汽车发动机控制,传感器的应用现状及发展趋势

2019-09-24 06:03 来源:未知

1.变速器控制传感器:多用在电控自动变速器的控制。它是根据车速传感器、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、油温传感器检测所得到的信息经处理使电控装置控制换档点和液力变矩器锁止,达到最大动力和最大燃油经济性。

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%。

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2.压力传感器:重点检测进气歧管绝对压力、真空度、大气压力、发动机油压、制动器油压、轮胎压力等。车用压力传感器这时已有若干种,使用较多的有电容式、压敏电阻式、膜盒传动的可变电感式、表面弹性波式。电容式传感器具有输入能量高,动态响应好、环境适应性好等特征;压敏电阻式受温度影响大,需另设温度补偿电路,但适用在大量生产;LVDT式有较大输出,易于数字输出,但抗振性较差;SAW式具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性强、灵敏度高、分辨率高、数字量输出等特征,是一种较为理想的传感器。

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。

转向盘角度传感器

二、底盘控制用传感器

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。

我们在日常保养维修汽车时,经常听到各种传感器,那么到底什么是汽车传感器呢?

底盘控制用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、防抱制动系统中的传感器,在不同系统中作用不同,但工作原理与发动机中传感器是相同的,重点有以下几种形式传感器:

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分为半导体压敏电阻式和电容式进气歧管压力传感器两种。

6.爆震传感器:它能把爆震信号传给控制系统,抑制爆震的发生汽车配件网认为。重点有磁致伸缩式和非共振型压电式。

5.气体浓度传感器

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2.压力传感器

如果节气门开度传感器发生故障;发动机启动困难,怠速不稳,发动机性能不良,易熄火,减速时负载变化时会有颠簸

一、发动机控制用传感器

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)。

自动变速箱多功能开关

1.温度传感器:重点检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度、机油温度、催化温度等。实际使用的温度传感器重点有线绕电阻式、热敏电阻式和热电偶式。线绕电阻式温度传感器精度较大,但响应特征差;热敏电阻式传感器灵敏度高,响应特征较好据华夏汽配网报道,但线性差,适用温度较低;热电偶式精度高,测温范围宽,但需考虑放大器和冷端处理问题。

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 。

氧传感器的根本作用是用来检测尾气中含氧浓度,然后ECU(发动机系统控制电脑)会通过氧传感器提供的氧浓度信号来判定发动机的燃烧状况或者催化器的工作效率。有氧化锆式和氧化钛式。

3.转速、角度和车速传感器:重点用在检测曲轴转角、发动机转速、车速等。重点有发电机式、磁阻式、霍尔效应式、光学式、振动式等。

由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求,世界各国对其理论研究、新材料应用和新产品开发都都非常重视。未来的汽车用传感器技术,总的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。

凸轮轴位置传感器

4.氧传感器:氧传感器安装在排气管内,测量排气管中的含氧量,确定发动机的实际空燃比与理论值的偏差,控制系统根据反馈信号,调节可燃混合气的浓度,使空燃比接近于理论值,以便加强经济性,减少排气污染。实际使用的是氧化锆和氧化钛传感器。

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%。

进气歧管压力传感器的作用是检测进气歧管的真空度,并将压力信号转变成电子信号输送给发动机控制电脑,是控制喷油脉冲宽度和点火正时的主要参考信号

5.流量传感器:测定进气量和燃油流量以控制空燃比,重点有空气流量传感器和燃料流量传感器。空气流量传感器检测进入发动机的空气量以便控制喷油器的喷油量,以得到较准确的空燃比,实际使用的有卡门旋涡式、叶片式、热线式。卡门式无可动部件、反应灵敏、精度较大;热线式易受吸入气体脉动影响,且易断丝;燃料流量传感器用在判定燃油消耗量。重点有水车式、球循环式。

