第二節 傳感器

一、發動機轉速與曲軸位置傳感器

1. 發動機轉速與曲軸位置傳感器概述

（1）發動機轉速與曲軸位置傳感器的作用

發動機轉速與曲軸位置傳感器用于產生代表發動機轉速和曲軸位置的兩個或一個電壓脈沖信號。在燃油噴射和點火控制系統中，發動機轉速與曲軸位置傳感器信號是電子控制器確定噴油量、控制點火時間、識別氣缸的重要信號，而其中的發動機轉速信號還有更多的應用。在發動機怠速控制、廢氣再循環控制、燃油蒸發排放控制、配氣相位可變控制、進氣諧波增壓控制、電子節氣門等各項控制功能中，發動機轉速信號是必不可少的。此外，防滑轉控制、自動變速器控制等系統也需要發動機轉速信號。

（2）發動機轉速與曲軸位置傳感器的類型

按傳感器的組成結構與工作原理的不同分類，發動機轉速與曲軸位置傳感器有磁感應式、光電式、霍爾效應式三種類型，其基本原理在本叢書的《電路與電子技術基礎》一書中已進行了介紹。

按傳感器的安裝位置與信號觸發方式分類，發動機轉速與曲軸位置傳感器又有導磁轉子觸發式和齒圈觸發式等。

2. 磁感應式發動機轉速與曲軸位置傳感器

磁感應式發動機轉速與曲軸位置傳感器的基本組成與工作原理，可參閱本叢書的《汽車電氣系統原理與電路分析》一書。

（1）導磁轉子觸發式

有分電器的發動機電子控制系統，其發動機轉速與曲軸位置傳感器通常安裝于分電器內，傳感器的導磁轉子由分電器軸驅動。典型的導磁轉子觸發式發動機轉速與曲軸位置傳感器如圖1-2所示。

用于觸發產生轉速信號的導磁轉子Ne和觸發產生曲軸位置信號的導磁轉子G上下布置，均由分電器軸驅動，分別觸發Ne、G1及G2線圈產生交變的感應電壓信號。導磁轉子G有1個凸齒，分電器軸轉一圈，觸發G1和G2這兩個線圈各產生1個電壓脈沖；N導磁轉子有24個齒，分電器軸轉1圈，觸發N感應線圈產生24個電壓脈沖。電子控制器根據G1和G2脈沖電壓信號確定發動機曲軸位置，根據Ne脈沖電壓信號確定發動機的轉速，并產生點火和噴油控制脈沖。

現代汽車上已很少采用分電器了，對于無分電器的發動機電子控制系統，通常設有專門的發動機轉速與曲軸位置傳感器裝置，由凸輪軸或曲軸通過傳感器軸來驅動導磁轉子Ne和G。

（2）齒圈觸發式

安裝于飛輪殼體上的磁感應式發動機轉速與曲軸位置傳感器，利用飛輪的齒圈和飛輪上的正時記號觸發產生感應電壓。這種形式的傳感器結構如圖1-3所示。

當發動機轉動而使飛輪的輪齒和飛輪上的正時記號通過相應的傳感器鐵心時，使傳感器內部磁路的磁阻發生變化，穿過感應線圈的磁通量也發生變化，從而使傳感器的兩個感應線圈各自產生相應的電壓脈沖信號。這兩個脈沖信號的頻率及相位與發動機的轉速與曲軸的位置相對應。

齒圈觸發的磁感應式傳感器的另一種形式如圖1-4所示，這種傳感器只有一個感應線圈，用專用的信號觸發齒圈觸發。信號觸發齒圈在某個位置缺齒，缺齒位置與曲軸的位置有確定的對應關系。比如，富康系列轎車上使用的發動機轉速與曲軸位置傳感器信號觸發齒圈有（60-2）個齒。安裝后，缺齒位置與1缸、4缸上止點前114°的曲軸位置相對應。飛輪轉動時傳感器產生的信號電壓波形如圖1-4b所示，電子控制器根據此脈沖信號計算發動機轉速，并確定曲軸位置。

3. 光電式發動機轉速與曲軸位置傳感器

光電式發動機轉速與曲軸位置傳感器的主要部件是發光元件、光電元件及遮光轉子。它的基本組成與工作原理可參閱本叢書的《汽車電氣系統原理與電路分析》一書。安裝在分電器內的光電式發動機轉速與曲軸位置傳感器，如圖1-5所示。

傳感器遮光轉子有兩組缺口，其外圈均布有360道縫隙，內圈有與發動機缸數相同的缺口。這兩組缺口分別與兩組發光二極管與光電二極管（光電耦合器）對應。發動機工作時，一組光電耦合器通過轉子外圈縫隙的透光，每轉一圈產生360個脈沖信號；另一組光電耦合器則是通過內圈缺口的透光，每轉一圈產生與氣缸數相同的脈沖信號。兩個光電二極管產生的脈沖信號經整形電路整形后輸入電子控制器，用以確定發動機的轉速和曲軸的位置。

光電式發動機轉速與曲軸位置傳感器的發光二極管和光電二極管沾灰或沾有油污就會影響其正常工作，其抗“污”能力較差，因而在現代汽車上的應用較少。

4. 霍爾效應式發動機轉速與曲軸位置傳感器

霍爾效應式發動機轉速與曲軸位置傳感器的基本組成與工作原理，可參閱本叢書的《汽車電氣系統原理與電路分析》一書，霍爾效應式傳感器的基本組成如圖1-6所示。與磁感應式傳感器一樣，它也有不同的結構形式與安裝方式。

（1）導磁轉子觸發式

安裝在分電器內的霍爾效應式發動機轉速與曲軸位置傳感器有兩個導磁轉子，兩個葉片數不同的導磁轉子上下布置，分別對應一個信號觸發開關。當發動機運轉時，分電器軸轉動，兩個導磁轉子分別觸發對應的信號觸發開關，產生兩個電壓脈沖信號。

