三、汽车传感器的应用

现代汽车电子控制中，传感器广泛应用在发动机、底盘和车身各个系统中。汽车传感器在这些系统中担负着信息的采集和传输功用，它采集的信息由控制单元（ECU）进行处理后，形成向执行器发出的指令，完成电子控制。传感器在电子控制和自诊断系统中是非常重要的装置，它能及时识别外界和系统本身的变化，再根据变化的信息去控制系统本身的工作。各个系统控制过程正是依靠传感器进行信息的反馈，实现自动控制工作的。

控制单元不断地检测各个传感器的信号，一旦检测出某个输入信号不正常，就可将错误的信号存人存储器内，需要时可以通过专用诊断仪或采取人T方法读取故障信息，再根据故障信息内容进行维修。

车用传感器所检测的信息包括车辆运动状态以及驾驶操纵、车辆控制、运动环境、异常状态监控等所需信息。汽车电子控制系统上应用了多种传感器，如空气流量传感器、压力传感器、位置传感器、速度传感器、温度传感器、气体浓度传感器等。在这些传感器的共同作用下，汽车电子控制系统对发动机、底盘、行驶安全、信息等进行集中控制。

1.汽车发动机控制

（1）电控汽油喷射（电喷EFI）

电控汽油喷射系统根据空气流量传感器或进气压力传感器、发动机转速传感器、节气门位置传感器、凸轮轴位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、氧传感器等信号计算喷油量。该系统能使发动机在各种工况下实现空气与燃油匹配最佳、提高功率、降低油耗、减少排气污染等功效。在一定条件下，控制单元可根据氧传感器输出的含氧浓度信号修正燃油供给量，使混合气浓度保持在理想状态。

1）喷油量控制。控制单元（ECU）根据空气流量传感器或进气压力传感器、发动机转速传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器等所提供的信号，计算喷油脉冲宽度即喷油量。发动机各种工况下的最佳喷油量存储在控制单元的存储器中。

2）喷油正时控制。当发动机采用多点顺序燃油喷射系统时，ECU除了控制喷油量以外，还要根据发动机的各缸点火顺序，将喷油时间控制在最佳时刻，以使汽油充分燃烧。但在电子控制间歇喷射系统中，采用独立喷射时，控制单元还要对喷射燃油的气缸辨别信号进行分析，根据发动机各缸的点火顺序和发动机工况的不同而将喷油时间控制在最佳时刻。

3）进气增压控制。进气谐波增压控制是ECU根据发动机转速传感器检测到的发动机转速信号，控制增压控制阀的开闭，改变进气管的有效长度，实现中低转速区和高转速区的进气谐波增压，提高发动机的充气效率。涡轮增压控制装在有电子控制涡轮增压器的发动机上，在发动机工作中，能保证获得最佳增压值。涡轮增压发动机排气温度高，容易产生爆燃，电子控制装置可以通过降低增压压力和调节点火正时相结合的办法阻止爆燃，使发动机的功率不会下降，而得到稳定发挥。

4）发电机输出电压的控制。控制单元根据发动机转速传感器输入的转速、蓄电池温度等信息，控制励磁电流实现对发电机输出电压的控制。当发电机输出电压超过额定值时，ECU使励磁电路接通时间变短，减弱励磁电流，降低发电机电压；相反，当输出电压低于额定值时，ECU使励磁电路接通时间变长，增强励磁电流，提高发电机电压。

5）电子节气门控制。在电控加速踏板中安装有一个电位器作为传感器，它可把加速踏板的位置信息输入ECU，ECU再根据发动机的工况，计算节气门位置的理论值，该理论值与发动机运行参数、加速踏板位置有关。控制单元可把节气门位置调整在理论值范围，这样可以避免在加速踏板传动机构中由于间隙、磨损产生的误差，可在燃油消耗优化的前提下，发挥较好的加速性。

6）冷起动喷油器控制。为了提高发动机低温时冷机起动性能，在进气总管上安装了一个冷起动喷油器，其喷油时间由定时开关控制，或由控制单元和起动喷油器定时开关同时控制。有些电控发动机已经取消了冷起动喷油器，在低温起动过程中，ECU根据发动机冷却液温度信息，在冷机起动时加浓混合气，以使起动顺利。