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%,响应时间小于10ms。

蒸发器温度传感器 这种传感器用来检测通过蒸发器的空气温度或者蒸发器表面的温度变化,并以此来控制压缩机电磁离合器的接合或断开。冷却液温度传感器 冷却液温度传感器直接安装在热交换器底部的水道上,用来检测冷却液温度,产生的冷却液温度信号输送给电控单元,控制低温时鼓风机的转速。日照传感器日照传感器是一个光敏二极管,利用光电效应,把阳光照射量的变化转换为电流值的变化并输送给空调电控单元,用来调整空调吹出的风量与温度。图片 4

据获悉, 伴随电子技术的发展,汽车电子化程度持续加强,常常的机械系统已难以处理某些与汽车功能要求相关的问题,而被电子控制系统代替。传感器的作用就是根据规定的被测量的大小,定量供应有用的电输出信号的部件,亦即传感器把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学量转换成信号的变换器。传感器作为汽车电控系统的关键部件,它直接影响汽车的技术性能的发挥。这时,普通汽车上大约装有10-20只传感器,高级豪华轿车则更多,这些传感器重点分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中。

集成化是指利用IC制造技术和精细加工技术制作IC式传感器。

爆震传感器有非共振型和共振型压两种,一般安装在2缸和3缸之间,或者1 ,2缸中间一个,3,4缸中间一个。一般的爆震传感器的连接线上都用屏蔽线包裹的。

发动机控制用传感器有许多种,其中包括温度传感器、压力传感器、转速和角度传感器、流量传感器、位置传感器、气体浓度传感器、爆震传感器等。此类传感器是整个发动机的重点,采用它们可加强发动机动力性、减少油耗、减少废气、反映故障等,由于其工作在发动机振动、汽油蒸气、污泥和泥水等恶劣环境中,因此它们耐恶劣环境技术指标要高于通常的传感器。对于它们的性能指标要求有很多种,其中最主要的是测量精度与可靠性,否则由传感器检测带来的误差最终将引发发动机控制系统失灵或故障。

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。温度用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。

轮速传感器是用来测量汽车车轮转速的传感器。对于现代汽车而言,轮速信息是必不可少的,汽车动态控制系统、汽车电子稳定程序、防抱死制动系统、自动变速器的控制系统等都需要轮速信息。所以轮速传感器是现代汽车中最为关键的传感器之一。常用的轮速传感器主要有:磁电式轮速传感器、霍尔式轮速传感器。图片 5

智能化是指传感器与大规模集成电路相结合,带有CPU,具有智能作用,以减少ECU的复杂程度,减少其体积,并降低成本。

曲轴位置传感器

多功能化是指一个传感器能检测2个或者两个以上的特性参数或者化学参数,从而减少汽车传感器数量,提高系统可靠性。

机油压力传感器用来检测发动机机油压力,在压力不够的情况下发出报警信号。机油压力不够的时候仪表盘上的机油灯会亮。一般有两个,在主油道上一个,在缸盖上一个。

6.爆震传感器

安全系统传感器

导航系统用传感器

机油压力传感器

汽车传感器发展趋势

当爆震传感器发生故障时,发动机会爆燃,点火正时失准,高油耗,功率降低,发动机工作粗暴

自动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;动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。

节气门开度传感器

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。由于其工作条件不象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。主要有用于自动空调系统的温度传感器、湿度传感器、风量传感器、日照传感器等;用于安全气囊系统中的加速度传感器;用于门锁控制中的车速传感器;用于亮度自动控制中的光传感器;用于倒车控制中的超声波传感器或激光传感器;用于保持车距的距离感器;用于消除驾驶员盲区的图象传感器等。

曲轴位置传感器是发动机集中控制系统中最主要的传感器之一,是确认曲轴转角位置和发动机转速不可或缺的信号源,发动机控制模块用此信号控制燃油喷射量、喷油正时、点火时刻、点火线圈充电闭合角、怠速转速和电动汽油泵的运行。

车身控制用传感器

车速传感器

4.位置和转速传感器

发动机冷却液温度传感器用来检测发动机冷却液的温度,并将温度信号转变成电信号输送给发动机控制模块,作为汽油喷射、点火正时、怠速和尾气排放控制的主要修正信号。

微型传感器基于从半导体集成电路技术发展而来的MEMS (微电子机械系统),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快芯片上,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。目前该技术日渐成熟,可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器。由于基于MEMS技术的微型传感器在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面的优势,它们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。

