现代汽车传感器的应用与发展.doc

武汉工业学院毕业论文论文题目: 现代汽车传感器的应用与发展 姓 名 戈伟伟 学 号 071203120 院 系 数理科学系 专 业 电子信息科学与技术 指导老师 李 丹 2011 年 5月 28日31目录摘要IAbstractII1.绪论11.1汽车传感器的作用21.2 现代汽车传感器的发展状况21.3 国内汽车传感器发展状况31.4 现代车用传感器的应用41.4.1 发动机控制传感器41.4.2 底盘和主轴上的传感器61.4.3 车身用传感器71.4.4 胎压监测传感器81.5 汽车传感器的发展趋势92. 发动机传感器102.1空气流量传感器102.1.1卡门旋涡式空气流量计112.1.2热线式空气流量计122.1.3热膜式空气流量计132.2压力传感器142.2.1电容式压力传感器142.2.2差动变压器进气压力传感器152.2.3半导体应变式进气压力传感器152.3 气门位置传感器162.3.1开关式节气门位置传感器162.3.2线性节气门位置传感器172.4氧传感器172.5温度传感器182.6爆震传感器192.7曲轴位置传感器202.8 转速传感器213 ABS防抱死制动系统的传感器233.1 转速传感器233.2 横向加速度传感器243.3 减速度传感器244 车身系统常用传感器254.1 碰撞传感器254.2 雨水传感器254.3 湿度传感器264.4 红外线传感器264.5 电动座椅用传感器265.结论与展望27谢辞28参考文献29摘要车用传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一，本文介绍了车用传感器在汽车发动机控制系统、底盘控制系统和车控制系统中的种类及应用状况。详细讨论了发动机传感器和车身常用传感器中所包含的各种主要传感器的工作原理。汽车上常用的传感器类型包括轮速传感器、曲轴位置凸轮轴位置传感器、温度传感器、压力传感器、爆震传感器等。阐述了国内外汽车传感器的发展状况及趋势，即汽车传感器向着微型化、智能化、多功能化和集成化发展，并分布予以介绍。同时，分析了我国汽车传感器技术水平。关键词：汽车；传感器；发展趋势AbstractThe vehicle senior are automotive electronic technology in the field of the core .content of the motor introduction senior in the automotive engine control systems ,chassis control system and vehicle control system of the type and application .discussed the work principle of the senior which mainly contained by engine senior and body senior. the automobile sensor mainly divides into types and so on driving-type/passive form, temperature, pressure. elaborated the domestic and foreign vehicle senors development condition and tendency ,namely the vehicle senior will turn toward the microminiaturization、 the intellectualized 、multi-purpose and the integration development ，at the same time ，it has analyzed our country automobile vehicle senior technical level . Keyword ：automotive ；motor senior ；development trends1.