7）燃油泵控制与燃油泵泵油量控制。在电控燃油喷射系统中，燃油泵的控制方式有两种：一种是当点火开关打开后，ECU使燃油泵运转2～3s，以产生必要的油压，若发动机没有起动，就没有信号输入ECU，ECU会立即切断燃油泵继电器控制电路，使燃油泵停止工作；另一种控制方式是只有发动机运转时，燃油泵才投入运转。

有的燃油泵控制系统是使泵油量随发动机的负荷而变化，即当发动机高转速、大负荷工作时，燃油泵高速运转以增加供油量；当发动机低转速、小负荷工作时，燃油泵低速运转，以减少供油量。

8）断油控制。发动机的断油控制分为减速断油控制和超速断油控制。减速断油控制是汽车在正常行驶中，驾驶人突然放松加速踏板，ECU根据转速信号将自动切断燃油喷射控制电路，使燃油喷射中断，目的是降低减速时HC和CO的排放量；而当发动机转速下降到临界转速时，又能自动恢复供油。超速断油控制是发动机加速时，当转速超过安全转速或汽车车速超过设定的最高车速时，ECU将会在临界转速时切断燃油喷射控制电路，停止喷油，防止超速。

9）停车起动控制。在汽车停车数秒后，停车起动系统会发出控制信号将燃油切断。具体工作过程是当离合器脱开，汽车停车或车速约为2km／h时，发动机熄火。若要使发动机起动，可将离合器踩到底，再踏下加速踏板，当加速踏板踩到总行程的1／3时，发动机将再次起动。

10）排放控制。废气再循环（EGR）控制是当发动机的废气排放温度达到一定值时，ECU根据发动机的转速和负荷信号，控制EGR阀的开启动作，使一定数量的废气进行再循环燃烧，以降低排气中NOx的排放量。

①开环与闭环控制是在装有氧传感器及三元催化转化器的发动机中，ECU根据发动机的工况及氧传感器反馈的空燃比浓稀信号，确定开环控制或闭环控制。

②二次空气喷射控制是ECU根据发动机的工作温度，控制新鲜空气喷入排气歧管或三元催化转化器，用以减少排气造成的污染。

③燃油蒸气回收控制是ECU根据发动机的工作温度、转速和负荷信号，控制清污电磁阀的开启工作，将活性炭吸附的汽油蒸气吸入进气管，进入发动机燃烧，降低燃油蒸发排放。

11）自诊断与报警。当电子控制系统出现故障时，ECU会点亮仪表板上的“发动机检查（CHECK ENGINE SOON）”指示灯，提醒驾驶人发动机已经出现故障，应立即停车检修。ECU将故障以故障码的形式存储在ECU的存储器中，维修人员通过诊断插座，使用专用诊断仪或采用人工方法读取故障信息。

12）安全保险与备用功能。当ECU检测到电控系统出现的故障时，会自动按照ECU预先设置的数据，使发动机保持运转（但发动机的性能有所下降），以便尽快送到维修站检修。

当ECU本身出现故障时，会自动启用备用系统，使发动机进入跛行状态，以便将车开到维修站检修。

（2）电控点火装置

发动机运转时，控制单元根据空气流量传感器或进气压力传感器、发动机转速传感器、凸轮轴位置传感器、温度传感器等信号，使发动机在最佳点火提前角工况下工作，输出最大功率和转矩，将油耗和排放降到最低限度。该系统可通过爆燃传感器进行反馈控制，其点火时刻的控制精度比无反馈控制时高，但排气净化差。

1）点火提前角控制。在ECU的存储器中存储着发动机在各种工况下的最佳点火提前角。发动机运转时，ECU根据发动机的转速和负荷信号确定基本提前角，并再根据其他信号进行修正，最后确定最佳点火提前角。然后向电子点火控制器输出点火信号，以控制点火系统的工作。

2）通电时间（闭合角）与恒流控制。点火线圈初级电路在断开时需要保证足够大的断开电流，以使次级线圈产生足够高的次级电压。与此同时，为防止通电时间过长而使点火线圈过热损坏，ECU根据蓄电池电压及发动机转速信号等，控制点火线圈初级电路的通电时间。