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3.流量传感器

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1.温度传感器

当曲轴位置传感器发生故障后,会出现发动机不能启动,加速不良,怠速不稳,间歇性熄火等故障现象。

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。

温度传感器 车内外温度传感器都是负温度系数热敏电阻传感器,分别用来感受车内及车外温度。当温度发生变化时,热敏电阻的阻值改变,从而向空调电控单元输送温度信号。

已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器(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)、铁氧体式温度传感器(ON/OFF型,-40℃~120℃,精度2.0%)、金属或半导体膜空气温度传感器(-40℃~150℃,精度2.0%、5%,响应时间20ms)等。

空调系统传感器

总之,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。

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底盘控制用传感器

什么是汽车传感器?

底盘控制用传感器是指用于变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、制动防抱死系统等底盘控制系统中的传感器。这些传感器尽管分布在不同的系统中,但工作原理与发动机中相应的传感器是相同的。而且,随着汽车电子控制系统集成化程度的提高和CAN-BUS技术的广泛应用,同一传感器不仅可以给发动机控制系统提供信号,也可为底盘控制系统提供信号。

进气歧管压力传感器发生故障,发动机会启动困难,性能失常,加速性变差,怠速不稳,油耗大、加速不稳,加速时回火、放炮,油耗大,爆燃等故障现象。

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。

进气温度传感器用来检测进气温度,并将进气温度信号转变成电信号输送给发动机控制模块,作为汽油喷射、点火正时的修正信号。

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。

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随着基于GPS/GIS(全球定位系统和地理信息系统)的导航系统在汽车上的应用,导航用传感器这几年得到迅速发展。导航系统用传感器主要有:确定汽车行驶方向的罗盘传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等。

现在的汽车越来越智能化,汽车上的很多功能都由电脑来控制完成,比如说发动机系统、变速箱系统、悬架系统、制动系统、空调系统、车身控制系统等等。电脑要控制这些系统,必须要得到正确的信息来确认系统的状态,然后发出正确的指令来控制系统动作,从而执行驾驶员的意图,正确的控制汽车。这些反应系统状态的信息是由一种叫做传感器的元件来完成的,即使是一辆很普通的汽车,上面的传感器也多达几十个,高级一点的车更是高达上百个。那么这些传感器都有什么作用呢?今天老侯就带大家来盘点汽车上的那些传感器。

图片 10发动机控制系统用传感器

如果空气流量传感器发生故障,会出现发动机启动困难,性能失常,怠速不稳,加速时回火、放炮,油耗大,爆燃等现象。

爆震传感器用来检测发动机的燃烧过程中是否发生爆震,并把爆震信号输送给发动机控制电脑作为修正点火提前角的重要参考信号

主要有碰撞传感器、安全传感器、中央安全气囊传感器、安全带传感器、乘员区别传感器等,其中碰撞传感器又分为前碰撞传感器和侧碰撞传感器。主要作用是在汽车发生碰撞时,判断碰撞的烈度和方位,然后确定安全气囊是否起爆。

老侯点评

空气流量传感器

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排气温度传感器

多功能开关也叫档位开关,作用是把换档杆的机械运动转化为电信号,传递给自动变速箱电控单元,以控制变速箱的档位。图片 12

氧传感器

按其结构型式和进气量的检测原理可以分为翼板式空气流量传感器、卡门旋涡式空气流量传感器、热线式空气流量传感器、热膜式空气流量传感器四种类型,现在使用最多的是热线式和热膜式。

汽油箱的油位传感器是利用浮子在汽油中浮上浮下检测的,油位传感器实际上是一个可变电阻,汽油多的话,浮子就浮到高位置,汽油低的话浮子就在低位置,而浮子在不同位置的电阻都不一样,电脑把电阻的大小转化为电压的大小来检测汽油量。

