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扭矩传感器的发展概况


 随着电子技术的发展,汽车电子化程度不断提高,通常的机械系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的问题,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,定量提供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。目前,普通汽车上大约装有10-20只传感器,高级豪华轿车则更多,这些传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中。

    一(yi)、发动机(ji)控制用传感器

    发动机控制用传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)有许多种,其(qi)中(zhong)(zhong)包括温(wen)度(du)(du)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)、压力传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)、转速和角(jiao)度(du)(du)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)、流量(liang)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)、位置传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)、气体浓度(du)(du)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)、爆震传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)等(deng)。这类传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)是(shi)整个(ge)发动机的核心(xin),利用它们可提高发动机动力性、降低油耗、减少(shao)废气、反映故(gu)(gu)障(zhang)等(deng),由于(yu)其(qi)工作在发动机振动、汽油蒸(zheng)气、污泥(ni)和泥(ni)水等(deng)恶(e)劣环(huan)境中(zhong)(zhong),因(yin)此它们耐恶(e)劣环(huan)境技术指标(biao)要高于(yu)一般的传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)。对于(yu)它们的性能(neng)指标(biao)要求有很多种,其(qi)中(zhong)(zhong)最(zui)(zui)关键的是(shi)测(ce)量(liang)精度(du)(du)与可靠性,否则由传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)检(jian)测(ce)带(dai)来的误差最(zui)(zui)终将导致发动机控制系统失灵或(huo)故(gu)(gu)障(zhang)。

 

    1.温度传感器:主要检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度、机油温度、催化温度等。实际应用的温度传感器主要有线绕电阻式、热敏电阻式和热电偶式。线绕电阻式温度传感器精度较高,但响应特性差;热敏电阻式传感器灵敏度高,响应特性较好,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。

 

    2.压力传感器:主要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。车用压力传感器目前已有若干种,应用较多的有电容式、压敏电阻式、膜盒传动的可变电感式(LVDT)、表面弹性波式(SAW)。电容式传感器具有输入能量高,动态响应好、环境适应性好等特点;压敏电阻式受温度影响大,需另设温度补偿电路,但适用于大量生产;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、数字量输出等特点,是一种较为理想的传感器。

 

    3.转速、角度和车速传感器:主要用于检测曲轴转角、发动机转速、车速等。主要有发电机式、磁阻式、霍尔效应式、光学式、振动式等。

 

    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,从而提高经济性,降低排气污染。实际应用的是氧化锆和氧化钛传感器。

 

    5.流量传感器:测定进气量和燃油流量以控制空燃比,主要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从而控制喷油器的喷油量,以得到较准确的空燃比,实际应用的有卡门旋涡式、叶片式、热线式。卡门式无可动部件、反应灵敏、精度较高;热线式易受吸入气体脉动影响,且易断丝;燃料流量传感器用于判定燃油消耗量。主要有水车式、球循环式。

 

    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。主要有磁致伸缩式和非共振型压电式。

    二、底盘(pan)控(kong)制用传感(gan)器

    底盘控(kong)制(zhi)用传(chuan)感(gan)器是指分布在变速器控(kong)制(zhi)系(xi)统、悬(xuan)架控(kong)制(zhi)系(xi)统、动力(li)转向系(xi)统、防(fang)抱(bao)制(zhi)动系(xi)统中(zhong)的传(chuan)感(gan)器,在不同(tong)系(xi)统中(zhong)作(zuo)用不同(tong),但工作(zuo)原理与(yu)发动机中(zhong)传(chuan)感(gan)器是相同(tong)的,主要有(you)以下几(ji)种形(xing)式传(chuan)感(gan)器:

 

    1.变速器控制传感器:多用于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、油温传感器检测所获得的信息经处理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。

 

    2.悬架系统控制传感器: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、转向盘转角传感器等。根据检测到的信息自动调整车高,抑制车辆姿势的变化等,实现对车辆舒适性、操纵稳定性和行车稳定性的控制。

 

    3.动力转向系统传感器:它是根据车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器等使动力转向电控系统实现转向操纵轻便,提高响应特性,减少发动机损耗,增大输出功率,节省燃油等。

 

    4.防抱制动传感器:它是根据车轮角速度传感器,检测车轮转速,在各车轮的滑移率为20%时,控制制动油压、改善制动性能,确保车辆的操纵性和稳定性。

    三、车(che)身控制用传感(gan)器

    采用这(zhei)类传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)的主(zhu)要(yao)目的是提高汽车安全性(xing)、可靠性(xing)、舒适性(xing)等,主(zhu)要(yao)有应用于自动空调(diao)系统中(zhong)的多(duo)种(zhong)温度(du)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)、风量传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)、日照传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)等;安全气囊系统中(zhong)加速度(du)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi);亮(liang)度(du)自控中(zhong)光(guang)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi);死角报(bao)警(jing)系统中(zhong)超声波传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi);图像(xiang)传(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)等。

