传感器在汽车控制中的应用

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1、西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- I -摘 要随着电子技术的发展，现代汽车正朝着高档智能化、电子信息化的方向发展。汽车传感器作为汽车电子控制系统的关键部件，是现代汽车发展的主导与核心。本文主要研究了传感器在汽车发动机控制系统、汽车底盘电子控制系统、汽车防盗系统以及传感器在汽车安全气囊中的应用，从而了解了传感器在现代汽车工业中的重要性，传感器已经成为现代汽车不可或缺的一部分。人们通过传感器了解汽车的一切工作状况，例如车速、油量、发动机工作状态等，然后人们通过传感器表达和反馈的信息作出相应的处理。如压力传感器指示汽车轮胎压力过高就必须对轮胎进行适当的放气，以

2、维持其正常胎压，否则在炎热的夏天极易发生爆胎的危险。可以说传感器就是人们的双眼，它将汽车的各种信息准确地反应给人们，让人们及时了解汽车的工作状况及各种信息，以保证行车安全。汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，由于环保、油耗法规的要求不断严格，使发动机越来越复杂，发动机电子控制系统性能就会相应提高，这就要求不断提高传感器的用量和精度。汽车发动机控制用传感器是在发动机产生的热、震动、汽油蒸气以及轮胎产生的污泥和飞溅的水花等恶劣环境下工作的。因此，汽车发动机用传感器与一般传感器相比，其耐恶劣环境的技术指标要高

3、一个数量级。良好的底盘电子控制系统能改善车轮和地面之间的附着状况，进而改善汽车的安全性、动力性和舒适性。在动力转向系统中，传感器的控制对象是车轮转向角，通过对车轮转向角的电子控制，达到控制动力转向系统的目的。悬架控制系统中的传感器的工作是对汽车悬挂元件特性进行干预和调节，从而达到实现汽车动力控制的目的。碰撞传感器是安全气囊系统中主要的控制信号输入装置。其作用是在汽车发生碰撞时，由碰撞传感器检测汽车碰撞的强度信号，并将信号输入安全气囊电脑，安全气囊电脑根据碰撞传感器的信号来判定是否引爆充气元件使气囊充气。如今，传感器技术开发的重点主要在于低成本和高可靠性上，通过测量各种汽车参数，来确保车辆上的电

4、子系统有效工作，从而提高汽车的动力性、环保性、燃油经济性，与此同时也提高驾乘舒适性和安全性。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。关键词：汽车；传感器；控制；发展西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- II -目 录西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）引 言传感器是检测和自动控制应用中的首要环节，检测技术通常把测试对象分为两大类：电参量的测量与非电参量的测量。电参量有电压、电流、电阻、功率、频率

5、等，这些参量可以表征设备或系统的性能，非电参量有物理量（如位移、速度、加速度、力、扭矩、应变、振动等）、化学量（如浓度、成分、气体、PH 值、温度等）、生物量（酶、组织、菌类）等。过去，非电参量的测量多采用非电测量的方法，如用尺子测量长度，用温度计测量温度等，而现在的非电测量多采用电测量的方法，其中的关键技术是如何利用传感器将非电参量转换为电参量。当今，传感器已广泛用于工业、农业、交通、环境监测、医疗诊断、军事科研、航空航天、现代办公设备、智能建筑和家用电器等领域，是构建现代信息系统的重要组成部分。在我们日常生活中使用着各种各样的传感器，例如电冰箱、电饭煲中的温度传感器；空调中的温度和湿度传感

6、器；煤气灶中的煤气泄漏传感器；电视机和影碟机中的红外遥控器；照相机中的光传感器；汽车中的燃料计和速度计等。传感器已经给我们的生活带来了很多便利和帮助。目前传感器涉及的领域包括：现代流程工业、宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、资源调查、医学诊断、智能建筑、汽车、家用电器、生物工程、商检质检、公共安全、甚至文物保护等。在基础学科研究中，传感器有更突出的地位，传感器的发展往往是一些边缘学科开发的先驱。如宏观上的茫茫宇宙、微观上的粒子世界、长时间的天体演化、短时间的瞬间反应，超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、弱磁场等极限技术研究。现代流程工业生产尤其是自动化生产过程中质量监控或自动检测

7、，需要用各种传感器来监视和控制生产过程的各个参数，传感器是自动控制系统的关键性基础器件，直接影响到自动化技术的质量和水平。在航空航天领域里，宇宙飞船飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、压力、磁场、振动等参数的测量都必须由传感器完成，例如，“阿波罗 10 号”飞船需要对 3295 个参数进行检测，其中应用了温度传感器 559 个，压力传感器140 个，信号传感器 501 个，遥控传感器 142 个。整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体。西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）在机器人的研究中最重要的内容是传感器的应用研究，其中机器人外部传感器系统包括平面视觉传感器