绪论20世纪60年代，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1。今天，传感器已是无处不在。在动力系统中，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；确定座椅位置的传感器；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；保护前排乘员的气囊，不仅需要较多的碰撞传感器和加速度传感器，还需要乘员位置、体重等传感器来保证其及时和准确的工作。面对制造商提供的侧量、顶置式气囊以及更精巧的侧置头部气囊，还要增加传感器。随着研究人员用防撞传感器(测距雷达或其她测距传感器)来判断和控制汽车的侧向加速度、每个车轮的瞬时速度及所需的转矩，使制动系统成为汽车稳定性控制系统的一个组成部。 汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。汽车电子化和自动化程度越高对传感器的依赖越大。目前一辆普通轿车上大约安装几十到近百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量多达两百余只。近年来, 世界各国对车用传感器的研究及开发都非常重视, 车用传感器发展的总趋势是多功能化、集成化和智能化。多功能化是指一个传感器能检测两个或两个以上参数; 集成化是指直接利用半导体特性制成单片集成电路传感器, 或将分立的小型传感器制作在硅片上, 例如集成化温度、压力传感器及霍尔电路等; 智能化是指传感器与大规模集成电路结合, 成为带有专用微型计算机的传感器。1.1 汽车传感器的作用 传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置, 通常由敏感元件和转换元件组成。它是一种检测装信号的器件或装置, 通常由敏感元件和转换元件组成。它是一种检测装置, 是实现自动检测和自动控制的首要环节。汽车传感器是安装于汽车上, 用来感测行车过程中外在变化的传感器。汽车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的信息, 如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等, 转化成电信号输给计算机, 使汽车处于最佳工作状态。汽车传感器可对温度、压力、位置、转速、加速度、流量、湿度、电磁、光电、气体、振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。汽车传感器须能经受住- 40 +150 的温度变化, 而且要求精度高, 响应快, 可靠性好, 抗干扰和抗震能力强2。1.2 现代汽车传感器的发展状况 随着汽车行业的快速发展，传感器在汽车上的应用也随之不断扩大，它们在汽车电子稳定性控制系统(包括轮速传感器、陀螺仪以及刹车处理器)、车道偏离警告系统和盲点探测系统(包括雷达、红外线或者光学传感器)各个方面都得到了使用。由于人们对于安全性、环保性、舒适性、通讯和娱乐的需求日益增长，预计2012年全球汽车传感器市场将从2007年的80亿美元上升到135亿美元，复合年增长率为10.8%。中国市场是车用传感器发展的沃土，最新调查数据显示，2006年中国汽车传感器的市场销售额达到3.9亿美元，同比增长率为42.8%，2007年-2010年期间中国汽车传感器市场销售额的年度复合增长率将超过35%。预计2007年市场销售额将达到5.4亿美元，其同比增长率为36.3%;预计2009年市场销售额将接近10.5亿美元，其同比增长率为40.5%;预计2010年市场销售额将超过13.2亿美元，其同比增长率为35.2%3。表 1 汽车传感器的主要增长领域传感器的类型用途偏航速率传感器车辆动态控制、翻车报警、GPS 系统压力传感器传动、刹车、冷却、轮胎、燃油等方面加速度传感器车辆动力学控制、安全气囊测距传感器近距离障碍物检测、避撞位置传感器轮速以及凸轮轴、机轴、踏板位置检测日光、雨水和湿度传感器日光强度、雨水量、湿度大小检测1.3 国内汽车传感器发展状况 我国的汽车传感器由于起步较晚，还没有形成系列化、配套化。