    四、车用传(chuan)感(gan)器研究开发趋势

    由于传感器在电控(kong)系(xi)统中(zhong)的重(zhong)要作(zuo)用,所以世界各国对其理论(lun)研究、新(xin)材料(liao)应用、产品开发都非常(chang)重(zhong)视。

    金(jin)刚(gang)石(shi)的耐热(re)性好(hao)、热(re)稳定性高,在真空中1200℃以上表面才开始(shi)出现炭(tan)化,在大气中也要(yao)在600℃以上才(cai)开始炭化,利用这(zhei)一(yi)特性,制作(zuo)适用于高(gao)温的热敏传感器,从常温到600℃范围内进行温(wen)度(du)监测与控(kong)制,并且适用在(zai)(zai)高(gao)温(wen)且有腐蚀气(qi)体的恶劣环境下使用,性(xing)能稳定,使用寿命长,可用于发(fa)动(dong)(dong)机中高(gao)温(wen)测量。此(ci)外金(jin)刚石在(zai)(zai)高(gao)温(wen)下形变率很高(gao),利用这(zhei)一特性(xing)可制作高(gao)温(wen)环境下使用的振(zhen)动(dong)(dong)传感器和加速度(du)传感器。与其它(ta)材料(liao)振(zhen)动(dong)(dong)膜相(xiang)结合可作为高(gao)温(wen)、耐腐蚀、灵敏度(du)高(gao)的压力传感器,用于振(zhen)动(dong)(dong)检测以及发(fa)动(dong)(dong)机气(qi)缸压力等测量。

    光(guang)导纤维(wei)型(xing)传(chuan)感器(qi)由于抗干扰性强、灵敏度(du)高、重量轻(qing)、体(ti)积(ji)小,适于遥(yao)测等(deng)特点正受到人们的普(pu)遍重视。目前已有不少成(cheng)熟的产品(pin)问世,如光(guang)纤转矩传(chuan)感器(qi),温度(du)、振动、压力、流量等(deng)传(chuan)感器(qi)。

    在(zai)开发利(li)用(yong)新(xin)材料同(tong)(tong)时,由(you)于(yu)微(wei)(wei)电子技(ji)术和(he)微(wei)(wei)机械(xie)加工(gong)(gong)技(ji)术发展,传(chuan)感(gan)器(qi)(qi)正向(xiang)微(wei)(wei)型化、多功能化,智(zhi)能化方向(xiang)发展。微(wei)(wei)型化传(chuan)感(gan)器(qi)(qi)利(li)用(yong)微(wei)(wei)机械(xie)的加工(gong)(gong)技(ji)术将微(wei)(wei)米级的敏(min)感(gan)元件、信号调理(li)(li)器(qi)(qi)、数据(ju)处理(li)(li)装置集(ji)成(cheng)封装在(zai)一(yi)块芯片上。由(you)于(yu)体积小、价(jia)格便(bian)宜、便(bian)于(yu)集(ji)成(cheng)等(deng)(deng)特点(dian),可(ke)(ke)以(yi)提(ti)高系(xi)统测(ce)试(shi)精度(du)(du),例如(ru)把微(wei)(wei)型压力(li)(li)传(chuan)感(gan)器(qi)(qi)和(he)微(wei)(wei)型温度(du)(du)传(chuan)感(gan)器(qi)(qi)集(ji)成(cheng)在(zai)一(yi)起,同(tong)(tong)时测(ce)出压力(li)(li)和(he)温度(du)(du),便(bian)可(ke)(ke)通过芯片内运算消去(qu)压力(li)(li)测(ce)量(liang)中的温度(du)(du)影响(xiang)。目前已有不少(shao)微(wei)(wei)型传(chuan)感(gan)器(qi)(qi)面世,如(ru)压力(li)(li)传(chuan)感(gan)器(qi)(qi)、加速(su)度(du)(du)传(chuan)感(gan)器(qi)(qi)、用(yong)于(yu)防撞的硅加速(su)度(du)(du)传(chuan)感(gan)器(qi)(qi)等(deng)(deng)。在(zai)汽车轮(lun)胎内嵌入微(wei)(wei)型压力(li)(li)传(chuan)感(gan)器(qi)(qi)可(ke)(ke)以(yi)保(bao)持适当(dang)充(chong)气(qi),避免(mian)充(chong)气(qi)过量(liang)或不足,从而节约燃(ran)油10%。多功能化使传感器能够同时检测2个或个以上的特性参数。而智能传感器由于带有专用计算机,因而具有智能特点。

 

    此(ci)外,传(chuan)感器响应(ying)时间、输出(chu)与计算机的接口等(deng)问(wen)题(ti)也是(shi)重(zhong)要的研究课题(ti)。随(sui)着电子技术的发展,车用传(chuan)感器的技术必将趋(qu)于完善(shan)。

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