8、和立体视觉传感器；非视觉传感器有触觉、滑觉、热觉、力觉、接近接近传感器等。可以说，机器人的研究水平在某种程度上代表了一个国家的传感器技术和智能化技术的水平。在智能建筑系统中，计算机通过中继器、路由器、网络、网关、显示器，控制管理各种机电设备的空调制冷、给水排水、变配电系统、照明系统、电梯等，而实现这些功能需使用的主要传感器包括：温度传感器、湿度传感器、液位传感器、流量传感器、压差传感器、空气压力传感器等；安全防护、防盗、防火、防燃气泄漏可 CCD（电子眼）监视器、烟雾传感器、气体传感器、红外传感器、玻璃破碎传感器；自动识别系统中的门禁管理主要受用感应式 IC 卡识别、指纹识别等方式，这种门禁系

9、统打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统。传感器在医疗诊断、计量测试、家用电器、环境监测等方面的应用也很多。21 世纪是信息技术的时代，构成现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术与计算机技术，在信息系统中它们分别完成信息的采集、信息的传输与信息的处理，其作用可以形象地比喻为人的“感官”、“神经”和“大脑”。人们在利用信息的过程中，首先要获取信息，而传感器是获取信息的重要途径和手段。世界各国都十分重视这一领域的发展，科学家们正在努力实现很多从前无法实现的梦想。西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）1 传感器概述构成现代信息技术的三大支柱主要包括传感器技术、通信技

10、术与计算机技术，它们在信息系统中分别完成信息的采集、信息的传输与信息的处理。人们在利用信息的过程中，首先要获取信息，而传感器则是获取信息的重要手段和途径。将这些信息经过分析处理，可以描述出自然界的面貌，所以传感器是认识、掌握、利用客观世界的重要工具。传感器是获取被研究信息的一种器件或装置，借助这一器件或装置我们可以定量地认识自然现象。1.1 传感器的定义最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC: International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换

11、成可供测量的信号”。传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件，而传感器系统则是组合有某种信息处理( 模拟或数字)能力的传感器。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声,为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。在某些情况下，这些电路的一部分是和传感器部件直接相邻的。成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器。德国和俄罗斯学者认为传感器应是由两部分组成的，即直接感知被测量信号的敏感元件部分和初始处理信号的电路部分。按这

12、种理解，传感器还包含了信号成形器的电路部分。传感器系统的性能主要取决于传感器，传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类传感器：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源；无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能量。传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态(即过程)的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，传感器将对象特性或状态参数西 安 铁 路 职 业 技

13、术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。各种物理效应和工作机理被用于制作不同功能的传感器。传感器可以直接接触被测量对象，也可以不接触。用于传感器的工作机制和效应类型不断增加，其包含的处理过程日益完善。常将传感器的功能与人类 5 大感觉器官相比拟：光敏传感器视觉 声敏传感器听觉气敏传感器嗅觉 化学传感器味觉压敏、温敏、流体传感器触觉与当代的传感器相比，人类的感觉能力好得多，但也有一些传感器比人的感觉功能优越，例如人类没有能力感知紫外或红外线辐射，感觉不到电磁场、无色无味的气体等。针对传感器的工作原理和结构在不同场合均需

14、要的基本要求是：高灵敏度，抗干扰的稳定性( 对噪声不敏感)，线性容易调节(校准简易)，高精度，高可靠性，无迟滞性，工作寿命长(耐用性)，可重复性，抗老化，高响应速率，抗环境影响(热、振动、酸、碱、空气、水、尘埃)的能力，选择性，安全性(传感器应是无污染的) ，互换性，低成本，宽测量范围，小尺寸，重量轻和高强度宽工作温度范围。1.2 传感器的分类按不同观点对传感器进行分类：它们的工作原理(传感器工作的基本物理或化学效应) ；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器两大类。物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应、磁致伸缩现象、离化

15、、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题、规模生产的可能性、价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）根据其用途，传感器可分为：压力敏和力敏传感器，位置传感器，液面传感器，能耗传感器，速度传感器，热敏传感器，加速度传感器，射线辐射传感器，振动传感器，光

16、敏传感器，磁敏传感器，气敏传感器等。根据其输出信号为标准可将传感器分为：模拟传感器将被测量的非电学量转换成模拟电信号。数字传感器将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换) 。膺数字传感器将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换) 。开关传感器当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。根据应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类：按材料的类别分：金属，聚合物，陶瓷，混合物。按材料的物理性质分：导体，绝缘体，半导体，磁性材料。按材料的晶体结构分：单晶，多晶，非晶材料。1.3 传感器的特性在生产过程和科学实验中, 要对各种各样的参数进行检测和控制, 就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量, 这取决于传感器的基本