無分電器的發動機電子控制系統，其霍爾效應式傳感器的結構形式大致分為三種：①傳感器軸上兩個導磁轉子上下布置；②兩個導磁轉子內外布置，在內外導磁轉子的側面各設置一個信號觸發開關（圖1-7）；③兩個導磁轉子和相應的觸發開關分別安裝于兩個傳感器上，由各自的傳感器軸通過曲軸和凸輪軸驅動導磁轉子。

（2）專用齒槽觸發式

這種霍爾效應式發動機轉速與曲軸位置傳感器也是安裝在飛輪殼處，在飛輪齒圈與驅動盤的邊緣有對稱的兩組（6缸發動機為3組）槽，每組槽均布有4個槽，如圖1-8所示。當槽對準信號觸發開關下方時，傳感器輸出高電平（5V），而當無槽面對準信號觸發開關下方時，傳感器輸出低電平（0.3V）。發動機運轉時，傳感器產生如圖1-8b所示的電壓波形，電子控制器根據此脈沖信號即可判別曲軸的位置，并計算發動機轉速。

二、空氣流量傳感器

1. 空氣流量傳感器概述

（1）空氣流量傳感器的作用

空氣流量傳感器用于將發動機的進氣流量轉變為相應的電信號，用于間接地反映發動機負荷的大小，是電子控制器計算基本噴油量、確定最佳點火提前角的重要參數之一。此外，在廢氣再循環控制和燃油蒸發排放控制中，空氣流量傳感器的信號也是確定廢氣再循環流量和炭罐清污通氣量的重要依據。

（2）空氣流量傳感器的類型

在汽車發動機上應用的空氣流量傳感器根據其結構與工作原理的不同，可分為量板式、熱式、卡門渦旋式等形式。

量板式空氣流量傳感器也稱為翼片式或葉片式；熱式空氣流量傳感器根據結構形式的不同又有熱絲主流式、熱絲旁通式和熱膜式等形式；卡門渦旋式也有反光鏡式和超聲波式之分。

2. 量板式空氣流量傳感器

（1）測量原理

量板式空氣流量傳感器的測量原理如圖1-9所示。當發動機運轉時，進氣流推動量板克服回位彈簧的彈簧力而繞軸心轉動，使固定在同一軸上的電位計滑片也隨之轉動，使電位計有相應的電壓輸出。進氣流量大，流量計量板轉動的角度也大，與量板聯動的電位計滑片同步轉動，輸出與空氣流量相對應的電壓信號。

（2）結構特點

量板式空氣流量傳感器由流量傳感器和電位計組成，其結構如圖1-10所示。流量傳感器放置在進氣通道中，量板與電位計滑片均與轉軸固定，可隨進氣流量的大小轉動相應的角度。

量板式空氣流量傳感器的流量傳感器設有怠速旁通道、阻尼板和緩沖室（圖1-11）。怠速旁通道用于改善發動機怠速和小負荷時的空燃比，因為通過旁通道的空氣未經流量計量板計量，會使噴油量有所減少，以適應怠速和小負荷工況空燃比的實際需要。通過怠速CO調整螺釘可改變怠速旁通道的截面積，用以調整發動機怠速時的混合氣濃度。阻尼板和緩沖室用于穩定傳感器的輸出電壓，當量板轉動時，與之連為一體的阻尼板在緩沖室轉動進而形成阻尼，可減緩進氣出現沖擊氣流時量板的振動，以減小傳感器信號電壓波動。

（3）測量電路

量板式空氣流量傳感器采用相對電壓檢測方式，即用US/UB表示進氣量信號，用以解決電源電壓波動對信號測量精度的影響。大眾車系量板式空氣流量傳感器測量電路如圖1-12所示。

在電源電壓波動時，電位計的輸出絕對電壓US會隨之變化而影響測量精度。用相對電壓US/UB表示空氣流量，在電源電壓波動時，US、UB同時成比例地變化，其比值仍然保持不變，從而減小了電源電壓波動對傳感器測量精度的影響。

（4）進氣溫度傳感器的作用

由于量板式空氣流量傳感器測得的是體積流量，當進氣溫度變化時，空氣的密度也會隨之而變，這會導致傳感器信號產生誤差。因此，在空氣流量傳感器中需要設置進氣溫度傳感器，用以向電子控制器提供進氣溫度電信號，使電子控制器能對進氣流量信號進行溫度修正。

（5）燃油泵開關的作用

空氣流量傳感器中的燃油泵開關串聯在燃油泵電路中，用于在無進氣（發動機不工作）時，斷開燃油泵電路，使燃油泵在發動機停機時，即使點火開關未關，發動機也會立刻停止工作。

3. 渦旋式空氣流量傳感器

（1）渦旋式空氣流量傳感器的測量原理

渦旋式空氣流量傳感器的測量原理如圖1-13所示。在進氣通道中設置一錐形渦旋發生器，當空氣通過時，渦旋發生器的后面便會產生兩列并排的渦旋，此渦旋也叫卡門渦旋。卡門渦旋的頻率f與空氣流速v有如下關系：

式中 d——渦流發生器外徑；

St——斯特羅巴爾數。

合理地設計進氣通道截面積和渦旋發生器的尺寸，使發動機進氣流速范圍內的St為一常數。這樣，卡門渦旋的頻率f與空氣的流速v成正比關系。因此，只要測出f，就可以知道v，空氣的流速v乘以空氣通道的截面積便可獲得進氣體積流量。

（2）渦旋式空氣流量傳感器的結構形式

渦旋式空氣流量傳感器是利用渦旋發生器產生空氣渦旋，并通過測得與空氣流速成正比的空氣渦旋數來檢測進氣管的空氣流量。根據檢測渦旋頻率的方式不同，渦旋式空氣流量傳感器可分為反光鏡式和超聲波式兩種結構形式。

