检测技术在汽车中的应用

检测传感器在汽车中的应用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能是远远不够的，在此情况下，传感器应运而生。因此可以说，传感器是人类五官的延长。传感器是一种能感受被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息的检测装置，它能满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它也是实现自动检测和自动控制的首要环节。

伴随着汽车电子技术的发展，传感器在汽车上的使用越来越多，整个电控系统都是在传感器的基础上得以进行的。传感器是汽车计算机系统的输入装置，它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，转化成电讯输给计算机，它担负着发动机的燃油喷射、电子点火、怠速控制、进气控制、废气再循环、蒸汽回收及底盘部分的传动、行驶、转向、制动、电子悬架和车身部分的防盗、中央门锁、自动空调等汽车各大电子控制系统的信息采集和传输，是电子控制系统中非常重要的元件。如果它不能工作，汽车就不可能正常而汽车上的传感器主要有：发动机冷却液液位传感器，此传感器在冷却液膨胀箱盖上，当发动机冷却液位下降后，启亮报警指示灯；发动机冷却液温度传感器，此传感器在冷却液膨胀箱盖上。温度传感器的电阻与冷却液温度成正比变化，该传感器向仪表盘发送调解信号电压操纵仪表；进气压力传感器可以根据发动机的负荷状态测出进气管内的绝对压力，并转换成电信号和转速信号一起送入计算机，作为决定喷油器基本喷油量的依据。目前广泛采用的是半导体压敏电阻式进气压力传感器；发动机机油压力传感器在机体右侧，为常闭开关。传感器的电阻与发动机机油压力成正比变化，向仪表组发现调解信号电压操纵仪表。报警压力取决于发动机转速。在发动机转速低于500r/min时，开关关闭；节气门位置传感器安装在节气门上，用来检测节气门的开度。它通过杠杆机构与节气门联动，进而反映发动机的不同工况。此传感器可把发动机的不同工况检测后输入电控单元（ECU），从而控制不同的喷油量；曲轴位置传感器也称曲轴转角传感器，是计算机控制的点火系统中最重要的传感器，其作用是检测上止点信号、曲轴转角信号和发动机转速信号，并将其输入计算机，从而使计算机能按气缸的点火顺序发出最佳点火时刻指令。下面主要介绍空气流量传感器和霍尔转速传感器在汽车中的应用。

空气流量传感器主要是检测发动机进气量大小，将进气量信息转换成电信号输入ECU，以供ECU计算确定喷油时间（即喷油量）和点火时间，如图1所示是空气流量计安装位置，根据测量原理不同，可以分为旋转翼片式空气流量传感器、门涡游式空气流量传感器、热线式空气流量传感器（上海别克轿车热线式空气流

量传感器）和热膜式空气流量传感器（捷达、红旗、桑塔纳2000GSi、帕萨特轿车的热膜式空气流量传感器）四种型式。前两者为体积流量型，后两者为质量流量型。目前主要采用热线式空气流量传感器和热膜式空气流量传感器两种。

图1空气流量计安装位置如图2是日产使用的热线式空气流量计和ECCS（计算机控制系统）连接的电路原理图，其插头共有六个端子，其中F端是自净信号端。自净功能只在发动机转速超过1500转/分，冷却液温度低于115℃时起作用。

图2 空气流量计与ECCS的连接电路原理图

当空气流量计电路故障时，其检测步骤如下：

1）点火开关置于OFF，脱开空气流量计传感器电插头。

2）点火开关置于ON，电压表负极搭铁，正极接线束电插头各极柱，应有一极柱电压为12V。

3）检查搭铁，空气流量计电插头的C、D两极柱为搭铁，拆下空气流量计，以12V的电压施加于空气流量计电插头的D、E两极柱，测量B、D两极柱间的电压，应符合规定。

4）用吹风机送风通过空气流量计，测B、D两极柱的电压应该在2-4V。

5）自净功能的检查，启动发动机使其转速升高至3000r/min，再怠速运转一会后关闭点火开关，5s后可以看到热丝发出红色辉光（需拆下空气滤清器）。

注意：不可拆下防护网，不能应机械方法维修热线式空气流量计。

由于霍尔转速传感器的输出信号不会受到转速值的影响；频率相当高；对电磁波的抗干扰能力强；因此霍尔转速传感器多应用在控制系统的转速检测中。同时，霍尔转速传感器的稳定性好，抗外界干扰能力强，如抗错误的干扰信号等，因此不易因环境的因素而产生误差。霍尔转速传感器的测量频率范围宽，远远高于电磁感应式无源传感器。另外，霍尔转速传感器在防护措施有效的情况下，可以不受电子、电气环境影响。图3所示是霍尔转速传感器在汽车中的安装位置。霍尔转速传感器在测量机械设备的转速时，被测量机械的金属齿轮、齿条等运动部件会经过传感器的前端，引起磁场的相应变化，当运动部件穿过霍尔元件产生磁力线较为分散的区域时，磁场相对较弱，而穿过产生磁力线较为强的区域时，磁场就相对较强。霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。霍尔转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。霍尔转速传感器的测量必须配合磁场的变化，因此在霍尔转速传感器测量非铁磁材质的设备时，需要事先在旋转物体上安装专门的磁铁物质，用以改变传感器周围的磁场，这样霍尔转速传感器才能准确的捕捉到物质的运动状态。

图3 霍尔转速传感器的安装位置

霍尔轮速传感器由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体，霍尔元件和电子电路等组成，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，如图4所示：

1、磁体

2、霍尔元件

3、齿圈

图4 霍尔转速传感器示意图

当齿轮位于图中(a)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；而当齿轮位于图中(b)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏(mV)级的准正弦波电压。此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压。

由于传感器在电控系统中占有非常重要的地位，现代先进汽车的竞争从某种意义上可以说是传感器的竞争。为适应未来汽车智能化与数字化时代的发展需要，作为基础的传感器技术也向着微型化、高精度化、高可靠性、宽温度范围、微功耗及无源化、智能化数字化方向发展。此外传感器的发展还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技术，如新一代光纤传感器、超导传感器等。而把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合，采用计算机技术对其进行分析，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确实性，获得被测对象的一致性解释与描述，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性，使系统获得更充分的信息。这也是传感器发展的必然趋势。

总之，传感器的发展前景无限，发展方向也很多，潜力巨大。