被测对象表面上，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，这是用来直接测量应变。通过弹性敏感元件将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，则可用应变片测量上述各量，如图2.1所示。

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1-引线 2-覆盖层 3-基片 4-电阻丝式敏感栅

图2.1 电阻应变效应

2.2.2电容式传感器

电容式传感器也常常被人们称电容式物位计，电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容原理（如图2.2）进行工作的，电容器由两个绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为e的电解质时，两圆筒间的电容量为C=2∏eL/lnD/d，式中L为两筒相互重合部分的长度；D为外筒电极的直径；d为内筒电极的直径；e为中间介质的电介常数。在实际测量中D、d、e是基本不变的，故测得C即可知道液位的高低，这也使电容式传感器具有结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等优点。其缺点是输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。

1-外筒电极直径D 2-内筒电极直径d 3-两筒重合部分的长度L

图2.2 电容原理

2.2.3电感式传感器

电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线

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圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。如图2.3，中间膜片在压力差△P的作用下产生位移，通过连杆带动铁杆运动，从而将压力差△P转换成变压器的电压输出。

1-差动变压器 2-铁芯 3-连杆 4-中间膜片

图2.3 电感传感器工作原理

电感式传感器具有以下特点：

（1）结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可靠寿命长。

（2）灵敏度和分辨力高，能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。

（3）线性度和重复性都比较好，在一定位移范围（几十微米至数毫米）内，传感器非线性误差可达0.05%~0.1%。同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是，它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。

2.2.4霍尔电流电压式传感器

电流电压传感器工作原理主要是霍尔效应原理。以磁平衡霍尔电流电压传感器为例，其原理如图2.4所示。磁平衡霍尔电流传感器原理：原边电流In产生的磁通量聚集在磁路中，并由霍尔器件检测出霍尔电压信号，经过放大器放大，该电压信号精确地反映原边电流。原边电流In产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流Im通过副边线圈所产生的磁通量相平衡。副边电流Im精确地反映原边电流。如果输出电流经过测量电阻Rm，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。磁平衡霍尔电压传感器原理：原边电压Vp通过原边电阻R1转换为原边电流In，In产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流Im通过副边线圈所产生的磁通量相平衡。副边电流Im精确地反映原边电压。

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1-原边电流In 2-磁芯 3-霍尔元件 4-副边补偿电流Im 5-测量输出 6-测量电阻Rm

图2.4 霍尔效应原理图

2.2.5光电传感器

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。其转换原理为光电效应（如图2.5），阴极发出的光电子被阳极收集，在回路中会形成电流，称为光电流，为了把光电子尽可能多的收集到阳极，以增强光电流，通常还在光电管两极加上正向电压，光电流在电阻的两端产生电压U，随着光的强弱变化而变化。这样，就把光信号变成了电信号。

图2.5 光电效应

由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系。模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式,漫

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反射式,遮光式(光束阻档)三大类。所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上；所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上；所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份，使投射到光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关。

2.2.6光栅传感器

由光栅形成的叠栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应，因而能提高测量精度。传感器由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成（见图2.6）。标尺光栅相对于指示光栅移动时，便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹。这些条纹以光栅的相对运动速度移动，并直接照射到光电元件上，在它们的输出端得到一串电脉冲，通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出，直接显示被测的位移量。传感器的光路形式有两种：一种是透射式光栅，它的栅线刻在透明材料（如工业用白玻璃、光学玻璃等）上；另一种是反射式光栅，它的栅线刻在具有强反射的金属（不锈钢）或玻璃镀金属膜（铝膜）上。这种传感器的优点是量程大和精度高。光栅式传感器可测量静、动态的直线位移和整圆角位移。在机械振动测量、变形测量等领域也有应用。

1-光源 2-透镜 3-指示光栅 4-标尺光栅 5-透镜 6-光电元件

图2.6 光栅传感器工作原理

2.2.7热电偶传感器

将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图2.7所示。当导体A和B的两个接触点T1和T2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应，热电偶式传感器就是利用这一效应来工作的。

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1-A金属2-B金属3-接触点T1 4-接触点T2 5-电流方向