1）反光鏡檢測式。反光鏡檢測式空氣流量傳感器的結構特點如圖1-14所示。這種檢測方式是利用空氣流經渦旋發生器產生渦旋時，其兩側壓力會發生變化這一特點，通過導壓孔時將產生渦旋，渦旋發生器的壓力振動引向用薄金屬制成的反光鏡，使反光鏡產生振動。反光鏡將發光二極管投射來的光反射給光電二極管，當渦旋產生時，反光鏡的振動會使反射光也振動，光電二極管便會產生與反光鏡振動相對應的電壓脈沖，該電壓脈沖的頻率與空氣渦旋頻率相對應。

2）超聲波檢測式。超聲波檢測式空氣流量傳感器的組成部件如圖1-15所示。此檢測方式利用渦旋會引起空氣疏密變化的特點，用超聲波發生器發出超聲波，并通過發射器向渦旋的垂直方向發射超聲波。另一側的超聲波接收器接收到隨空氣的疏密變化而變化的超聲波，此波經接收電路信號處理后，便成為與渦旋頻率相對應的矩形脈沖信號。

渦旋式空氣流量傳感器輸出以脈沖個數計量空氣流量的數字式信號，所以輸入到電子控制器后無需進行模/數轉換。此外，由于渦旋式空氣流量傳感器無運動部件，信號反應靈敏，測量精度也比較高。因此，渦旋式空氣流量傳感器在汽車上有較多應用。

4. 熱式空氣流量傳感器

（1）熱式空氣流量傳感器的測量原理

在進氣的通道中放置一電熱體（圖1-16），當空氣通過時，空氣將會帶走熱量而使電熱體的溫度下降，引起電熱體的電阻下降，流過電熱體的電流就會增加。通過電熱體的空氣流量越大，帶走的熱量就越多，流經電熱體的電流也就越大。這個與空氣流量相對應的電流信號，再由測量電路轉換為相對應的電壓信號。

可見，熱式空氣流量傳感器是利用進氣通道中空氣流量與電熱體電流之間這樣一種對應關系，來獲得反映空氣流量的電壓信號。

（2）熱式空氣流量傳感器的結構形式

1）熱絲主流式。傳感器的組成部件和結構特點如圖1-17所示。電熱體由鉑絲制成，熱絲的工作溫度一般在100～120℃。為防止進氣的氣流沖擊和發動機回火對熱絲造成損壞，在其兩端都有金屬網加以保護。

2）熱絲旁通式。熱絲旁通式空氣流量傳感器的組成部件與結構特點如圖1-18所示。冷絲（用作空氣溫度補償電阻）和熱絲均繞在螺線管上，安裝在旁空氣通道內，熱絲的工作溫度一般在200℃左右。這種旁通的結構形式可以降低主空氣通道的進氣阻力。

3）熱膜式：熱膜式空氣流量傳感器的電熱體由一鉑片固定在樹脂薄膜上組成（圖1-19）。這種結構形式可使鉑片免受空氣氣流的直接沖擊，提高了傳感器的可靠性和使用壽命。

（3）測量電路

熱式空氣流量傳感器的測量電路原理如圖1-20所示。

置于進氣通道中的電熱體電阻RH和空氣溫度補償電阻RK與測量電路中的常值高精度電阻RA、RB共同組成惠斯通電橋。接通電源后，控制電路使電熱體通電。發動機工作時，隨著進氣管空氣流量的增大，電熱體的冷卻作用加劇而使其電阻減小，通過RH的電流IH增大，使電阻RA輸出反映空氣流量的電壓信號增大。

進氣溫度變化時，會使電熱體電阻RH隨之而變，使信號電壓也隨之發生變化，這會導致傳感器產生測量誤差。測量電路中設置了空氣溫度補償電阻RK，并將其連接在相鄰的電橋臂上，在進氣度變化時，RK會有與RH相同的電阻變化，而對信號電壓的影響則正好相反，這樣就抵消了RH隨進氣溫度變化對信號電壓的影響，起到溫度補償的作用。

熱式空氣流量傳感器的測量范圍大、反應靈敏、體積小，由于信號與空氣質量流量相對應，因此一般無需對大氣壓力和進氣溫度的變化進行修正。熱式空氣流量傳感器的缺點是電熱體受污染后，對測量精度影響較大。

三、進氣壓力傳感器

1. 進氣壓力傳感器概述

（1）進氣壓力傳感器的作用

進氣壓力傳感器是將發動機進氣管的壓力轉變為相應的電信號，其作用如同空氣流量傳感器。因此，在發動機電子控制系統中，如果使用了進氣壓力傳感器，就不用空氣流量傳感器了。進氣壓力傳感器如圖1-21所示。

（2）進氣壓力傳感器的類型

壓力傳感器有多種類型，根據其信號產生的原理可分為壓電式、半導體壓敏電阻式、電容式、差動變壓器式（真空膜盒傳動）和表面彈性波式等。用于檢測發動機進氣管壓力的傳感器主要有半導體壓敏電阻式和電容式兩種，其中半導體壓敏電阻式應用廣泛，電容式應用相對較少。

2. 半導體壓敏電阻式進氣壓力傳感器

（1）測量原理

半導體壓敏電阻式進氣壓力傳感器的敏感元件是半導體應變片，其應變片的貼片位置和測量電路如圖1-22所示。

半導體應變片受拉/壓時，其電阻會隨受力的大小有相應的改變。將應變片按一定的布置方式貼在硅膜片上，并把它們連接成惠斯通電橋。當硅膜片受力變形時，各應變片受拉或受壓，因而其電阻發生相應的變化，通過電橋可轉換為相應的電壓信號。