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。总体上讲，国内汽车传感器行业现阶段存在品种少、不配套、性能较落后、抗干扰性差等问题。许多传感器厂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。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。中国汽车传感器随着汽车大力发展而呈现强劲的增长势头，国内汽车传感器迅速增长起来。但中国汽车传感器大多被世界跨国公司瓜分，加快汽车电子国产化是汽车电子行业的首要任务。为了帮助中国汽车传感器行业早日实现多功能化、集成化和智能化，盖世汽车网将于2010年10月举办“2010国际汽车电子应用技术研讨会”，邀请来自国内外的行业专家分享汽车传感器的最新应用技术，预测汽车电子的技术发展动向。随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，通过新的结构设计和新的原理，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。1.4 现代车用传感器的应用在汽车工业高度发达的今天，传感器已经在汽车的各个部件中都得到了广泛应用，见图l。图 1 某豪华车型中一些传感器的功能和位置1.4.1 发动机控制传感器图2 发动机管理系统图 3 桑塔纳2000轿车发动机汽油喷射系统发动机管理系统（简称EMS）其采用各种传感器，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。这些传感器将发动机吸入空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速等状况转换成电信号送入控制器，控制器将这些信息与储存信息比较、精确计算后输出控制信号。EMS不仅可以精确控制燃油供给量，以取代传统的化油器，而且可以控制点火提前角和带速空气流量等，极大地提高了发动机的性能。见图21.4.2 底盘和主轴上的传感器底盘、悬架和主轴上的传感器主要包括：转向传感器、车轮角速度传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器。这里及往后将重点介绍ABS（Anti-locked Braking System）防抱死制动系统的传感器。见图4。ABS的主要作用是改善整车的制动性能，提高行车安全性，防止在制动过程中车轮抱死（即停止滚动），从而保证驾驶员在制动时还能控制方向，并防止后轴侧滑。其工作原理为：紧急制动时，依靠装在各车轮上高灵敏度的车轮转速传感器，一旦发现某个车轮抱死，计算机立即控制压力调节器使该轮的制动分泵泄压，使车轮恢复转动，达到防止车轮抱死的目的。ABS的工作过程实际上是“抱死松开抱死松开”的循环工作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态，有效克服紧急制动时由车轮抱死产生的车辆跑偏现象，防止车身失控等情况的发生。 ABS的种类可分机械式和电子式两种。机械式ABS结构简单，主要利用其自身内部结构达到简单调节制动力的效果。该装置工作原理简单，没有传感器来反馈路面摩擦力和轮速等信号，完全依靠预先设定的数据来工作，不管是积水路面、结冰路面或是泥泞路面和良好的水泥沥青路面，它的工作方式都是一样的。严格地说，这种ABS只能叫做 “高级制动系统（Advanced Brake System）”。目前，国内只有一些低端的皮卡等车型仍在使用机械式ABS。 机械式ABS只是用部件的物理特性去机械的动作，而电子式ABS是运用电脑对各种数据进行分析运算从而得出结果的。电子式ABS由轮速传感器、线束、电脑、ABS液压泵、指示灯等部件构成。能根据每个车轮的轮速传感器的信号，电脑对每个车轮分别施加不同的制动力，从而达到科学合理分配制动力的效果。最早的ABS系统为二轮系统。所谓二轮系统就是将ABS装在汽车的两个后轮上。由于两后轮公用一条制动液压管路和一个控制阀，所以又称做“单通道控制系统”。