傳感器在汽車底盤控制系統中的應用

來源：AEE汽車技術平臺

在汽車底盤控制系統中運用到了很多傳感器，其中主要包括電控懸架系統、防抱死制動系統、動力轉向系統等。

這些傳感器的基本原理和功能都是將汽車所需要的非電信號轉換成汽車能識別的信號，傳感器就這樣通過檢測，然后進行信號的反饋，底盤控制系統通過接收到的反饋信息對系統進行操控，并完成相應的指令。傳感器是汽車控制系統中十分重要的組成部分，它是確保汽車能夠正常安全行駛的重要裝置。

電控懸架系統中傳感器的應用

傳統的汽車懸架技術不能根據地面對車身的各種作用力做出分析并及時進行調節。而汽車電控懸架能靈活地感受路面，也能根據檢測到的汽車高度、車速、轉向角等對汽車做出不同的修正操作，這樣既增加了乘客乘坐時的舒適性，也能使操縱穩定性達到最佳的狀態，確保汽車平穩安全的行駛。在汽車電控懸架系統中車高傳感器和轉向角傳感器是兩個重要的部件。

車高傳感器

主要負責對車底高度予以監測，并將高度信息轉化為數字信號，由懸架 ECU 對車高進行精確計算，再根據道路的變化情況進行修正，避免車的底盤與地面發生碰撞和摩擦。車高傳感器通常采用光電式車高傳感器，其工作原理是將光電式車高傳感器安裝在車身一端，將懸架的上下運動轉變為傳感器內部窄槽圓盤的旋轉運動，圓盤的轉動可以使由發光二極管和光敏二極管組成的遮光器輸出進行ON/OFF 轉換，并將轉換信息傳輸給懸架 ECU。

當車身高度發生變化也就是懸架形變量發生變化時，圓盤在傳感器的帶動下會發生轉動，此時懸架ECU 檢測出車身高度發生變化，并做出相應的修正。光電式車高傳感器采用光學原理制造，可實現非接觸式測量，不會對被測量物形成額外的負載，因此它有測量誤差小、精度高、響應時間短等優點。

轉向角傳感器

方向盤大致可以旋轉 2. 9 圈，大約是 1044°，通過轉向機構以固定的傳動比帶動前輪在 40°左右變化。此傳感器能夠對轉向角度進行測定，如果轉向的角度超過了系統設定的值，懸架 ECU 會做出相應的調整，促使減震力和彈簧的剛度增加，減震力此時會調整到最佳狀態，以防止車身發生側傾。比較常見的轉向角傳感器有齒輪式傳感器和光碼盤式傳感器兩種，但在汽車應用中由于可靠性問題，光碼盤式傳感器使用的比較少。

齒輪式傳感器采用的是三個齒輪的機械結構，該種傳感器測量的主要是轉角和轉過的圈數，大齒輪依靠轉向角管柱的運動而運動，但兩個小齒輪不會隨著大齒輪的轉動而轉動，它們和傳感器的外殼一起固定在車身上，并且兩個小齒輪之間相差一個齒輪數，通過分別采集隨方向盤轉動的轉角大小，再加上相差的一個齒輪數，不同的圈數就會相差特定的角度，從而計算得到方向盤的絕對轉角，這樣就實現了對轉向角度的自動檢測，及時發現安全隱患并進行調整。

防抱死制動系統中傳感器的應用

在現在發生的交通事故中，大多數仍然是剎車造成的側翻等事故，所以關注和了解汽車制動防抱死系統是十分重要的事情，在汽車防抱死系統中起到重大作用的必然有傳感器。而在汽車防抱死制動系統中應用到的傳感器就是輪速傳感器。

輪速傳感器大致可以分為三類: 電磁式輪速傳感器、霍爾效應式輪速傳感器、光電式傳感器。

但是我們在汽車防抱死制動系統中主要應用的是電磁式輪速傳感器和霍爾效應式輪速傳感器?，F代汽車的防抱死制動系統中基本都裝有電磁式輪速傳感器，它一般都應用在主減速器或者是變速器中。電磁式輪速傳感器由傳感頭和齒圈構成，傳感頭的主要組成部分是感應線圈和永磁性磁芯，齒圈就是磁阻較小的鐵性材料。電磁式輪速傳感器是通過電磁感應線圈利用電磁效應的原理將車輪的轉速轉換成電信號。

具體的工作原理是: 當齒圈隨著車輪轉動時，與傳感器磁頭相對齊的部分發生了變化，使通過感應線圈的磁通量也就是磁場強度發生了變化，從而感應線圈上可以產生不同的感應電動勢。

當齒圈的頂部與感應線圈對齊的時候，此時二者之間的間隙是最小的，磁阻也是最小的，傳感器永磁性磁芯所產生的磁感線容易通過齒圈，感應線圈的磁通量比較大; 當齒圈的底部與感應線圈對齊的時候，此時二者的間隙是最大的，磁阻也是最大的，傳感器永磁性磁芯所產生的磁感線不容易通過齒圈，感應線圈的磁通量比較小。這樣感應線圈的磁通量不斷交替呈周期性變化，就會產生一個周期性正弦交流電壓信號，該信號的頻率和齒圈的齒數和轉速也就是和車輪的轉速是成正比的，這樣就可以對車速進行監控和檢測。