由于電橋輸出的電壓很低，通常需要經集成放大電路進行電壓放大后，再輸送給電子控制器。

（2）結構特點

半導體壓敏電阻式進氣管壓力傳感器的組成與結構如圖1-23所示。

傳感器的壓力轉換元件中有貼有半導體應變片的硅膜片，硅膜片的一面是真空，另一面通過一根真空管導入進氣管的壓力。當進氣管壓力變化時，硅膜片的變形量就會隨之改變，硅膜片上應變片的電阻就會有相應變化，電橋會產生相應的電壓信號。進氣管壓力越大，硅膜片的變形量也越大，傳感器的輸出電壓也就越高。

半導體壓敏電阻式進氣管壓力傳感器的線性度好，且結構尺寸小、精度高、響應特性好。因此，汽車電子控制系統大都使用這種類型的進氣壓力傳感器。

3. 電容式進氣壓力傳感器

（1）電容式進氣壓力傳感器測量原理

電容式壓力傳感器利用膜片構成一個電容值可變的壓力敏感元件，當膜片受到壓力的作用而變形時，電容會相應改變。然后，通過相應的測量電路將電容的變化轉換為相應的電信號。典型的電容式壓力傳感器測量原理如圖1-24所示。

1）頻率檢測式。在頻率檢測式測量電路（圖1-24a）中，振蕩電路的振蕩頻率隨壓力敏感元件電容值的大小變化而改變，經整流、放大后，輸出頻率與壓力相對應的脈沖信號。

2）電壓檢測式。在電壓檢測式測量電路（圖1-24b）中，將壓力敏感元件電容值的大小變化轉變為電路中微弱的電壓變化，經載波與交流放大電路的調制、檢波電路的解調、濾波電路的濾波后，輸出與壓力變化相對應的電壓信號。

（2）結構特點

電容式進氣壓力傳感器的結構示意圖如圖1-25所示，氧化鋁膜片與中空的絕緣介質構成一個內部為真空的電容式壓力敏感元件，并與混合集成電路（傳感器測量電路）連接。傳感器通過真空管導入進氣管的壓力后，氧化鋁膜片在進氣壓力的作用下產生變形，使電容發生改變，經混合集成電路處理后，輸出與進氣壓力變化相對應的電信號。

四、溫度傳感器

1. 溫度傳感器概述

（1）溫度傳感器的作用

溫度傳感器的作用是將被測對象溫度的變化轉換為相應的電信號，使控制器能進行溫度修正或進行與溫度相關的自動控制。

圖1-26所示是用于檢測發動機溫度的傳感器，它可將發動機當前工作狀態下的溫度轉變為電信號。在發動機的燃油噴射控制、點火控制、怠速控制、廢氣再循環控制、炭罐通氣量控制等控制系統中，均需要發動機溫度傳感器所提供的發動機溫度信號。

在汽車電子控制系統中，用于檢測溫度參數的溫度傳感器還有進氣溫度傳感器、排氣溫度傳感器、燃油箱溫度傳感器、變速器油溫度傳感器、蒸發器溫度傳感器、車內溫度傳感器、車外溫度傳感器、加熱器溫度傳感器等，分別用于相關控制系統的溫度修正控制或與溫度相關的自動控制。

（2）溫度傳感器的類型

溫度傳感器按其結構與工作原理可分為熱敏電阻式、雙金屬式、熱電耦式、熱敏磁性式等多種形式。在汽車發動機電子控制系統中使用的溫度傳感器基本上都是采用半導體熱敏電阻式溫度傳感器。

半導體熱敏電阻式溫度傳感器按其不同的溫度特性可分為三種類型，如圖1-27所示。

1）正溫度系數的熱敏電阻（PTC）：此類溫度傳感器其半導體敏感元件的電阻隨溫度上升而增大，PTC在汽車上的應用并不多見，PTC通常被用作溫度補償或恒溫式加熱元件。

2）負溫度系數的熱敏電阻（NTC）：半導體的電阻隨溫度的上升而減小，此類半導體熱敏電阻式溫度傳感器在汽車上應用最為廣泛。

3）在某一臨界溫度下電阻躍變（CTR）：半導體的電阻只是在某臨界溫度下才會有躍變，此類半導體通常用作熱敏開關。

2. 熱敏電阻式溫度傳感器結構原理

（1）測量原理

熱敏電阻式溫度傳感器通過其敏感元件的電阻值隨溫度變化而變這一特性，將被測對象溫度的變化轉換為電阻的變化，再通過相應的測量電路將電阻的變化轉換為相應的電壓或電流信號。熱敏電阻式溫度傳感器的測量電路主要有串聯式和串并聯式兩種形式，如圖1-28所示。

當熱敏電阻式溫度傳感器的電阻隨被測溫度的變化而改變時，熱敏電阻上的電壓降就會隨之改變，從A點輸出一個與溫度相對應的電壓信號。

（2）結構形式

在汽車上使用的熱敏電阻式溫度傳感器敏感元件均為半導體，其基本結構形式如圖1-29所示。工作時，通過熱交換（經傳熱套筒傳熱），使傳感器熱敏電阻與被測對象的溫度趨于一致，熱敏電阻的電阻值與溫度相對應，并通過測量電路轉換相應的電壓信號，電壓信號通過內部引線和接線端子輸入控制器。

需要說明的是，汽車電子控制系統中所用的各溫度傳感器的工作溫度是不同的，發動機冷卻液溫度傳感器的工作溫度為-20～130℃，而排氣溫度傳感器的工作溫度則高達600～1000℃。為使不同用途的溫度傳感器能在不同的溫度范圍內正常工作，在制備溫度傳感器熱敏元件時，通過選擇不同的氧化物、控制摻入氧化物的比例和燒結溫度等，以使半導體材料能有相應的溫度特性（在某一溫度范圍有很好的線性度）。將這些適用于不同工作溫度的半導體熱敏電阻制成溫度傳感器，就可用于各種不同的溫度測量。