这种系统是根据两个后车轮中附着力较小的车轮状态来选定制动压力，这被称为“低选原则”。也就是说，采用低选原则的ABS车辆的一个后轮有抱死趋势时，系统只能给两个后轮同时泄压。又由于前轮没有防抱死功能，因而，二轮系统难以达到最佳制动效果。 随着相关技术的发展，后来出现了“三通道控制系统”，该系统是在二轮系统基础上，将两前轮由两条单独的管路独立控制。虽然后轮还是采用“低选原则”，但由于实现了紧急制动时的转向功能及防止后轴侧滑的功能，所以这种系统具备了现代ABS的主要特点。至今，市面上还有车辆采用这种三通道控制的ABS系统。 目前，装备在车辆上最常见的是四传感器四通道ABS系统，每个车轮都由独立的液压管路和电磁阀控制，可以对单个车轮实现独立控制。这种结构能实现良好的防抱死功能4。图 4 防抱死制动系统(ABS)1.4.3 车身用传感器车身控制用传感器主要用于提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等。由于其工作条件不像发动机和底盘那么恶劣，一般工业用传感器稍加改进就可以应用。需要解释的是车身上使用的传感器大多都是外置设备，可以由车主喜好自由选择进行组装。因此，车身使用的传感器种类繁多且差异性较大，在此简介一些车身上普遍使用的传感器，见表2。表 2 车身用传感器 传感器名称作用温度传感器、湿度传感器、风量传感器、日照传感器用于自动空调系统加速度传感器用于安全气囊系统中车速传感器用于门锁控制光传感器用于亮度自动控制超声波传感器激光传感器用于倒车控制距离传感器用于保持车距图像传感器用于消除驾驶员盲区罗盘传感器 陀螺仪和车速传感器用于导航系统的传感器1.4.4 胎压监测传感器胎压监测系统是在每一个轮框内安装微型压力传感器来测量轮胎的气压，并通过无线发射器将信息传到驾驶前方的监视器上。轮胎压力太低时，系统会自动发出警报，提醒驾驶员及时处理。这样不但可以确保汽车在行驶中的安全，还能保护胎面，延长轮胎使用寿命并达到省油的目的。 轮胎智能监测系统的特色在于每个轮胎上均装有车压传感器及无线发射系统，它们能够精确地测量轮胎的气压和温度并将这些信息通过无线信号传输到安装在车内的接收器上。该系统让您领略轮胎智能监测的卓越品质。本系统胎压压力传感器采用压电原理，并在传感器的控制上采用加密技术，从而也可提高汽车的安全附加值。 根据美国汽车工程师学会统计，美国每年约有26万起交通事故是由于轮胎气压偏低或漏气造成的；而每年75%的轮胎故障是由于轮胎漏气或充气不足所引起的。由于上述的原因，美国立法规定新车必须安装轮胎压力监测系统。1.5 汽车传感器的发展趋势随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，汽车传感器市场需求将保持高速增长，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。 微型传感器利用微机械加工技术，将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上，由于具有体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以明显提高系统测试精度。当前，该技术逐步成熟，可以制作检测力学量、磁学量、热学量等各种微型传感器。多功能化是指一个传感器能检测两个或两个以上的特征参数或者化学参数，从而减少汽车传感器的数量，提高系统的可靠性。 智能传感器是一种带微型计算机兼有检测、判断、信息处理等功能的传感器。与传统传感器相比，她具有很多特点。例如，她可以确定传感器工作状态，对测量资料进行修正，以便减少环境因素如温度引起的误差；用软件解决硬件难以解决的问题；完成资料计算与处理工作等等。世界各国都在车用传感器硬件的基础上，努力用软件来解决汽车电气干扰大、环境差（温度高、温度梯度大、污染厉害等）等问题造成的对汽车参数测量的影响。而且智能式传感器精度高、量程覆盖范围大、输出信号大、信噪比高、抗干扰性能好，有的还带有自检功能。不少汽车大公司在该方面进行研制与开发，并取得了成就并加以应用。 