第二节 汽车传感器

一、汽车传感器的作用

现代汽车上有许多传感器，这些汽车传感器主要用于测量（汽车仪表和指示灯系统）和控制（汽车电子控制系统）。

1.用于工作状态参数和极限参数的测量

在汽车仪表系统中，各种仪表的传感器的作用是将发动机温度、机油压力、发动机转速、变速器输出轴转速、燃油箱油面的高低等物理参量转换为相应的电压、电流或电脉冲，并驱动相应的仪表动作，显示相应的被测参量。

在指示灯系统中，开关式传感器用于监测发动机温度、机油压力、燃油箱液面、制动液液面等参数的阈值，当这些参数达到设定的极限值时，传感器触点就会接通相应的指示灯电路，使指示灯亮起而报警。

2.用于实现汽车各种自动控制

汽车电子控制系统由传感器、控制器和执行器组成（图1-2）。在汽车电子控制系统中，传感器的作用是将被控对象的相关参量转换为相应的电信号，并输送给控制器，控制器根据相关传感器的信号对被控对象的工况及状态进行分析与判断后，输出控制信号，通过执行器实现自动控制。

二、汽车上传感器的应用概况

现代汽车电子控制系统可大致分为发动机电子控制系统、底盘电子控制系统和车身电子控制系统三大部分，每一部分的汽车电子控制系统又有多项控制功能，而每项控制功能需要有一个或多个传感器来检测被控对象的相关参量。

1.发动机电子控制系统中传感器的应用情况

发动机电子控制系统通常包含燃油喷射控制、点火控制、发动机怠速控制、炭罐通气量控制等控制功能，有的电控发动机还有其他的控制功能，例如，废气再循环控制功能、配气相位可变控制功能、进气谐波增压控制功能等。

（1）燃油喷射控制

燃油喷射电子控制系统可实现发动机各种工况和状态下的最佳空燃比控制，以提高发动机的动力性和经济性，降低排气污染。燃油喷射控制系统各项控制功能所用的传感器主要有：

1）基本喷油量控制。发动机在正常工作温度和转速范围内，实施最佳空燃比控制，所用到的传感器有：发动机转速传感器、进气流量传感器或进气压力传感器。

2）进气温度修正控制。针对进气温度的变化对喷油量的修正控制，发动机电子控制器主要根据进气温度传感器信号实施该项控制。

3）起动时修正控制。发动机电子控制器根据起动开关和发动机温度传感器的信号进行起动喷油量修正控制，以使发动机容易起动。

4）起动后修正控制。发动机电子控制器根据点火开关和发动机转速传感器的信号进行发动机起动后的喷油量修正控制，以使发动机转速稳定。

5）怠速暖机修正控制。发动机控制器根据节气门位置传感器、发动机温度传感器及发动机转速传感器的信号实施怠速暖机喷油量修正控制，以使发动机怠速稳定，并快速暖机。

6）加减速修正控制。该项控制功能用到的传感器有：节气门位置传感器、进气流量传感器（或进气压力传感器）、发动机转速传感器和发动机温度传感器。

7）汽油高温修正控制。发动机电子控制器根据燃油箱油温传感器（或发动机温度传感器）信号和起动开关信号进行汽油高温喷油修正控制，以使发动机热机起动容易。

8）空燃比反馈修正控制。发动机电子控制器根据氧传感器的信号进行空燃比反馈喷油量修正控制，将混合气的浓度控制在理论空燃比。

（2）点火控制

点火控制系统的主要作用是实现发动机在各种工况和状态下的最佳点时间控制，以提高发动机的动力性和经济性，并使发动机容易起动。各项控制功能所用传感器主要有：

1）基本点火提前角控制。发动机在正常的工作温度和转速范围内所进行的最佳空燃比控制，发动机电子控制器根据发动机转速传感器、进气流量传感器（或进气压力传感器）产生的电信号判断发动机的工况，实现基本点火提前角控制。

2）修正点火提前角控制。发动机在低温、怠速、混合气过浓或过稀、爆燃等状态下，发动机电子控制器根据相关传感器的电信号进行点火提前角修正控制。修正点火提前角控制所用到的传感器有：发动机温度传感器、节气门位置传感器、氧传感器、爆燃传感器等。