（3）性能特點

半導體熱敏電阻式溫度傳感器具有靈敏度高、響應特性好、電阻值和溫度測量范圍大等優點，因而在汽車電子控制系統中被廣泛使用。

五、節氣門位置傳感器

1. 節氣門位置傳感器概述

（1）節氣門位置傳感器的作用

節氣門位置傳感器用于將節氣門的開度轉變為電信號，電子控制器從中可獲得節氣門開度與開啟速度、怠速狀態等信息。在發動機各個電子控制系統中，節氣門位置傳感器是不可或缺的；在自動變速器電子控制系統中，節氣門位置傳感器所提供的節氣門開度信號則是自動換檔控制的重要參數之一；在防滑轉控制系統和巡航控制系統中，也需要節氣門位置傳感器提供節氣門開度信號。

（2）節氣門位置傳感器的類型

根據結構與提供的信號形式的不同，節氣門位置傳感器主要有線性式和開關式兩種類型。

線性式節氣門位置傳感器可提供節氣門從關閉到全開所有位置的信息，而開關式節氣門位置傳感器只提供節氣門關閉和全開兩個位置信息。在現代汽車發動機電子控制系統中，普遍采用線性節氣門位置傳感器。

2. 線性式節氣門位置傳感器

（1）線性式節氣門位置傳感器的結構

線性式節氣門位置傳感器相當于一個加設了怠速觸點的滑片式電位器，其結構與內部電路如圖1-30所示。

線性式節氣門位置傳感器的傳感器軸與節氣門聯動，通過滑片擺臂可帶動兩端的節氣門位置滑片和節氣門全關滑片轉動。

（2）線性節氣門位置傳感器的工作原理

當節氣門開度變化時，傳感器軸隨節氣門的轉動而轉動，帶動滑片擺臂轉動，使節氣門位置滑片在電阻體上作相應的滑動，電位器輸出相應的節氣門位置信號VTA。

在節氣門關閉時，滑片擺臂帶動節氣門關閉滑片正好處于怠速觸點處，將怠速觸點接通，因而從IDL端子輸出怠速信號。

3. 開關式節氣門位置傳感器

（1）開關式節氣門位置傳感器的結構

開關式節氣門位置傳感器的結構如圖1-31所示。傳感器內部有節氣門全開和全閉兩對觸點，由隨節氣門軸一起旋轉的導向凸輪控制其張開或閉合。

（2）開關式節氣門位置傳感器的工作原理

當發動機處于怠速工況時，節氣門關閉，節氣門軸帶動導向凸輪轉動的位置使節氣門全閉（怠速）觸點接通，傳感器輸出節氣門關閉信號。

當發動機處于高速或大負荷（節氣門開度大于50°）工況時，節氣門軸帶動導向凸輪轉動的位置使全開觸點接通，傳感器輸出發動機大負荷信號。

開關式節氣門位置傳感器無節氣門中間開度信號輸出，其檢測性較差，在現代汽車電子控制系統中已較少見。

六、氧傳感器

1. 氧傳感器概述

（1）氧傳感器的作用

汽油機為獲得高排氣凈化率，降低排氣中一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）和氮氧化物（NOx）的數量，在排氣管處都裝有三元催化轉化器。從圖1-32的三元催化轉化器的廢氣凈化特性可以看出，只有在混合氣濃度在理論空燃比（理論上混合氣充分燃燒的空氣與燃料的比例）時，三元催化轉化器對HC、CO、NOx凈化效果才能同時達到最佳的效果。

氧傳感器的作用是檢測發動機廢氣中氧的含量，據此向電子控制器提供混合氣空燃比（混合氣過濃或過稀）反饋信號，使電子控制器能及時地修正噴油量，將混合氣濃度控制在理論空燃比附近，以使排氣管中三元催化轉化器對廢氣中HC、CO、NOx的凈化達到最佳效果。

（2）氧傳感器的類型

當混合氣過濃或過稀時，氧傳感器向控制器提供一個能識別混合氣過濃或過稀的電壓信號。目前在發動機電子控制系統中使用的氧傳感器有氧化鋯型和氧化鈦型兩種，如圖1-33所示。

2. 氧化鋯型氧傳感器

（1）測量原理

氧化鋯（ZrO2）具有這樣一個特性：在400℃左右，如果其兩側氣體的氧含量有較大差異，氧離子就會從氧含量高的一側向氧含量低的一側擴散，使兩側電極間產生電位差E（圖1-34）。E的大小可由下式表示：

式中 R——氣體常數（J/mol·K）；

T——絕對溫度（K）；

F——法拉第常數（c/mol）；

P1、P2——兩側氣體氧氣分壓（Pa）。

氧化鋯型氧傳感器就是利用了氧化鋯的這一特性，將氧敏感元件（ZrO2）制成試管狀（圖1-35），使其內側通大氣（氧含量高），外側通過發動機的排氣（氧含量低）。混合氣偏濃時，排出的廢氣中的氧含量極少，氧化鋯內外側氧的濃度差大，因而產生一個較高的電壓；混合氣偏稀時，排出的廢氣中含有較多的氧，氧化鋯內外側的氧濃度差較小，產生的電壓較低。電子控制器根據此電壓的大小來判斷發動機混合氣的空燃比。

（2）結構特點

氧化鋯型氧傳感器的結構如圖1-36所示。

氧化鋯的內外表面都涂有鉑，鉑的外表面有一層陶瓷，起保護鉑電極的作用。氧化鋯表面涂鉑的作用是催化廢氣中的O2與CO反應，使混合氣偏濃時廢氣中的氧含量幾乎為零，而對混合氣偏稀時因廢氣中的氧氣較多而對氧含量影響不大，這樣就顯著提高了氧傳感器的靈敏度（圖1-37）。