其技术的发展方向是开展基础研究，发现新现象，采用新原理，开发新材料，采用新工艺；扩大传感器的功能与应用范围。开发新材料是发展汽车传感器技术的一个重要方向。由于材料科学的进步，在制造各种材料时，人们可以任意控制其成分，从而可以设计与制造出各种用于传感器的功能材料，例如控制半导体氧化物的成分，可以制造出各种气体传感器；光导纤维用于传感器是传感器功能材料的一个重大发现；引起专家关注5。2. 发动机传感器 作为汽车核心部件，发动机的高效率和环保性无疑是各生产厂商不断追求的目标，因此，出色的控制型传感器具有举足轻重的地位6。发动机总成上的传感器主要包括：发动机爆震传感器、曲轴位置和转速传感器； 电喷压力传感器、空气流量传感器、氧传感器、节气门位置传感器、气体浓度传感器； 冷却循环系统温度传感器；图 5 丰田汽车发动机控制系统(TCCS系统)2.1空气流量传感器为了形成符合要求的混合气，使空燃比达到最佳值，我们就必须对发动机进气空气流量进行精确控制。下面我们来介绍一下几种常用的空气流量传感器。2.1.1卡门旋涡式空气流量计卡门旋涡式空气流量计的原理图如下：涡流式空气流量传感器是利用超声波或光电信号，通过检测旋涡频率来测量空气流量的一种传感器。众所周知，当野外架空的电线被风吹时，就会发出“嗡、嗡”的声音，且风速越高声音频率越高，这是气体流过电线后形成旋涡（即涡流）所致。液体、气体等流体均会产生这种现象。同样，如果我们在进气道中放置一个涡流发生器，比如说一个柱状物，在空气流过时，在涡流发生器后部将会不断产生如图所示的两列旋转方向相反，并交替出现的旋涡。这个旋涡就称为卡门旋涡。卡门旋涡式空气流量计就是利用这种这种旋涡形成的原理，测量气体流速，并通过流速的测量直接反映空气流量。对于一台具体的卡门旋涡式空气流量计，有如下关系式：qv=kf , qv为体积流量，f为单列旋涡产生的频率，k为比例常数，它与管道直径，柱状物直径等有关。由这个关系式可知，体积流量与卡门涡流传感器的输出频率成正比。利用这个原理，我们只要检测卡门旋涡的频率f，就可以求出空气流量。根据旋涡频率的检测方式的不同，汽车用涡流式空气流量传感器分为超声波检测式和光学式检测式两种。例如，中国大陆进口的丰田凌志LS400型轿车和台湾进口的皇冠3.0型轿车采用了 光电检测涡流式空气流量器；日本三菱吉普车、中国长风猎豹吉普车和韩国现代轿车采用了超声波检测涡流式空气流量传感器7。（1） 光学式卡门旋涡空气流量计现代物理学光的粒子说认为，光是一种具有能量的粒子流，当物体受到光照射时，由于吸收了光子能量而产生的效应，称为光电效应。光敏晶体管是一种半导体器件，它的特点就是受到光的照射时，它们都会产生内光电效应的光生伏特现象，从而产生电流。图7 卡门涡流式MAF检测电路工作原理：在产生卡门旋涡的过程中，旋涡发生器两侧的空气压力会发生变化通过导孔作用在金属箔上，从而使其振动，发光二极管的光照在振动的金属箔上时，光敏晶体管接收到的金属箔上的反射光是被旋涡调制的光，再由光敏晶体管输出调制过的频率信号，这种频率信号就代表了空气的流量信号。（2） 超声波式卡门旋涡式空气流量计超声波是指频率高于20HZ，人耳听不到的机械波。它的特性就是方向性好，穿透力强，遇到杂质或物体分界面会产生显著的反射，譬如自然界里的蝙蝠，鲸鱼等动物都是通过超声波来进行方位定向的。利用这种物理特性，我们可以把一些非电量转换成声学参数，通过压电元件转换成电量。超声波式卡门旋涡式空气流量计的工作原理与光学式卡门旋涡空气流量计的工作原理大致相同，只是光学元件换成了声学元件。在日常生活中，常常会遇到这样的现象，即当顺着风向喊话人时，对方很容易听到；而逆着风向喊人时，对方就不容易听到。这是因为前者的空气流动方向与声波的前进方向相同，声波被加速的结果，而后者是声波受阻而减速的结果。在超声波式流量传感器中，同样存在着这种现象。工作原理是：在旋涡发生器下游管路两侧相对安装超声波发射探头和超声波接收探头，超声波发射探头不断向超声波接收探头发出一定频率（一般为40KHZ）的超声波，当超声波通过进气气流到达超声波接收器时，由于受到气流移动速度及压力变化的影响，因此接收到的超声波信号的相位（时间间隔）以及相位差（时间间隔之差）就会发生变化，集成控制电路根据相位或相位差的变化情况计量出涡流的频率。