图2.7 热电效应

对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：

（1）热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数；

（2）热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；

（3）当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。

通过以上对各类原理的分析，我们知道，不管是以何种方式、何种材料、何种效应，传感器的最终作用就是把位移、力、速度、加速度、温度、流量、气体成份等物理量转换为电信号，这些电信号将随时随刻的输入到ECU（行车电脑），ECU将对这些信号进行迅速系统的处理与分析，然后输出反馈信号，用于控制发动机、底盘、车身及其其它系统里的控制元件，以使汽车处于最佳的行驶状态。这一部分我们分析了常用汽车传感器的类型与基本工作原理，以助于在后文中对于汽车传感器在汽车各大系统里的具体应用进行研究。

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第3章传感器在汽车上的应用现状

未来汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。根据传感器的作用，可以分类为测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等功能的传感器，它们各司其职，一旦某个传感器失灵，对应的装置工作就会不正常甚至不工作。因此，传感器在汽车上的作用是很重要的。

汽车传感器过去单纯用于发动机上，现在已扩展到底盘、车身和灯光电气系统上了。

3.1 发动机系统

发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，供ECU对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。

由于发动机工作在高温(发动机表面温度可达150℃、排气歧管可达650℃)、振动(加速度30g)、冲击(加速度50g)、潮湿(100%RH，-40℃-120℃)以及蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥污染的恶劣环境中，因此发动机控制系统用传感器耐恶劣环境的技术指标要比一般工业用传感器高1-2个数量级，其中最关键的是测量精度和可靠性。否则，由传感器带来的测量误差将最终导致发动机控制系统难以正常工作或产生故障。

3.1.1温度传感器

温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度传感器有线绕电阻式、热敏电阻式和热偶电阻式三种主要类型。三种类型传感器各有特点，其应用场合也略有区别。线绕电阻式温度传感器的精度高，但响应特性差；热敏电阻式温度传感器灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适应温度较低；热偶电阻式温度传感器的精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理一起使用。

现已实用化最常见的是热敏电阻式温度传感器，其主要指标为：通用型-50℃~130℃，精度1.5%，响应时间 10ms；高温型600℃~1000℃，精度5%，响应时间10ms。热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。当热敏材料周围有热辐射时，它就会吸收辐射热，产生温度升高，引起材料的阻值变化。其结构如图3.1。

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1-连接导线 2-紧固螺帽 3-热敏电阻

图3.1 热敏电阻式温度传感器

3.1.2压力传感器

压力传感器主要用于检测气缸负压、大气压、涡轮发动机的升压比、气缸内压、油压等。吸气负压式传感器主要用于吸气压、负压、油压检测。汽车用压力传感器应用较多的有电容式、压阻式、差动变压器式（LVDT ）、表面弹性波式（SAW ）。

电容式压力传感器主要用于检测负压、液压、气压，测量范围20~100kPa ，具有输入能量高，动态响应特性好、环境适应性好等特点；压阻式压力传感器受温度影响较大，需要另设温度补偿电路，但适应于大量生产；LVDT 式压力传感器有较大的输出，易于数字输出，但抗干扰性差；SAW 式压力传感器具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨率高、数字输出等特点，用于汽车吸气阀压力检测，能在高温下稳定地工作，是一种较为理想的传感器。

最常用的压力传感器为压阻式（如图3.2），其核心部分是一块沿某径向切割的N 型的圆形硅膜片，在膜片上利用集成电路工艺方法扩散上四个阻值相等的P 型电阻，用导线将其构成平衡电桥，膜片的四周用圆硅环（硅环）固定，其下部是与被测系统相连的高压腔，上部一般可与大气相通。当不受力作用时，电桥处于平衡状态，无电压输出；当受到压力作用时，电桥失去平衡而输出电压，且输出的电压与压力成比例。

1-低压腔 2-高压腔 3-硅环 4-引线 5-硅膜片

图3.2 压阻式压力传感器

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3.1.3流量传感器

流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量。空气流量的测量用于发动机控制系统确定燃烧条件、控制空燃比、起动、点火等。空气流量传感器有旋转翼片式（叶片式）、卡门涡旋式、热线式、热膜式等四种类型。旋转翼片式（叶片式）空气流量计结构简单，测量精度较低，测得的空气流量需要进行温度补偿；卡门涡旋式空气流量计无可动部件，反映灵敏，精度较高，也需要进行温度补偿；热线式空气流量计测量精度高，无需温度补偿，但易受气体脉动的影响，易断丝；热膜式空气流量计和热线式空气流量计测量原理一样，但体积少，适合大批量生产，成本低。空气流量传感器的主要技术指标为：工作范围0.11~103立方米/min ，工作温度-40℃~120℃，精度≤1%。