（3）发动机怠速控制

发动机怠速控制系统在发动机处于怠速工况时起作用，以确保发动机在各种状态下均有最适宜的转速。各项控制功能所用传感器主要有：

1）发动机怠速稳定控制。使发动机始终在最适当的转速下稳定运行，所用的传感器有节气门位置传感器、发动机转速传感器和发动机温度传感器。

2）发动机高怠速控制。使发动机在怠速工况下能带动一定的负载，或避免在发动机怠速工况下，因突然有负荷而转速不稳定或熄灭。该项控制功能所用到的传感器和开关有节气门位置传感器、空调冷气开关、转向盘传感器、变速器档位传感器（开关）等。

（4）炭罐通气量控制

活性炭罐的作用是吸附汽油箱的汽油蒸气，并用通气的方式将活性炭吸附的汽油蒸气吹入进气管，再进入燃烧室烧掉，以避免汽油蒸气排入大气而造成空气污染；炭罐通气量控制的作用是控制炭罐适时、适量地通气，既在确保发动机工作不受影响，又能及时驱走炭罐中活性炭所吸附的汽油蒸气，使其能持续起吸附燃油箱汽油蒸气的作用。

炭罐通气量控制系统所用到的传感器主要有发动机转速传感器、进气流量（或进气压力）传感器、节气门位置传感器、发动机温度传感器及氧传感器等，电子控制器根据这些传感器信号判断发动机的工况和状态，实现炭罐最佳通气量控制。

（5）废气再循环控制

发动机废气再循环是利用废气中的CO2能吸收热量的特点，引入燃烧室吸收热量，以降低燃烧温度，抑制NOx的排放量。废气再循环控制系统的作用则是对废气的循环流量进行适时、适量的控制，以便在确保发动机正常工作的前提下，达到最佳的NOx排放控制效果。

废气再循环电子控制系统中所用到的传感器主要有：发动机转速传感器、进气流量（或进气压力）传感器、节气门位置传感器、发动机温度传感器及废气再循环阀开度传感器等。

2.底盘电子控制系统中传感器的应用情况

底盘电子控制系统包括防抱死制动系统（ABS）、防滑转电子控制系统（ASR）、悬架电子控制系统、自动变速器电子控制系统、巡航控制系统等。

（1）防抱死制动系统（ABS）

ABS的作用是在汽车紧急制动时，自动控制车轮制动器的制动压力，使车轮不被抱死，以确保车胎与地面之间的附着力，提高制动安全。

ABS电子控制系统所用到的传感器主要有：车轮转速传感器、减速度传感器及车速传感器等。ABS电子控制器主要是根据车轮转速传感器的信号来判断制动器制动压力大小，根据减速度传感器的信号判断路面附着力情况，根据车速传感器信号计算车轮滑移率，并根据计算与判断结果输出控制信号，对制动器制动压力实施减压、增压或保压控制，使车轮滑移率在理想的范围之内。

（2）防滑转电子控制系统（ASR）

ASR电子控制系统在汽车驱动轮滑转时起作用，通过控制发动机的输出功率和对滑转车轮施加制动力，以避免驱动轮滑转过快而使车胎与地面之间的附着力下降，达到提高汽车的牵引力和驾驶操纵稳定性之目的。

ASR电子控制系统所用到的传感器主要有：车轮转速传感器、主副节气门位置传感器及发动机转速传感器（通常从发动机电子控制器通信中获得发动机转速信号）等。ASR电子控制器根据驱动轮和非驱动轮的转速传感器信号计算驱动车轮滑转率，并根据发动机转速信号和节气门开度情况确定控制方式，输出相应的控制信号控制执行机构工作，将驱动轮的滑转率控制在设定的范围之内。

（3）悬架电子控制系统

在一些汽车上使用空气或油气式主动悬架，其电子控制系统的作用是根据汽车行驶工况、载质量及路面情况，对悬架的刚度、阻尼和车身高度进行调节，以确保车辆的操纵稳定性和乘坐的舒适性。

悬架电子控制系统所用到的传感器主要有：车速传感器、车身高度传感器、车身振动传感器、转向盘转角传感器、制动灯开关、模式选择开关等。悬架电子控制器根据这些传感器信号判断汽车的行驶工况、车速及路面情况，对悬架弹簧刚度、减振器阻尼及车身的高度进行自动控制。