涡流频率信号输入ECU后，ECU就可以计算出进气量。2.1.2热线式空气流量计图8 热线式空气流量计构成：我们来看结构图，它的基本构成包括感知空气流量的白金热线、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻（冷线）、控制热线电流的控制电路以及壳体等。根据白金热线在壳体内安装部位的不同，可分为安装在空气主通道内的主流测量方式和安装在空气旁通道内的旁通道测量方式。热线式空气流量计是利用空气流过热金属线时的冷却效应工作的。将一根铂丝热线置于进气空气流中，当恒定电流通过铂丝使其加热后，如果流过铂丝周围的空气增加，金属丝温度就会降低。如果要使铂丝的温度保持恒定，就应根据空气量调节热线的电流，空气流量越大，需要的电流越大。下面的图是主流测量方式的热线式空气流量计的工作原理图。其中RH为是直径为0.03-0.05的细铂丝（热线），RK是作为温度补偿的冷线电阻。RA和RA是精密线桥电阻。四个电阻共同组成一个惠斯登电桥。在实际工作中，代表空气流量的加热电流是通过电桥中的RA转换成电压输出的。当空气以恒定流量流过时，电源电压使热线保持在一定温度，此时电桥保持平衡。当有空气流动时，由于RH的热量被空气吸收而变冷，其电阻值发生变化，电桥失去平衡。此时，放大器即增加通过铂丝的电流，直到恢复原来的温度和电阻值，使电桥重新平衡。由于电量的增加，RA的电压增加，这样就在RA上得到了代表空气流量的新的电压输出。进气温度的任何变化都会使电桥失去平衡。为此，在靠近热线的空气流中，设有一个补偿电阻丝（冷线）。冷线补偿电阻的温度起一个参照值的作用。在工作中，放大器会使热线温度高出进气温度100度。热线式空气流量计长期使用，会使热线上积累杂质。为此，在热线式流量计上采用了烧尽措施解决这个难题。每当发动机熄火时，ECU自动接通空气流量计壳体内的电子电路，热线被自动加热，使其温度在1S内升高了1000度。由于烧尽温度必须是非常精确的，因此，在发动机熄火后4S后，该电路才被接通。这种空气流量计由于没有运动部件，因此工作可靠，而且响应特性较好；缺点是在空气流速分布不均匀时误差较大8。2.1.3热膜式空气流量计热线式空气流量计虽然可以提供精确的进气空气流量，但造价太高，主要用于高级轿车，为了满足精度高，结构简单，造价又便宜的要求，德国博世公司厚膜工艺，开发出了热膜式空气流量计。热膜式空气流量计的工作原理与热线式空气流量计类似，都是用惠斯登电桥工作的。所不同的是热膜式空气流量计不用铂金作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻和线桥电阻用厚膜工艺集中在一块陶瓷片上。这种空气流量计已大量使用于各种电控汽油喷射系统中。2.2压力传感器功用：把压力信号转变为电压信号。应用范围：它在汽车上主要有两个方面的应用。一是用于气压的检测，包括进气真空度、大气压力、气缸内的气压及轮胎气压等；二是用于用于油压的检测，包括变速箱油压、制动阀油压及悬挂油压等。2.2.1电容式压力传感器图9 电容差动式传感器的测量电路首先我们来了解一下电容器。电容器的容量与组成的电容的两极板间的电介质及其相对有效面积成正比，而与两极板间的距离成反比，即C= A/d，其中为电介质的介电常数，A为两金属电极板间相对有效面积，d为两金属电极板间距离。由这个关系式可以看出，当其中两个参数不变，而另一个参数作为变量时，电容量就会随着变化的参数而变化。电容压力传感器由置于空腔内的两个动片（弹性金属膜片）、两个定片（弹性膜片上下凹玻璃上的金属涂层）、输出端子和壳体等组成。其动片与两个定片之间形成了两个串联的电容。当进气压力作用于弹性膜片时，弹性膜片产生位移，势必与一个定片距离减小，而与另一个定片距离加大（可以通过一张纸来示范）。我们可以从公式中看出，两金属电极板间距离是影响电容量的重要因素之一，距离增大，则电容量减少，距离减少，则电容量增大。这种由一个被测量量引起两个传感元件参数等量、相反变化的结构，称为差动结构。如果弹性膜片置于被侧压力与大气压之间（弹性膜片上部空腔通大气），测得的是表压力；如果弹性膜片置于被侧压力与真空之间（弹性膜片上部空腔通真空），测得的是绝对压力。