（3）氧傳感器加熱器的作用

氧化鋯型氧傳感器中一般設有加熱器，其作用是在發動機冷起動后，排氣管溫度尚未達到氧傳感器正常工作溫度（400℃以上）時，控制器控制加熱器通電發熱，以加熱氧傳感器，使氧傳感器能迅速達到正常工作溫度。

3. 氧化鈦型氧傳感器

（1）測量原理

二氧化鈦（TiO2）在室溫下具有高電阻性，但當其周圍氣體氧含量少時，TiO2中的氧分子將逃逸而使其晶格出現缺陷，電阻隨之下降。二氧化鈦電阻R的變化可由下式表示：

式中 A——常數；

E——活化能；

K——玻爾茲曼常數（1.380649×10-23J/K）；

T——熱力學溫度（K）；

——氧分壓（Pa）；

1/m——取決于晶格缺陷性質的指數。

氧化鈦型氧傳感器就是利用二氧化鈦的電阻特性，將二氧化鈦敏感元件置于排氣管中，當混合氣偏稀時，排出的廢氣中氧含量較高，傳感器的電阻較大；當混合氣偏濃時，排出的廢氣中氧含量很低，傳感器的電阻相應減小。這一電阻的變化通過測量電路轉變成相應的電壓信號。電子控制器根據此電壓信號來判斷發動機的空燃比。

（2）結構特點

氧化鈦型氧傳感器的結構和電路連接如圖1-38所示。

二氧化鈦為電阻型傳感器，溫度變化時，其電阻也會改變。為此，傳感器中除了有一個具有多孔性的二氧化鈦敏感元件（用來檢測廢氣氧含量）外，還有一個溫度系數與之相同的實心二氧化鈦元件（用作溫度補償），并將其連接成圖1-38b所示的電路中，以消除溫度變化對測量精度的影響。

七、爆燃傳感器

1. 爆燃傳感器概述

（1）爆燃傳感器的作用

爆燃傳感器用于監測發動機是否爆燃，當發動機出現爆燃時，傳感器便產生相應的電信號，并輸送給電子控制器，電子控制器通過推遲點火的方式使發動機爆燃迅速消失。

爆燃傳感器可使發動機點火控制系統實現閉環控制，使點火時間的控制更接近于最佳狀態。

（2）爆燃傳感器的類型

發動機爆燃時，氣缸內的壓力會陡然上升，而缸體會產生高頻振蕩，伴隨著缸體的振動，活塞與缸壁之間會發生碰撞而產生尖銳的金屬敲擊聲。在發動機電子控制系統中，爆燃傳感器是根據發動機缸體的振動產生相應的電信號，獲取發動機的爆燃信息。

根據發動機爆燃傳感器結構與工作原理不同分，有壓電式和磁電式兩種類型；爆燃傳感器根據其工作特性分，又有共振型和非共振型兩種。壓電式爆燃傳感器具有測試頻率高、靈敏度高等特點，在現代汽車中應用較為廣泛。

爆燃傳感器按其安裝形式的不同，大體上又可分為螺紋旋入式和螺栓緊固式兩種，如圖1-39所示。

2. 壓電式爆燃傳感器

（1）測量原理

由石英晶體、鈦酸鈉晶體等制成的壓電元件在受力變形時，因內部產生極化現象，而在其兩個表面分別產生正負電荷，當力消失時，元件變形恢復，電荷也立即消失。此種現象稱之為壓電效應，晶體表面產生的電荷q與所受的力F成正比：

q=DF

式中 D——電壓元件的壓電常數。

從壓電元件的正、負電荷表面可引出電壓信號，電壓的大小與所受的力也成正比。壓電式爆燃傳感器是利用壓電元件所具有的壓電效應，將缸體的振動轉變為相應的電壓脈沖，向控制器提供發動機爆燃信號。

壓電式傳感器內有一個振子，當傳感器隨被測物體振動時，就會使振子隨之振動，給壓電元件施加一個振動的力，從而使壓電元件產生與被測物體振動相對應的電壓脈沖。被測物體振動越大，傳感器振子的振動和壓電元件的受力也越大，產生的信號電壓幅值也就越大。

（2）結構形式

壓電式爆燃傳感器的結構如圖1-40所示。

1）共振型壓電式爆燃傳感器。傳感器內振蕩片的自振頻率在發動機爆燃的特征頻帶內，因此，當發動機產生爆燃時，傳感器內的振蕩片會產生共振，使緊貼的壓電元件變形加劇，產生的電壓信號比非爆燃時要大許多倍，這就提高了信噪比，檢測電路對爆燃信號的識別和處理也就比較容易。

2）非共振型壓電式爆燃傳感器。傳感器也是由振子隨發動機的振動而對壓電元件施加壓力，使壓電元件產生振蕩電壓脈沖。但是，非共振型傳感器振子在發動機爆燃時不會產生共振，因而壓電晶體產生的電壓并無明顯增大，因而這種類型的爆燃傳感器檢測的是缸體的振動頻率，需要匹配專門的濾波器來判斷發動機是否爆燃。

3. 磁電式爆燃傳感器

（1）測量原理

磁電式傳感器根據感應線圈產生感應電壓的方式，分為變磁路磁阻式、移動鐵心式、移動（或轉動）線圈式三種。磁電式爆燃傳感器均采用移動鐵心式。移動鐵心式傳感器測量振動的核心部件是永久磁鐵和繞有感應線圈的鐵心，鐵心通過兩端的彈簧定位，當鐵心在外部振動的激勵下振動時，感應線圈就會因磁通量發生變化而產生感應電動勢，感應電動勢的頻率和幅值與被測對象的振動情況相對應。