（4）自动变速器电子控制系统

目前汽车上使用最多的自动变速器还是液力传动电控自动变速器，其电子控制系统的作用是根据车速、节气门开度等实现自动换档控制、主油路压力控制和变矩器锁止控制。

自动变速器电子控制系统所用到的传感器和开关主要有：车速传感器、节气门位置传感器、发动机转速传感器、发动机温度传感器、变速器油温度传感器、档位开关、模式选择开关等。

（5）动力转向电子控制系统

动力转向的作用是给转向机构施以动力，可使驾驶人转向轻便。动力转向电子控制系统的作用是根据车速的高低自动控制转向助力的大小，以确保汽车低速时转向轻便，而在高速时又有良好的路感。

液力式动力转向电子控制系统主要根据车速传感器的信号进行转向助力大小的控制，而电动式动力转向电子控制系统所用的传感器除了车速传感器外，还有转向盘转矩传感器和发动机转速传感器等。

（6）巡航控制系统

汽车巡航控制系统的作用是实现汽车行驶速度的稳定控制，故也称其为定速控制系统，其电子控制系统可将汽车的行驶速度自动稳定在设定的车速。

巡航电子控制系统所用的传感器主要是车速传感器，另外还用到了制动灯开关、空档起动开关（自动变速器）、离合器开关（手动变速器）、驻车制动器开关等。巡航电子控制器根据车速传感器的信号判断当前的车速是否高于或低于设定的车速，并输出相应的控制信号，将车速迅速调整到设定的车速。

3.车身电子控制系统中传感器的应用情况

车身电子控制系统包括安全气囊系统、自动空调系统、电子仪表系统及防盗系统等。

（1）安全气囊系统

安全气囊系统的作用是在汽车发生严重碰撞时，在人体和硬物之间形成一个气袋，以减轻车内乘员受伤程度。安全气囊与安全带配合使用，在汽车发生严重碰撞时，可使人头部受伤率减少30%～50%，面部受伤率减少70%。

安全气囊电子控制器主要根据碰撞传感器的信号对汽车碰撞强度作出判断，以确定安全气囊是否需要膨开。如果是严重碰撞，安全气囊控制器便输出相应的控制信号，控制点火器点火，在安全带收紧器收紧安全带的同时，使气囊膨开；如果判断为碰撞较严重，但其强度无需气囊膨开，控制器则只控制安全带收紧器工作，将安全带收紧。

（2）自动空调系统

自动空调系统可根据车内外的温度和驾驶人的相关设置，自动控制压缩机、各个风门驱动器及鼓风机等工作，将车内温度、湿度及空气的清新程度调整到最适宜的状态。

自动空调电子控制系统所用的传感器主要有车内温度传感器、车外温度传感器、蒸发器温度传感器、阳光传感器、压力开关及各风门位置传感器等，电子控制器根据这些传感器信号判断车内外及蒸发器处的温度、风门的位置、制冷系统压力有无异常等，并输出相应的控制信号，通过执行器进行相关的控制。

（3）电子仪表系统

电子仪表系统由传感器、控制器、显示器及报警装置等组成，用于显示发动机温度、发动机转速、机油压力、车速与里程、燃油存量等参数及一些极限状态的报警，并可显示瞬时油耗、平均油耗、续驶里程等间接参数。

电子仪表系统所用到的传感器主要有：发动机温度传感器、发动机转速传感器、机油压力传感器、车速传感器、燃油液面传感器等。电子仪表控制器对这些传感器信号进行分析、计算和存储，并输出相应的驱动信号，使显示器显示相关的参量，或使某个指示灯亮起而发出警报。

（4）汽车防盗系统

汽车防盗电子控制系统通常具有服务功能（遥控开关门锁、遥控发动机起动、寻车等）、报警功能（灯光闪烁、电喇叭或蜂鸣器鸣响、发出遇盗电磁波等）和防行走功能（不能起动、不能挂行车档、不能转动转向盘等）。

普通的汽车防盗电子控制系统主要根据振动传感器的信号判断车辆是否遇盗，当判断为遇盗时，立即输出报警控制信号，通过驱动电路使报警装置工作。一些汽车电子防盗系统为更好地防盗，还设置了其他传感器，例如：微波多普勒传感器（探测是否有人或物体进入防盗系统的预警范围）、倾角传感器（监测车体倾角是否达到设定的阈值，用于判断汽车是否被非法搬动）、热释电红外传感器（监测是否有人非法进入车内）及霍尔式开关（监测车门、发动机罩及行李舱盖是否非法开启）等。