与电容式传感器配合使用的测量电路有很多种，下面我们来以电桥电路为例说明电容差动式传感器测量电路的工作原理，如图，由于电容是交流参数，所以电桥通过变压器用交流激励。变压器的两个线圈与两个电容组成电桥，当无进气压力时，电桥处于平衡状态，两电容值相等并且为C0，当有压力作用时，其中一个电容值为C0+C，另一个电容值为C0-C，（C为外部压力作用时引起的电容值的变化量），则电桥失去平衡，电容值高的地方电压也高，两个电容之间产生了电压差，由此电桥产生代表进气压力的电压输出U9。2.2.2差动变压器进气压力传感器图 10 差动变速器原理图差动压力传感器是一种开磁互感式电感传感器。由于具有两个接成差动结构的二次线圈，所以又称为差动变速器。当差动变压器的一次线圈由交变电源激励时，其二次线圈就会产生感应电动势。由于二次线圈作差动连接，所以总的输出是两线圈感应电动势之差。当铁心不动时，其总输出量为零；当铁心移动时，输出电动势与铁心位移呈线性变化。差动变压器进气压力传感器的检测与转换过程是：先将压力的变化转换成变压器铁心的位移，然后通过差动变速器再将铁心位移转换为电信号输出。这种压力传感器主要有真空膜盒（波纹管）、差动变速器等组成。当气压变化时，波纹管变形，带动差速变压器的铁心移动，由于铁心的位移，差动变压器的输出端即有电压产生，将此电压经过处理后送至ECU输入端。如果按照电压的高低来确定喷射时间并使喷油器工作的话，就可以确定基本喷油量10。2.2.3半导体应变式进气压力传感器半导体压力进气传感器是利用应变效应工作的。所谓应变效应，就是指当导体、半导体在外力作用下产生应变时，其电阻值发生变化的现象。电阻应变片是一种片状电阻传感器，它是利用半导体材料当在其轴向施加一定载荷产生应力时，它的电阻率会发生变化的所谓压阻效应原理工作的。由电阻应变片构成的进气压力传感器主要由半导体应变片、真空室、混合集成电路板等组成。半导体应变片是在一个膜片上用半导体工艺制做的四个等值电阻，并且连接成电桥电阻。半导体电阻电桥应变片放置在一个真空室内，在进气压力的作用下，应变片产生变形，电阻值发生变化，电桥失去平衡，从而将进气压力的变化转换成电阻电桥输出电压的变化。2.3 气门位置传感器 节气门位置传感器安装在节气门体上，它将节气门开度转换成电压信号输出，以便计算机控制喷油量。 节气门位置传感器有开关量输出和线性输出两种类型。2.3.1开关式节气门位置传感器这种节气门位置传感器实质上是一种转换开关，又称为节气门开关。这种节气门位置传感器包括动触点、怠速触点、满负荷触点。利用怠速触点和满负荷触点可以检测发动机的怠速状态及重负荷状态。一般将动触点称为TL触点，怠速触点称为IDL触点，满负荷触点称为PSW触点。从结构图可以看出，在与节气门联动的连杆的作用下，凸轮可以旋转，动触点可以沿凸轮的槽运动。这种节气门位置传感器结构比较简单，但其输出是非连续的。图11 节气门传感器与电子控制器的连接在节气门全关闭时，电压从TL端子加到IDL端子上，再回到电子控制器上。通过这样的途径传递信号时，电子控制器明白节气门现在是全关闭状态。当踏下加速踏板，节气门处于某一开度以上时，电压从TL端子经过PSW端子再传递给电子控制器。电子控制器明白了，现在节气门打开了一定的角度。下面我将怠速信号与负荷信号对喷油量的影响加以说明。当有IDL信号输出并且发动机转速超过规定转速时，则中断供油，以防止催化剂过热及节省燃油。当IDL信号从有输出转换到无输出时，电子控制器判断出节气门从全关闭状态换至打开状态，当然也就判断出车辆处于起步或再加速状态，所以就会根据发动机的暖机状态进行加速加浓，增大喷油量，以供给加速所需要的较浓混合气。当有PSW信号输入到电子控制器中时，则发挥输出加浓功能，增大喷油量。在重负荷行车时，若没有PSW信号输出的话，就会没有输出加浓作用，发动机输出的力量就要稍微低一些。2.3.2线性节气门位置传感器图12 线性节气门位置传感器线性节气门位置传感器装在节气门上，它可以连续检测节气门的开度。它主要由与节气门联动的电位器、怠速触点等组成。