汽车电子技术中传感器的应用研究
摘要： 在汽车电子技术中，传感器作用十分重要，不仅能够将汽车驾驶安全性提高，还能推动汽车电子技术的进一步发展。本文主要探究汽车电子技术中传感器的应用，从空气流量传感器、进气压力传感器、位置传感器、氧传感器、水温传感器、爆震传感器这几方面出发，研究不同传感器的在汽车中应用的作用及原理，以期为相关工作者提供参考。
关键词：汽车电子技术；传感器；应用
Abstract: in automotive electronic technology, sensors play an important role. They can not only improve the driving safety, but also promote the further development of automotive electronic technology. This paper mainly explores the application of sensors in automotive electronics technology. Starting from simultaneous interpreting of air flow sensors, intake pressure sensors, position sensors, oxygen sensors, water temperature sensors and knock sensors, the role and rationale of different sensors in automotive applications are studied in order to provide reference for relevant workers.
Key words: automotive electronic technology; sensor; application
前言：
传感器可促进汽车电子化、高档化、自动化发展。普通汽车传感器几十到几百之间，而高级汽车传感器在200-300之间，传感器已经成为汽车电子技术的“眼睛”，是汽车电子技术行业的研究热点。
一、空气流量传感器
热模式空气流量传感器主要是安装于发动机进气歧管上，可对发动机进入的空气流量进行测量，ECM依据MAF信号计算基本点火提前角与喷油脉宽。依据不同的测量原理，空气流量传感器可分为四种类型，分别是卡门涡游式、旋转翼片式、热膜式与热线式[1]。前两种属于体积流量型，而后两种则为质量流量型，现阶段热线式空气流量传感器应用最为广泛，本次主要研究热线式空气流量传感器。
热线式空气流量传感器（MAF）是由控制模块、传感器及导线构成，动力控制模块（ECM）所输出的直流电压信号，幅度与发动机进气量呈正比。将点火开关打开后，铂热线通电会有热量产生，气流经过这根线后，热线冷却等于进气量，ECM控制流经热线的电流恒定热线温度，可让进气量与电流呈比例出现，经过ECM对通电电流的检测即可测量目前进气量。
图1 MAF工作原理图
实际空气流量计中，铂热线并入惠斯顿桥式电路之中，其具有对角线电阻值相等的特点，即A与B电的电位相同。
图2 桥式电路特性
热线（Rh）吸入空气冷却后，降低电阻值后A与B两点会有电位差产生，运算放大器检测到电位差后向电压给电路施加，此时Rh温度上升，热线阻值随之增加，直至A与B电位相同，利用此种特性可检测B点的电压，对进气量进行计算。而放大器可比较热线电阻温度与大气温度，利用三极管调节，保证热线电阻温度超过大气温度100℃（不同车型温度不同）。而使用Ra，Rh温度可保持比进气温度高的恒定温度上，即便进气温度不断变化，也可精准测量进气质量，不需ECM为进气温度校正燃油喷射时间。
二、进气压力传感器
进气压力传感器可依据发动机负荷状态监测进气歧管中绝对压力，将其转换为转速信号与电信号送至计算机，决定喷油器的喷油量[2]。主要是进气管变化压力大小后，电压值也会有所变化，进气压力传感器共有三个PIN角，分别是信号线、搭铁线与参考电源线。进气压力传感器种类有电容式、压敏电阻式等，而压敏电阻式存在检测侧精度高、安装灵活、响应时间快、尺寸小的优点，在D型喷射系统中广泛应用，不同种类其工作原理相同。