電磁式輪速傳感器結構簡單，成本比較低，也可以應用在一些有污垢的地方，但是它的頻率響應不高，當車速很高的時候，它的頻率響應容易跟不上，從而產生錯誤的信號，并且它的抗電磁波干擾能力也很差。所以在我們日漸發展的汽車行業中，有時候輪速傳感器是不能滿足我們的需求的，而霍爾效應式輪速傳感器卻可以克服這些問題，所以現在霍爾效應式輪速傳感器逐漸取代了電磁式輪速傳感器。

霍爾效應式輪速傳感器的主要組成部分有霍爾元件、永磁體、齒圈等?；魻栐墓ぷ髟硎牵簩⒒魻栐∑糜诖艌龇较虼怪庇诒∑拇艌鲋?，當有電流流過該薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢。

霍爾效應式輪速傳感器的工作原理是：當齒圈的頂部對準霍爾元件的時候，磁力線聚集穿過霍爾元件，這時霍爾元件可以產生較大的電動勢，經過放大整形后可以輸出低電平; 當齒圈的底部對準霍爾元件的時候，磁力線分散穿過霍爾元件，此時霍爾元件產生的電動勢比較小，可以輸出高電平。當齒圈和車輪一起轉動時，此時霍爾元件輸出的電平數是和齒圈的齒數還有齒圈的轉速成正比的，所以和車輪的轉速也是成正比的，由此可以測出汽車的輪速。

霍爾效應式輪速傳感器結構簡單、體積較小、使用壽命很長、可靠性很高、并且頻率特性好、抗干擾能力強，所以在汽車行業有著很廣泛的應用。

動力轉向系統中傳感器的應用

常見的動力轉向系統主要包括主動前輪助力轉向系統、主動前輪疊加轉向系統和主動后輪轉向系統。動力轉向系統是利用發動機的動力來幫助操作人員進行轉向操縱的裝置，在控制過程中采用的傳感器類型主要有發動機轉速、車速、轉矩傳感器等。

其原理是把發動機輸出部分的機械能轉化為壓力能，在操作人員的控制下，對轉向器或轉向系統裝置里一些轉動器件加以各個方向的氣壓或液壓作用力，用來緩解操作人員的轉向操縱力。

由于操縱輕便、靈 活，動力轉向系統在汽車制造中被廣泛運用。

磁電式車速傳感器

磁電式車速傳感器又叫電動式傳感器，它是由接線柱的磁芯和線圈組成的一個模擬交流信號發生器，是應用電磁感應原理，將汽車行駛速度轉換為線圈的感應電動勢從而輸出的傳感器。使用其反轉效應可以構成力矩發生器和電磁激振器等。

發動機或點火模塊是靠磁輪組運轉經過傳感器時，交流電壓信號在線圈里產生，如在磁輪組上去除一些齒輪，使之能產生同步脈沖信號以確定燃油噴射時刻的。汽車車速越大，感應電壓脈沖頻率就越大，輸出軸轉向速就越大，電子控制器件按照感應電壓脈沖的值來推算汽車行駛的速度。比較適合用來檢測動態。因為它有比較高的輸出功率，所以配用電路比較容易，零位和性能比較穩定。

發動機轉速傳感器

其主要靠飛輪上的信號齒工作，負責查看發動機轉動速度來確定曲軸的位置，檢查活塞上停點和曲軸轉角信號，通過半導體元件把磁信號轉化為電信號，并將信號傳送至 ECU，用來操控噴油及點火時刻。按產生信號的原理，發動機轉速傳感器可以分為 2 線制( 電源線和交流信號線) 或 3 線制( 交流信號屏蔽線) 的電磁感應式、3 線制的霍爾式以及光電式。

發動機轉速傳感器有較高的靈敏度、壽命長、可靠性高的特點?？梢酝瓿砷L間隔傳輸，有較好的抗沖擊性和抗震性。

轉矩傳感器

通過測量駕駛員作用于方向盤上的力矩，在被測彈性軸上放上側轉應變片而構成應變橋，如給應變橋提電就可測得其彈性軸受轉的電信號，此電信號及車速信號被動力轉向 ECU 接收后，就可以確定輔助動力的大小和方向。旋轉體上的應變橋壓輸入以及檢查到的應變信號的輸出就是依靠導電滑輪在旋轉與靜止的部分之間傳遞。從而在不同速度行駛時控制轉向力矩的大小和方向。

轉矩傳感器具有精度高、可靠性好、壽命長、頻響快等優點。缺點是轉矩傳感器的體積較大，不宜安裝，在慢轉速時因為脈沖波的前沿和后沿有些慢不太好比較，所以低速的性能不太理想。

審核編輯：湯梓紅