在现代汽车高能点火系统电路中，还增加了恒流控制电路，使初级电流在极短的时间内迅速增长到额定值，减少转速对次级电压的影响，改善点火特性。

3）爆燃控制。当ECU接收到爆燃传感器输入的电信号后，ECU对该信号进行处理并判断是否即将产生爆燃。当检测到爆燃信号后，ECU立即推迟发动机点火提前角，采用反馈控制避免爆燃产生。

（3）柴油机电控喷射控制

柴油机电子控制系统通常具有以下控制功能。

柴油机电子控制燃油系统根据其产生高压燃油的机构不同，可分为电子控制直列泵喷射系统、电子控制分配泵喷射系统、电子控制泵喷嘴喷射系统、电子控制共轨喷射系统等4种。

传感器时时检测柴油机、车辆运行状态及操作量等信息，并送给控制单元。主要传感器有发动机转速传感器、齿杆位置传感器、喷油提前角传感器及加速踏板位置传感器等。

目前，柴油机电控系统中应用各种不同类型、不同功能的传感器，如曲轴位置传感器、凸轮位置传感器、加速踏板位置传感器、冷却液温度传感器、油压和温度传感器等。这些传感器输入信号到电控制单元，用于发动机整个工作范围内控制最优燃油喷射量、喷射时间，以减小废气排放并提高发动机功率的燃油经济性。

控制单元负责处理所有信息、执行程序，并将运行结果作为控制指令输出执行器。此外，还有通信功能，即和其他控制系统——如传动装置控制单元进行数据输送和交换，同时考虑到其他系统的实时情况，适当修正燃油系统的执行指令，即适当修正喷油量、喷油提前角等。

执行器根据控制单元送来的指令驱动调节器喷油量及喷油正时的相应机构，从而调节柴油机的运行状态。在直列泵系统中，有调速器执行器（调节喷油泵的齿杆位移）和提前执行器（调节发动机驱动轴和喷油泵凸轮轴的相位差，从而调节喷油时间），在分配泵系统中也还有一些独特的执行器。

电控柴油发动机主要采用的传感器见表1-2。

表1-2 柴油机电控系统中的主要传感器及其作用

（续）

（续）

1）电子控制直列泵喷射系统。在电子控制直列泵燃油系统中，由调速器执行机构控制调节齿杆的位置，从而控制供油量；由提前器执行机构控制发动机驱动轴和喷油器凸轮轴间的相位差，从而控制喷油时间。调速器执行机构和提前器执行机构是电子控制直列泵燃油系统中的两个特殊机构。

从各个传感器传来的信号由控制单元处理。与发动机负荷及转速状态相适应的信号送往电子调速器和电磁阀，使调速器和提前器动作。另外，在调速器和提前器中，有检测实际动作值的传感器。把这些传感器送来的反馈信号输入控制单元，以控制最适当的喷油量和喷油时间。

该系统主要的传感器有冷却液温度传感器、时间传感器、NTDC传感器加速踏板位置传感器等。

2）电子控制分配泵燃油系统。电子控制分配泵燃油系统是根据各种传感器的信息检测出发动机的实际运行状态，由控制单元完成喷油量控制、喷油时间控制、怠速转速控制、故障诊断功能控制和故障应急功能控制。

根据不同的机型，电子控制的具体内容不同。有些机型可以实现上述前三项控制，有些机型只对喷油时间进行控制。

电子控制分配泵燃油系统按喷油量、喷油时间的控制方法可以分为位置控制式和时间控制式两类。

①位置控制式电子控制分配泵系统。该系统是将VE型分配泵中的机械调速器转换成电子控制执行机构。其基本特点是保留了机械分配泵的溢油环，采用旋转式电磁铁，因此不再杠杆；电磁铁中控制轴旋转转变了控制轴下端偏心球的位置，直接控制溢油环，控制喷油量。

a．喷油量的控制。ECU根据发动机的状态计算出目标喷油量，并将结果输出到驱动回路。驱动回路根据ECU的指令一边反馈控制执行机构的位置，一边控制输出，这样，VE型分配泵的溢油环控制在目标位置，从而控制喷油量。

b．喷油时间控制。VE型分配泵的提前器活塞内设有连通高压腔和低压腔的通道，按占空比控制定时调节阀，使定时活塞两侧的压力差变化，从而控制喷油时间。由传感器检测出定时活塞的位置，从而进行反馈控制。