图3 进气压力传感器工作原理
在发动机工作时，歧管压力传感器供电电源为5V，由电脑版提供，真空管处于静止状态时信号电压通常在3.8-4.8V之间，发动机起火，信号电压在真空吸力作用下不断下降，不同的发动机转速变化，其信号电压约为1.5-4.8V。
三、位置传感器
1、节气门位置传感器。在节气门上安装，可检测节气门开度。其可利用节气门与杠杆机构联动，反应发动机不同情况的工况。此传感器在检测发动机不同工况后，输入至电控单元，可对喷油量进行控制。在电子控制自动变速汽车中安装，其传感器信号是变速换挡及变矩器锁止的重要信号。
节气门传感器种类较多，常见有霍尔式、滑动电阻式、双可变电阻式、开关触电式这四种。其中，霍尔式节气门传感器应用较为广泛，，当节气门开度发生变化后，磁铁也随之转动，转变了其与霍尔元件的相对位置，有磁轭环绕集成电路，电路将磁通量发生的变化向电信号转变，以节气门位置信号的方式向ECM输送。节气门位置传感器电路有VTA1与VTA2两个，各自进行发射，VTA1可检测节气门开度， VTA2则负责检测器是否存在故障。节气门在发动机工作中开度越小，则进气歧管真空度越大，绝对压力越小，输出信号的电压也降低，节气门开度大，则真空度越小，绝对压力与输出信号的电业也越大。歧管真空度与输出信号电压成反比，绝对压力与输出信号呈正比。可依据信号相应驾驶员输入。
图4 霍尔式节气门传感器结构
2、凸轮轴位置传感器。一条直轴上安装许多凸轮，利用机械传动及检测设备相连，直轴可随着设备转动进行圆周位置移动，凸轮会在所需位置上接触机械触点，通过开闭信号对其设备进行控制。此传感器属于传感装置，也可称其为同步信号传感器，可辨别气缸位置，在ECU中输入未知型号，实现点火控制。若是信号盘连续旋转，则遮光部分与透光口会交替转到LED，实现或遮光或透光，光敏晶体管也会随之交替输入低电平与高电平。常使用霍尔传感器，此传感器发生故障后，发动机可继续运转，再次启动，而喷油并不是在打开进气门时完成，而是关闭进气门之前完成，增加了喷油时间，但对于混合气并不会产生较大影响，发动机可正常工作[3]。同时，控制单元无法判断达到压缩止点的汽缸，则停止爆震调节，有效避免发动机出现爆震情况，控制单元将点火提前角自动减小。
3、曲轴位置传感器。曲轴位置传感器（CKP）为磁感应传感器，曲轴上靶轮存在58个齿槽，齿槽间隔约为6°，最后一个槽较宽，主要可生成同步脉冲。转动曲轴后，变磁阻转子齿槽会将传感器磁场转变，生成感应电压脉冲，以便对曲轴转动方向进行识别。每转动一周，曲轴传感器就会有58个基准脉冲信号产生，发动机以此为依据计算曲轴位置与转速，是发动机控制点火的重要信号。
四、氧传感器
氧传感器（EGOS）可通过检测排气中的含氧离子量得到混合器空燃比信号，此信号向电信号转变后，输入至ECU，可依据信号修正喷油时间，达到空燃比反馈控制的目的，让发动机混合比达到最佳浓度，有效节省燃油，减少排放有害气体。而当空燃比偏离理论值后，三效催化剂对于NOx、HC、CO的净化能力将会迅速降低。目前汽车中通常使用二氧化锆及二氧化钛两者传感器。其中，二氧化锆传感器为专用陶瓷体，可将空气中阳离子，利用多孔固体电解质产生氧气浓度差，让阳离子进行扩散运动，固体电解质表面会获得相应电动势，在传感器输出电动势后，电压信号可测得氧浓度；而二氧化钛为N型半导体材料，温度、材料、氧离子浓度可决定其阻值大小，分为厚膜式与芯片式两种。
总结： 总之，传感器作为汽车电子技术的基础，拥有可靠新高、精度高的传感器支持，才能推动汽车电子技术的发展，提高汽车驾驶的舒适性、环保性与安全性，满足社会对汽车的个性化需求。因此，应当加强对传感器的研究，以便为我国汽车行业的发展注入更多活力，实现健康稳定的发展。
参考文献：
[1]曹晓雷.汽车电控悬架系统的传感器故障及其检修技术[J].自动化与仪器仪表,2017(09):203-205.
[2]马瑞林.汽车电子技术中的智能传感器技术[J].内燃机与配件,2019(13):230-231.
[3]段春艳.汽车电子中纳米技术传感器的应用研究[J].数字通信世界,2017(04):162-164+166.