燃料流量传感器用于检测燃料流量，主要有水轮式和循环球式，其动态范围0~60kg/h ，工作温度-40℃~120℃，精度 1%，响应时间<10ms 。

最常用的叶片式空气流量传感器如图3.3所示，它由空气流量计和电位计组成。在空气流量计的主进气道内安装有一个可绕轴旋转的叶片。在发动机工作时，空气经空气滤清器过滤后进人流量计推动叶片（测量片）旋转，使其开启。叶片开启角度由进气量产生的推力大小和叶片轴上卷簧（复位弹簧）弹力的平衡情况决定。当驾驶员操纵加速踏板来改变节气门开度时，进气量增大，进气气流对叶片的推力也增大，这时叶片开启的角度也增大。在叶片轴上安装有一个电位计，它与叶片同轴旋转，雨电位计上滑片电阻的变化转变成电压信号输人到ECU 。

1-电位计 2-接线插头 3-缓冲室 4-缓冲室 5-缓冲叶片 6-复位弹簧 7-进气温度传感器 8-空气滤清器

侧 9-测量叶片 10-旁通道 11-CO 调整螺钉 12-进气歧管侧

图3.3 叶片式空气流量传感器

3.1.4位置和转速传感器

位置和转速传感器主要用于检测曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速等。目前汽车使用的位置和转速传感器主要有交流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式等，其测量范围0 ~360 ，精度0.5以下，测弯曲角达0.1。

车速传感器种类繁多，有敏感车轮旋转的、也有敏感动力传动轴转动的，还有敏感差速从动轴转动的。当车速高于100km/h时，一般测量方法误差较大，需采用非接触式光电速度传感器，测速范围0.5~250km/h，重复精度0.1%，距离测量误差优于0.3%。

其常用的变磁阻传感器的结构如图3.4所示。它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度方发生改变，引起磁路中磁限变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能侧出这种电感值的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。

1-线圈 2-铁芯（动铁芯） 3-铁芯（定铁芯）

图3.4 变磁阻式传感器

3.1.5气体浓度传感器

气体浓度传感器主要用于检测车体内气体和废气排放。其中，最主要的是氧传感器，实用化的有氧化锆传感器(使用温度-40℃~900℃，精度1%)、氧化锆浓差电池型气体传感器(使用温度300℃~800℃)、固体电解质式氧化锆气体传感器(使用温度0℃~400℃，精度0.5%)，另外还有二氧化钛氧传感器。和氧化锆传感器相比，二氧化钛氧传感器具有结构简单、轻巧、便宜，且抗铅污染能力强的特点。

)固体电解质，氧化锆式氧传感器(如图3.5)的基本元件是专用陶瓷体，即氧化锆(ZrO

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陶瓷体制成管状(锆管)，固定在带有安装螺纹的固定套中。锆管表面装有透气铂电极，配有护管及电接头，其内表面与大气相通，外表面与废气相通，外表面还加装了一个防护套

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管，套管上开有通气槽。锆管的陶瓷体是多孔的，允许氧渗入该固体电解质内，温度较高时(高于300℃)，氧气发生电离，如果在陶瓷体内(大气)外(废气)侧的氧气浓度不同，就会在2个铂电极表面产生电压降，含氧量高的一侧为高电位。当混合气稀时，排气中含氧多，两侧浓度差小，只产生小的电压；反之，混合气浓时，产生高电压。根据所测电压值就可测量氧传感器外表面氧气含量，而发动机废气排放中的氧含量主要取决于混合气的空燃比，因此，ECU根据氧传感器输入的电信号分析汽油的燃烧状况，以便及时修正喷油量，使空燃比处于理想状况，即λ=1，所以这种传感器又称为λ传感器。

1-排气方向 2-排气管 3-陶瓷体 4- 铂电极 5-陶瓷防护层 6、7-电极引线点 8-大气

图3.5 氧化锆式氧传感器在排气管中的结构

3.1.6爆震传感器

爆震传感器用于检测发动机的振动，通过调整点火提前角控制和避免发动机发生爆震。可以通过检测气缸压力、发动机机体振动和燃烧噪声等三种方法来检测爆震。爆震传感器有磁致伸缩式和压电式。磁致伸缩式爆震传感器的使用温度为-40℃~125℃，频率范围为5~10kHz；压电式爆震传感器在中心频率5.417kHz处，其灵敏度可达200mV/g，在振幅为0.1g~10g范围内具有良好线性度。