（2）結構與工作特性

磁電式爆燃傳感器由鐵心、外殼、感應線圈和永久磁鐵組成，如圖1-41所示。

安裝在發動機缸體上的磁電式爆燃傳感器在發動機缸體振動時，其鐵心隨發動機的振動而移動，使感應線圈產生感應電動勢，發動機的振動幅度大，鐵心移動的幅度就大，感應線圈產生的感應電動勢也大。

磁電式爆燃傳感器的固有頻率與發動機爆燃特征頻率一致，當發動機爆燃時，傳感器內的鐵心會產生共振，使傳感器感應線圈產生的感應電動勢顯著增大，因此，電子控制器通過判斷傳感器輸出的信號電壓是否達到設定值，就可識別發動機是否爆燃。

八、車速傳感器和車輪轉速傳感器

1. 車速傳感器和車輪轉速傳感器概述

（1）車速傳感器和車輪轉速傳感器的作用

車速傳感器是將變速器輸出軸轉速轉變為相應的脈沖電壓，電子控制器根據此信號獲得汽車行駛速度參數。車速傳感器在汽車電子控制系統中的應用很廣，所提供的轉速信號在汽車發動機電子控制系統中用作輔助信號；在底盤電子控制系統中，車速信號則是一些控制功能的主要參數。例如：自動變速器控制系統、動力轉向控制系統、巡航控制系統、懸架電子控制系統等，均需要車速傳感器傳感器所提供的車速信號，車速是實現上述控制功能的重要控制參數。

車輪轉速傳感器則是將車輪的轉速轉變為相應的電信號，電子控制器根據此信號計算汽車行駛速度、車輪的滑移/轉率、車輪的角減速度等參數。車輪轉速傳感器主要應用于防抱死/防滑轉電子控制系統中，用作提供車速參數時，其汽車電子控制系統的應用與車速傳感器一樣十分廣泛。

（2）車速傳感器和車輪轉速傳感器的類型

車速傳感器有磁感應式、光電式、霍爾效應式、舌簧開關式、磁阻式等類型；車輪轉速傳感器有磁感應式、光電式、霍爾效應式等類型。

磁感應式、光電式、霍爾效應式車速傳感器和車輪轉速傳感器的基本組成及工作原理，與同類型的發動機轉速與曲軸位置傳感器相同。不同的是，車速傳感器信號觸發轉子由變速器輸出軸驅動，車輪轉速傳感器由車輪同步轉動的齒圈觸發。這三種類型的車速傳感器和車輪轉速傳感器，其組成原理均參見前述同類型的發動機轉速與曲軸位置傳感器。

2. 舌簧開關式車速傳感器

（1）測量原理

舌簧開關的兩觸點臂被轉動的磁極磁化而產生開、合動作。當舌簧開關處于N、S極之間時，開關兩觸點臂被磁化為異性磁極而閉合（圖1-42a）；當舌簧開關面對單個磁極作用時，開關兩觸點臂被磁化為同性磁極而斷開（圖1-42b）。磁極隨變速器輸出軸轉動，舌簧開關就會在磁極磁力的作用下開閉，產生與車速相對應的脈沖信號。

（2）結構與工作原理

舌簧開關式車速傳感器一般裝在里程表內，由軟軸驅動的轉子上的N、S極相間分布，舌簧開關布置在轉子的一邊，如圖1-43所示。

當相間布置有四個磁極的轉子在軟軸的驅動下轉動時，磁鐵對舌簧開關臂的磁化呈周期性變化，使舌簧開關周期性地開閉。轉子每轉一周，舌簧開關開閉四次，通過測量電路輸出4個脈沖信號，控制器根據此脈沖信號的頻率計算得到車速。

3. 磁阻式車速傳感器

（1）測量原理

磁阻元件具有這樣的特性，當通過元件的磁場強度改變時，元件的電阻會隨之改變。將磁阻元件置于轉動的多極磁環附近（圖1-44），在轉動磁極交變磁場的影響下，磁阻元件的電阻呈周期性變化，通過測量電路轉換為脈沖電壓信號。

（2）結構與工作原理

磁阻式車速傳感器如圖1-45所示。磁阻元件成為測量電路中電橋的一個橋臂，當多極磁環隨變速器軸轉動時，磁阻元件上的磁通量呈周期性變化，引發磁阻元件電阻的變化，由電橋、比較器、放大電路組成的測量電路，將這一電阻變化轉換為脈沖電壓輸出。

4. 磁感應式車輪轉速傳感器

（1）結構形式

磁感應式車輪轉速傳感器在汽車上使用較為普遍，其基本組成與工作原理與磁感應式發動機轉速與曲軸位置傳感器完全相同，結構如圖1-46所示。

（2）安裝形式

磁感應式車輪轉速傳感器的信號觸發齒輪或齒圈一般安裝在輪轂內，隨車輪一起轉動；傳感器信號探頭安裝在附近不轉動的部件上。磁感應式車輪轉速傳感器的安裝形式如圖1-47所示。

九、車身位移傳感器

1. 車身位移傳感器概述

（1）車身位移傳感器的作用

車身位移傳感器也稱為車身高度傳感器，用于監測車身相對于車橋的位移，電子控制器根據車身位移傳感器輸入的信號可計算得到車身的位移和振動參數、確定車身的高度。車身位移傳感器主要應用于懸架電子控制系統中。

（2）車身位移傳感器的類型

車身位移傳感器有電位計式、電容式、電感式和光電式等類型。由于光電式車身位移傳感器具有結構簡單、定位準確等優點，因此在汽車上使用廣泛。

2. 光電式位移傳感器

（1）測量原理

光電式車身位移傳感器的測量原理如圖1-48所示，遮光轉子有特制的透光槽，遮光轉子兩邊布置的四個發光二極管和光電晶體管組成了四對光電耦合器。當遮光轉子在某一位置時，四個光電耦合器中通過透光槽有光線通過的光電晶體管受光而輸出通路（ON）信號，不透過光線的光電晶體管則輸出不通路（OFF）信號。遮光轉子透光槽的長度和位置分布使得遮光轉子在每一個規定的轉角范圍內，都有與之對應的一組“ON”“OFF”光電信號輸出。