②时间控制式电子分配燃油系统。控制单元内设有时钟，通过时钟控制喷油终了时刻，从而控制喷油量。控制喷油终了时刻的执行机构是电磁阀，对每一次喷油都可以进行控制。

博世电控分配泵燃油系统中主要传感器有发动机转速传感器、冷却液温度传感器、进气歧管温度传感器、燃油温度传感器、调节滑套位置传感器（或调节活塞运动传感器）、针阀升程传感器、车速传感器、加速踏板位置传感器、大气压力传感器、空气流量传感器、制动灯开关、离合器踏板开关和制动踏板开关。

3）电子控制泵喷嘴燃油系统。电子控制泵喷嘴系统的最大特点是，燃油压力升高仍然是机械式，喷油始点和终点由电磁阀控制，即喷油量和喷油时间是由电磁阀控制的。

ECU根据安装在飞轮以及凸轮相关部件的两个转速传感器检测到的发动机转速和曲轴转角、加速踏板位置传感器信号及其他的传感器信号进行最佳燃油喷射控制。

柱塞通过摇臂由凸轮轴驱动，压缩燃油；喷油器的高速电磁阀是常开的，燃油通过气缸盖内部的油路流动；但电磁阀关闭时，柱塞开始向喷油嘴压油，燃油从喷油嘴喷入气缸；当电磁阀打开时，溢油开始，喷油结束。该电磁阀的开闭由控制单元控制，根据发动机的运行状态，可实现最佳控制喷油量和最佳控制喷油时间。

电控泵喷嘴燃油系统主要传感器有空气流量传感器、发动机转速传感器、霍尔传感器（或气缸判别传感器）、冷却液温度传感器、进气歧管温度传感器、进气歧管压力传感器（或增压传感器）、燃油温度传感器、加速踏板位置传感器、大气压力传感器、强制降档开关、怠速开关、制动灯开关、离合器踏板开关和制动踏板开关。

4）电子控制共轨系统。通过各种传感器和开关检测出的发动机实际运动状态，通过控制单元计算处理后，对喷油量、喷油时间、喷油压力和喷油率等进行最佳控制。

电子控制高压共轨燃油系统，从功能方面分析，可以分成控制和燃料供给两大分系统。

控制分系统的功能是根据各个传感器的信息，由ECU进行计算、完成各种处理后，求出最佳的喷油时间和最适合的喷油量，并计算出在什么时刻、在多长的时间范围内向喷油器发出开启电磁阀或关闭电磁阀的指令等，从而精确控制发动机的工作过程。

燃料供给分系统主要由供油泵、共轨和喷油器组成。燃油供给分系统的基本工作原理是，供油泵将燃油加压成高压供入共轨内，共轨实际上是一个燃油分配管。储存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器喷入发动机气缸内。电子控制共轨系统中的喷油器是由电磁阀控制的喷油阀，电磁阀的开启和关闭由控制单元控制。

①调节喷油压力（共轨压力）。利用共轨压力传感器测量共轨内的燃油压力，从而调整供油泵的供油量，控制共轨压力，共轨压力就是喷油压力。此外，还可以根据发动机转速、喷油量的大小与设定的最佳值（指令值）始终一致地进行反馈控制。

②调节喷油量。以发动机的转速及加速踏板开度信息等为基础，由控制单元计算出最佳喷油量，通过控制喷油器电磁阀的通电、断电时刻直接控制喷油参数。

③调节喷油率。根据发动机运行的需要，设置并控制喷油率：预喷射、后喷射、多段喷射等。

④调节喷油时间。根据发动机的转速和负荷量参数，计算出最佳喷油时间，并控制电子控制喷油器在适当的时刻开启，在适当的时刻关闭等，从而准确控制喷油时间。

博世高压共轨燃油系统中主要传感器有共轨压力传感器、空气流量传感器、发动机转速传感器（或曲轴位置传感器）、凸轮轴位置传感器（或气缸判别传感器）、冷却液温度传感器、进气歧管温度传感器、进气歧管压力传感器（或增压传感器）、燃油温度传感器、加速踏板位置传感器、怠速开关、离合器踏板开关和制动开关。