电位计的动触点（即节气门开度输出触点）随节气门开度在电阻膜上滑动，从而在该触点上（TTA 端子）得到与节气门开度成正比例的线性电压输出。如图。当节气门全闭时，另外一个与节气门联动的动触点与IDL触点接通，传感器输出怠速信号。节气门位置输出的线性电压信号经过A/D转换后输送给计算机。2.4氧传感器在使用三元催化进化装置的汽油喷射发动机中，一般都在排气管中安排氧传感器，用以检测排气中氧的含量，从而间接地判断进入气缸内混合气的浓度，以便对实际空燃比进行闭环控制。当排气中氧的含量过高时，说明混合气过稀，氧传感器即输出一个电信号给ECU，让其指令喷油器增加喷油量；当排气中氧的含量过低时，说明混合气过浓，氧传感器立刻将此信息传递给ECU，让其指令喷油器减少喷油量。目前在汽车上使用的氧传感器主要有二氧化钛氧传感器和二氧化锆氧传感器两种类型的传感器。图13 氧传感器工作原理：氧传感器装在发动机的排气管里，用来测量排气中氧的含量。它是按照大气与排气中氧浓度之差而产生电动势的一种电池。如图，在陶瓷电解质的内、外两面分别涂有白金以形成电极。当它插入排气管中时，其外表面接触废气，内表面则通大气。在约300度以上的温度时，陶瓷电解质可变为氧离子的传导体。当混合气较稀，也就是过量空气系数1时，排气中含氧必然多，陶瓷电解质的内外表面的氧浓度差小，只产生小的电压；而当混合气较浓，也就是过量空气系数1时，排气中氧含量较少，同时伴有大量的未完全燃烧物如CO、碳氢化合物等，这些成分都可能在催化剂的作用下与氧发生反应，消耗排气中残余的氧，使陶瓷电解质外表面的氧浓度趋向于零，这样就使得电解质内外的氧浓度差突然增大，传感器输出电压也突然增大了，其数值趋向于1V11。2.5温度传感器作用：用来测量冷却水温度、进气温度和排气温度。种类：温度传感器的种类很多，如热敏电阻式、半导体式和热电偶式等， 所谓热敏电阻，是指这种电阻对温度敏感，当作用在这种电阻上的温度变化时，其阻值会随温度的变化而变化。其中，随温度升高的叫做正温度型热敏电阻，相反随温度升高阻值减少的，叫做负温度系数型热敏电阻。热敏电阻温度传感器的测量电路比较简单，只要把传感器与一个精密电阻串联接到一个稳定的电源上，就能够用串联电阻的分压输出反映温度的变化。图14 磁滞伸缩式传感器输出特性2.6爆震传感器爆震传感器是发动机集中控制系统中的重要部件，它的功用是用来检测发动机有无爆震现象发生，并把信号输送给发动机微机控制装置。检测发动机爆震可以有三个路径，一是检测气缸压力，二是检测发动机振动，三是检测燃烧噪声。根据气缸压力的检测法，精度最好，但是存在着传感器的耐久性差和难以安装的问题。根据燃烧噪声的检测法，由于是非接触式的，其耐久性很好，但是精度和灵敏度偏低，。现在常用检测发动机振动的方法来判断有无爆震。采用振动检测方法的爆震传感器有磁滞伸缩式和压电式两种。1）磁滞伸缩式爆震传感器磁滞伸缩式爆震传感器应用的较早，它安装在发动机上，是一种电感式传感器，其内部有永久磁铁、强磁性铁心以及电磁绕组等。其工作原理是：当爆震发生，也就是当发动机气缸体出现振动时，铁心受振使电磁绕组的磁通发生变化，根据电磁感应原理，通过线圈的磁通变化时，线圈就会产生感应电动势，这个电动势就是爆震传感器的输出电压信号。当传感器的固有频率与发动机爆震时的振动频率相同时，传感器输出最大信号。2） 压电式爆震传感器压电式爆震传感器是利用压电效应原理制成的传感器。什么是压电效应呢？压电效应就是指当沿着一定方向向某些电介质施力而使其变形时，其内部会发生极化，同时在其表面产生电荷的现象。压电式传感器是一种力敏元件，发誓能够转换为力的动态物理量，比如说应力、压力、加速度等都能够进行检测。压电式传感器又可分为共振型和非共振型两种。共振型电压爆震传感器主要由压电元件、振荡片、基座等组成。压电元件紧密地贴合在振荡片上，振荡片则固定在传感器的基座上。振荡片随发动机的振荡而振荡。波及压电元件，使其变形而产生电压信号。当发动机爆震时的振动频率与振荡片的固有频率相符合时，振荡片产生共振，此时压电元件将产生最大的电压信号。它的输出特性与磁致伸缩式类似。非共振型压电式爆震传感器非共振型压电式爆震传感器是以接收加速度信号的形式，来判断爆震是否产生。这种传感器与共振型传感器的不同之处在