节气门开度传感器用来检测节气门的开度和开关的速率,并把该信号转变为电压信号送给发动机的控制电脑,作为控制喷油脉冲宽度、点火正时、怠速转速、尾气排放的主要修正信号,同时也是空气流量传感器或进气歧管压力传感器的辅助信号。

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根据信号形成的原理分类,曲轴位置传感器又可分为电磁式、光电式和霍尔效应式三大类。

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发动机冷却液温度传感器

油箱液位传感器

当凸轮轴位置传感器发生故障后,发动机的输出功率会降低。

空气流量传感器的作用是将单位时间内吸入发动机气缸的空气量转换成电信号送至发动机控制模块,是决定喷油量和点火正时的基本信号之一。

进气温度传感器

是用来检测方向盘的转动角度和转向方向的一种装置。方向盘左转或右转都会被转向角传感器检测到,从而使汽车电控单元发出正确的转向指令。而方向盘的转动角度是为汽车实现转向幅度提供依据,使汽车按照驾驶员的转向意图行驶。在汽车的车身稳定控制系统中和电动助力转向系统中,转向盘角度传感器是很重要的信号。图片 15

如果发动机温度传感器发生故障,会出现汽车在很低的温度下冷启动困难,在暖车阶段行驶特性不良,燃油消耗增加,废气排放增加等故障。

排气温度传感器用来检测再循环废气的温度,用以反映废气再循环的流量。

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车速传感器一般安装在变速器输出轴附近,它是一种电磁感应式转速传感器,用于检测变速器输出轴的转速。电脑根据车速传感器的信号计算出车速,作为其换挡控制的依据。

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爆震传感器

如果氧传感器发生故障,发动机性能不良,λ调节处于固定不变,怠速不稳,排放值不正常,油耗加大,火花塞积炭

自动变速箱控制系统结构图

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刹车灯开关

安装在自动变速器油底壳内的阀板上,用于检测自动变速器的液压油的温度,以作为电脑进行换挡 控制、油压控制和锁止离合器控制的依据。液压油温度传感器内部是一个半导体热敏电阻,它具有负的温度电阻系数。温度越高,电阻越低,电脑根据其电阻的变化测出自动变速器的液压油的温度。图片 20

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汽车在运行中,各系统会处于不同的工作状态,比如水温、油温、进气压力、车速、节气门位置、档位等等,这些信息汽车的电脑是无法直接读取的,必须转化为电脑能够识别的电信号。汽车传感器就是执行这样任务的,它把汽车运行中的光、电、温度、压力、时间等信息转化成电信号,然后输入车载电脑系统,然后由电脑中内部预先存储的程序进行计算分析,从而判断汽车的运行状态。现在汽车上的传感器非常多,下面我们分别说说汽车各系统中的传感器名称及作用。图片 22

凸轮轴位置传感器用来检测凸轮轴的转角位置,发动机控制模块用此信号确定发动机的缸序,用以控制喷油顺序、点火顺序

轮速传感器

发动机系统控制结构图

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进气歧管压力传感器

当然,汽车上的传感器还有很多,比如车门开关传感器,车身纵向与横向加速度传感器,灯光系统传感器等等。越高级的车,传感器越多。它就像我们的眼睛、耳朵、鼻子、皮肤,把看到的、听到的、闻到的、感觉到的信息,统统转化成电信号,传递给汽车的计算机系统,让汽车做出正确的判断,辅助驾驶员更好的控制车辆。随着技术的进步与发展,汽车上的传感器必将越来越多,汽车也越来越智能化,驾驶员只要给出自己的操作意图,其余的都交给汽车就好了。

液压油温度传感器

刹车灯开关又叫做制动灯开关,它的作用是控制刹车灯的点亮与熄灭,配合控制车辆带有ABS/EBD或相关制动、车身稳定系统的协同作业,自动变速箱P档解锁等。现在刹车灯开关是汽车上很重要的一个传感器,如果它发生故障,汽车的很多功能都执行不了,甚至不能行使。图片 24

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