2.汽车底盘控制

（1）电控自动变速器（ECT）

电控自动变速器能根据节气门位置传感器和车速传感器的信号计算换档时刻，使换档阀动作，使汽车处于相应的最佳档位，改善换档质量，提高汽车行驶平稳性。在控制过程中，电控自动变速器使用多个传感器，例如，超速档和直接档离合器转速传感器、1号和2号车速传感器用于换档时间控制；自动变速器油温传感器用于检测自动变速器的温度信号，用作换档、油压控制和锁定离合器控制等。

（2）防抱死制动（ABS）

在现代轿车上，ABS系统多采用双回路控制，即在车轮上安装使用两个、三个或四个车轮轮速传感器。当某一个车轮将被抱死时，ECU根据车速信号，将发出指令使控制电磁阀打开或关闭控制油路，实行防抱死制动控制。

（3）电控动力转向（EPS）

在液压式动力转向系统中有车速传感器，它将车速信号不断输入ECU，由ECU控制液压油量实现助力作用。电子控制动力转向系统，由车速传感器和转矩传感器输入信号给ECU，ECU根据输入信号确定助力转矩的大小和方向，通过电磁离合器和减速机构，将转矩加到转向机构上，实现电子动力转向。

（4）电控悬架（TEMS）

电控悬挂系统根据不同的路面状况及车身状态（加速度、位移或其他目标参数）传感器的信号控制车辆高度，调整悬架的阻尼特性及弹性刚度，改善车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐舒适性。在电子控制悬架系统中的控制装置主要有ECU、信号输入装置和输出装置。信号输入装置主要有车速传感器、高度传感器、转角传感器、节气门位置传感器等，信号输出装置即执行器。传感器将信号输入ECU，经ECU处理后发出指令，由执行器控制悬架的刚度和阻尼力，使汽车平稳行驶。

（5）巡航控制系统（CCS）

汽车行驶中，可利用巡航控制装置对车速进行自动控制，即驾驶人的脚离开加速踏板后，汽车仍能按选定的速度稳定行驶，不需要反复调节节气门大小，这样可以减少速度变化和驾驶人长时间操作带来的疲劳。而在需要解除定速控制时，按下OFF开关即可使自动控制系统停止。当需要提高或降低车速时，可按一定的操作方法，保持车辆按选定速度行驶。

巡航控制系统主要由电子模块、速度控制传感器、电磁阀等组成。速度传感器是利用速度表轴驱动的装置，产生与车速成正比的电压，传感器输出的电压输入电子模块，电子模块接收驾驶人控制开关与速度传感器输入的信号，根据接收的信号，电子模块通过电磁阀调整供给伺服装置的真空程度，进行车速控制。

3.汽车行驶安全系统

（1）安全气囊系统（SRS）

辅助乘员保护系统（SRS，Supplemental Restraint System），属于被动式安全系统，由安全气囊和带预紧装置的安全带组成。当车辆发生前方一定角度的高速碰撞时，汽车前端的碰撞传感器和与SRS控制单元安装在一起的安全传感器就会检测到汽车突然减速的信号，并将信号传送到SRS控制单元。SRS经过计算和比较后，立即向SRS气囊组件内的电热引爆管发出点火指令，引爆电雷管，使点火药粉受热爆炸，产生的气体充入气囊，在驾驶人与方向盘之间、前座乘员与仪表板之间形成一个缓冲软垫，避免因硬性撞击而使乘员受伤。

（2）雷达防撞系统

为防止汽车追尾事故发生，安全车距自动控制装置中的多普勒雷达（用作测速和测距传感器）可以测出两车的距离、车速、相对车速等有关信息，输入控制单元后经过比较。若实测距离小于安全距离，控制单元发出报警信息，若驾驶人未采取措施，执行器就会自动对汽车的制动系统起作用，使汽车减速，防止事故发生。当车距超过安全车距时，制动系统恢复正常，这样对安全车距进行自动控制。

