随着汽车电动化的发展以及智能化的驱动,对传感器的要求也越来越严格。 本文着重于梳理,汽车传感器是把非电信号转换成电信号并向汽车传递各种工况信息的装置。由于涉及两种不同属性的物理量转换,使得把被测量(如 压力,光亮度,烟雾,气体,速度,位置等)转换成可测量的信号,因此传感器通常是由敏感元件、转换元件、信号调节与转换电路等其他辅助元件组成。其中汽车传感器的工作原理是通过把非电信号转换成电信号的方式向汽车控制器提供包括车速、温度、发动机运转等各种工况信息,使汽车实现自动检测和电子控制。 根据使用目的不同,汽车传感器可以分为车身感知传感器和环境感知传感器。车身感知传感器遍布汽车全身,被广泛应用于动力系统,底盘系统,车身系统,实现对汽车自身信息的感知并做出决策、执行、是汽车的”神经末梢“,发展较为成熟。 应用领域 检测对象 传感器类型 燃油车动力系统 发动机,变速箱, 氧气传感器,温度传感器,转速传感器,曲轴位置传感器等 电动车动力系统 电机,齿轮箱, 转速传感器,位置传感器, 电动车动力系统 电池系统 温度,压力,烟雾,气体,电流,电压传感器 等 底盘系统 转向系统 EPS: 力矩,角度传感器 后轮转向:位置传感器 底盘系统 制动系统 主缸压力传感器,制动踏板行程传感器,马达位置传感器,轮速传感器 底盘系统 悬架系统 高度传感器,加速度传感器,IMU传感器 底盘系统 轮胎 dTPMS,iTPMS 接下来,讨论下传感器原理: 常用的传感器原理: 1-磁电式 磁电式传感器是被动式传感器,又称无源转速传感器,磁电式传感器基于电磁感应原理,即磁生电原理,当通过线圈的磁场强度发生变化时,线圈内会产生感应电动势。当通过线圈利用电磁感应把被测对象的运动转换成线圈的自感系数和互感系数的变化,再由电路转换为电压或电流的变化量输出,实现非电量到电量的转换。如下图,磁铁固定放置,信号轮旋转会引起线圈磁场变化,信号轮接近与远离线圈会产生相反方向的电动势,从而形成交流电,当车轮转速越快,则信号轮的转速也越快,产生交流电的频率也越快。 磁电型传感器属于无源型,无需外接电源,只有两根信号线。 2-磁通门 磁通门传感器是一种以磁通门技术为根本原理,加上闭环控制在电子电路中的应用,磁通门传感器是应用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下,其磁感应强度和磁场强度的非线性关系来丈量弱磁场的。这种物理现象对被测环境磁场来说仿佛是一道“门”,经过这道“门”,相应的磁通量即被调制,并产生感应电动势。应用这种现象来丈量电流所产生的磁场,从而间接的到达丈量电流的目的。 整个过程可以概括为:当磁通门式电流传感器工作时,激励线圈中加载一固定频率、固定波形的交变电流进行激励,使磁芯往复磁化达到饱和。在不存在外在电流所产生的被测磁场时,则检测线圈输出的感应电动势只含有激励波形的奇次谐波,波形正负上下对称。当存在直流外在被测磁场时,则磁芯中同时存在直流磁场和激励交变磁场,直流被测磁场在前半周期内促使激励场使磁芯提前达到饱和,而在另外半个周期内使磁芯延迟饱和。因此,造成激励周期内正负半周不对称,从而使输出电压曲线中出现振幅差。该振幅差与被测电流所产生的磁场成正比,因此可以利用振幅差来检测磁环中所通过的电流。 3-磁阻式(xMR) 4-霍尔式 通电的霍尔元件在磁铁的作用下,电子会发生偏转,从而产生霍尔电动势。信号轮接近霍尔元件,磁场强度变大,霍尔电动势也会变大,信号轮远离霍尔元件,磁场强度变小,霍尔电动势也会变小,从而形成方波信号。 5-电涡流式 电涡流式传感器基于电涡流效应。当接通传感器电源时,在前置器内会产生一个高频电流信号,该信号通过电缆送到探头的头部,在头部周围产生交变磁场H1。如果在磁场H1的范围内没有金属导体材料接近,则发射出去的交变磁场的能量会全部释放;反之,如果有金属导体材料靠近探头头部,则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场,该电涡流也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。由于H2的反作用,就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位,即改变了线圈的有效阻抗。
2023-10-27
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