常见的磁致伸缩式爆震传感器的外形与结构如图3.6所示，其内部有永久磁铁、靠永久磁铁激磁的强磁性铁心以及铁心周围的线圈。其工作原理是：当发动机的气缸体出现振动时，该传感器在 7kHz 左右处与发动机产生共振，强磁性材料铁心的导磁率发生变化，致使永久磁铁穿心的磁通密度也变化，从而在铁心周围的绕组中产生感应电动势，并将这一电信号输入ECU。

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1-线圈 2-铁心 3-壳体 4-永久磁铁

图3.6 磁致伸缩式爆震传感器

3.2 底盘系统

底盘控制系统传感器是指分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、防抱死制动系统（ABS）中的传感器。要求底盘控制系统传感器器能提供精确的信号，同时还能适应恶劣的环境，司机才能安全舒适地驾驶汽车。

变速器系统用传感器主要有：车速传感器、加速踏板位置传感器、加速度传感器、节气门位置传感器、发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器等。制动防抱死系统用传感器主要有：轮速传感器、车速传感器；悬架系统用传感器主要有：车速传感器、节气门位置传感器、加速度传感器、车身高度传感器、方向盘转角传感器等；助力转向系统用传感器主要有：车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器、油压传感器等。其主要类型如下：

3.2.1线性加速度惯性传感器

线性加速度惯性传感器设置在底盘的入口，在自适应悬挂系统，车辆稳定性系统和防抱死制动系统（ABS）中均有应用，目前采用MEMS技术制作的线性加速度惯性传感器有压阻式MEMS加速度传感器、电容式MEMS加速度加速度传感器和谐振梁MEMS传感器。

常用的压阻式MEMS加速度传感器体积小、频率范围宽、测量加速度的范围宽，直接输出电压信号，不需要复杂的电路接口，大批量生产时价格低廉，可重复生产性好，可直接测量连续的加速度和稳态加速度，但对温度的漂移较大，对安装和其它应力也较敏感，它不具备某些低gn值测量时所需的准确度。压阻式加速度传感器的弹性元件一般采用硅梁外加质量块，质量块由悬臂梁支撑（如图3.7），并在悬臂梁上制作电阻，连接成测量电桥。在惯性力作用下质量块上下运动，悬臂梁上电阻的阻值随应力的作用而发生变化，引起测量电桥输出电压变化，以此实现对加速度的测量

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1-质量块 2-梁 3-下电极

图3.7 压阻式加速度传感器结构

3.2.2角速率传感器

角速率传感器用于底盘悬架系统和车辆稳定性系统中，角速率传感器也应用了MEMS 技术，其工作原理是检测施加在不同类型结构，如环形、薄型、盘式和片式的Coreolis 力的效应。如图3.8所示，压电陶瓷在垂直方向以共振频率振动，当系统有角速率时，因为角速率而产生Coriolis 力将会导致陶瓷在水平方向振动，从而使陶瓷材料发生从左到右的材料弹性变形。这一变形使压电材料改变输入电压的相位角，使相位角从左边变到右边。在产生的Coriolis 力最大的时候，其影响将使信号延迟90度。产生的这些力仅仅和角速

率有关。位于双压电晶片材料上的传感器就这样把角速率信号以模拟输出电压反映出来。

1-振动方向 2-压电陶瓷 3-支撑销 4-Coriolis 力

图3.8 角速率传感器工作原理

3.2.3变速器控制传感器

变速器控制传感器主要是电控自动变速器的控制。它通过处理由车速传感器、加速度传感器、发动机负荷传感器、发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器检测获得的信息，使电控装置控制换档点和液力变矩器锁止，实现最大动力和最大燃油经济性。

3.2.4悬架系统控制传感器

悬架系统控制传感器可以根据检测到的信息自动调整车高，控制车辆姿势的变化，从而实现对车辆舒适性、操纵稳定性和行车稳定性的控制，主要有车速传感器、节气门开度传感器，加速度传感器、车身高度传感器、侧倾角传感器、转向盘转角传感器等。