汽车倒车安全装置用超声波及雷达作为传感器，可分为超声波倒车安全装置及雷达倒车安全装置两种。目前超声波倒车安全装置应用较多，该系统有两对超声波传感器，并列安装在后保险杠上。该系统发射超声波脉冲，后方有障碍物时发出报警信号，提醒驾驶人，以保证倒车安全。

（3）驱动防滑控制系统（ASR）

驱动防滑控制系统（ASR）是在制动防抱死系统的基础上开发的，两系统有许多共同组件。ASR通过驱动轮上的转速传感器检测到驱动轮将打滑时，控制元件使发动机降低转速，防止车轮打滑。该系统在雪地或湿滑路面上能发挥其特性，以保证行驶安全。

ASR的作用是防止汽车起步、加速过程中驱动轮打滑，特别是防止汽车在非对称路面或转弯时驱动轮打滑。在装有电子控制防滑差速器的车辆上，可对防滑差速器（LSD）进行控制，防止打滑。

（4）前照灯自动控制系统

前照灯自动控制系统包括前照灯自动开关和自动调光系统。前照灯自动开关的作用是当车外日光暗到一定程度时，前照灯自动开启；而当日光增强到一定程度时，前照灯会自动关闭。该控制系统中，安装在仪表板上的日照传感器在受到日光照射时会产生微弱电流，电流大小与受光量成正比。这个电流经放大后控制继电器，即控制前照灯的开启或关闭。在夜间行车时，为减少来往行车灯光的相互干扰，前照灯具有远近光照射功能。这其中，日照传感器可以感受车外明暗情况，实现远近光自动调节。驾驶人也可根据需要调整室内控制器，控制日照传感器放大器作用时所需光的强弱，以使系统根据环境灯光的明暗程度进行远近光的自动调节。

4.汽车信息系统

（1）信息显示与报警系统

信息显示与报警系统可将发动机工况和各传感器的信息参数通过微处理机处理后，输出对驾驶人更有用的信息，并用数字、线条显示或声光报警。当出现不正常情况时，可随时报警。报警系统传感器有机油压力传感器、各类液量传感器、各油液温度传感器、车速及发动机转速传感器等。

（2）语言信息系统

语言信息包括语音报警和语言控制两类。语音报警通过开关型传感器监测车内部件的工作情况，一旦检测到故障，即闭合开关，触发控制器，启动语言电路，同时发出报警声音信号。语音控制是指驾驶人可用声音指挥、控制汽车的某个部件的工作，进行指令动作。

（3）车用定位和导航系统

车辆定位和导航技术已经应用在汽车上。车用导航系统是汽车行驶向智能化发展的标志，它能定向选择最佳行驶路线。

它将全球定位系统（GPS）接收机安装在车上，并使用推算技术，即利用各种传感器，如相对传感器、绝对传感器、转向角传感器、车轮传感器（测距）、地磁传感器、陀螺盘（测方向）、罗盘等精确测定汽车目前所在的位置，定向选择最佳行驶路线。

5.驾驶舒适性控制

（1）自动空调的控制

汽车自动空调是用温度设定开关设定所需要的温度，再把各种传感器所测出的汽车室内温度、汽车室外空气温度、太阳光的照射强度、发动机的冷却液温度等信息输入ECU，ECU经过数据处理后，计算出自动空调所输送空气的温度值，从而向执行器发出控制指令，控制空气混合板的开度、冷却液阀的开闭、风机的转速、空气吸入口和送出挡板的开度变换等，根据乘客需要，使车内温度、湿度等处在最佳值，让人感到舒适。

（2）自动座椅控制

自动座椅控制是根据人体工程学和电子技术设计，使它能适合乘客不同体型、身材，满足乘客舒适性要求。

6.安全防盗

GPS机动车防盗系统是具有网络报警功能的汽车电子防盗系统。在汽车上安装一台GPS全球卫星定位系统终端设备，卫星监控中心对车辆24小时不间断、高精度监控。该系统由指挥中心的中央控制系统、安装在车辆上的GPS终端机以及GSM通信网络组成。该系统可计算出移动目标的经度、纬度、速度、方向，并利用GSM网络的短消息平台作通信媒介来实现定位信息的传输。如果汽车被盗，控制中心将自动对车辆进行被盗确认，报告110，协助警方确定车辆位置，甚至可以遥控熄火，使汽车不能行驶。