通過連接桿，將車身的高度變化轉變為遮光轉子的轉動位置，使車身在每一個高度位置時均對應一組“ON”“OFF”光電信號。

（2）車身高度與振動參數的獲取

通常是將車身高度變化范圍劃分為16個高度區間，每個高度區間用一組（4位）光電信號與之對應（表1-4），電子控制器根據傳感器輸入的一組信號就可獲得實時的車身高度變化信息。

電子控制器根據采樣時間內（一般為1ms）車身高度在某一區間的頻度來判斷車身的高度；根據車身高度變化的幅度和變化的頻率，可判斷車身的振動情況。

（3）光電式車身位移傳感器的組成結構

光電式車身位移傳感器如圖1-49所示，其內部結構與安裝位置如圖1-50所示。

傳感器被固定在車身上，傳感器連桿通過拉桿與懸架臂（或車橋）連接。當車身高度發生變化而帶動傳感器隨車身移動時，拉桿就會推拉連桿擺動，帶動傳感器軸和遮光轉子轉動，從而使傳感器輸出與車身高度變化相對應的信號。

十、方向盤轉角傳感器

1. 方向盤轉角傳感器概述

（1）方向盤轉角傳感器的作用

方向盤轉角傳感器將方向盤轉動的角度和轉動方向轉換為相應的電信號，電子控制器根據方向盤轉角傳感器的輸入信號，判斷汽車的轉向情況（方向盤轉動角度的大小及轉動的方向），并根據當前的車速計算車身可能出現的側傾程度。方向盤轉角傳感器主要在懸架電子控制系統中應用。

（2）方向盤轉角傳感器的類型

檢測角位移的傳感器較多，適用于方向盤轉角測量的傳感器有光電式、磁電式、霍爾效應式等類型，由于光電式方向盤轉角傳感器定位準確，結構也比較簡單，因而在現代汽車上使用最為廣泛。

2. 光電式方向盤轉角傳感器

（1）組成與測量原理

如圖1-51所示，傳感器的遮光盤上有尺寸相同且均布的透光槽，當駕駛人轉動方向盤時，通過轉向軸帶動遮光盤轉動，觸發光電耦合器產生相應的電壓脈沖。電子控制器根據傳感器輸出的電壓脈沖個數就可計算方向盤轉過的角度。

（2）方向盤轉動方向的判斷原理

為了能辨別轉動方向，方向盤轉角傳感器采用兩個光電耦合器，傳感器可同時產生兩個電壓脈沖信號。電子控制器根據傳感器的信號判斷轉動方向的原理，如圖1-52所示。A、B兩個光電耦合器產生的信號脈沖其脈寬相同，但相位相差90°，電子控制器以A信號從高電平轉為低電平（下降沿）時，B信號是高電平還是低電平來判斷轉向。如果A信號在下降沿時，B信號是高電平，則為右轉向；如果A信號在下降沿時，B信號為低電平，則為左轉向。

十一、方向盤轉矩傳感器

1. 方向盤轉矩傳感器概述

（1）方向盤轉矩傳感器的作用

方向盤轉矩傳感器是將駕駛人作用在方向盤上的轉動力矩大小轉換為相應的電信號。在電動式動力轉向系統中，電子控制器通過方向盤轉矩傳感器的信號來判斷方向盤轉矩的大小，用以及時調整電動助力的大小。

（2）方向盤轉矩傳感器的類型

汽車電子控制系統中所采用的方向盤轉矩傳感器主要有電感式和電位計式兩種，其中電感式傳感器傳感器的應用較為廣泛。

2. 電感式方向盤轉矩傳感器

（1）測量原理

電感式方向盤轉矩傳感器通過一個扭力桿將方向盤上的作用力轉換為其相應的扭轉角度，然后通過傳感器傳感元件將扭力桿的扭轉變形量轉變為相應的傳感器電感量變化。傳感器中的4個電感線圈連接成電感電橋，并以雙差動工作方式（電橋中接成相鄰臂的2對電感線圈，它們的電感變化為一增一減）工作，將駕駛人轉向時作用在方向盤上的轉矩轉換為相關的電壓信號。

（2）組成結構

電感式方向盤轉矩傳感器的結構與工作原理如圖1-53所示。

傳感器的輸入軸端連接方向盤，輸出軸連接轉向器，輸入軸與輸出軸之間用扭力桿連接，在輸出軸的4個極靴上各繞有相同的線圈，并連接成電感式電橋。無轉向力矩時，輸出軸（定子）與輸入軸（轉子）的相對轉角為0°，每個極靴上的磁通量均相等，電橋處于平衡狀態，V、W兩端的電位差Uo為0V。轉向時，駕駛人作用于方向盤的力矩使扭力桿扭轉變形，定子與轉子之間產生角位移θ。這時，極靴A、D間的磁阻增大，B、C間的磁阻減小，各極靴的磁通量產生了差別，電橋失去平衡而輸出電壓Uo。Uo與θ成正比（Uo=kθUi，k為比例系數），而θ與作用于扭力桿的轉矩又成比例關系，因此，Uo值就反映了方向盤的轉矩大小。

3. 電位計式方向盤轉矩傳感器

（1）測量原理

電位計式轉矩傳感器同樣也是通過一個扭力桿將方向盤上的作用力轉換為其相應的扭轉角度，但檢測扭力桿扭轉變形量的是一個電位計。電位計的環形電阻與方向盤軸一起轉動，電位計滑片不動，在扭力桿有扭轉變形時，電位計的滑片和電阻就會有對應的相對滑轉量，并從電位計信號輸出端子輸出相應的電壓信號。

（2）組成結構

電位計式方向盤轉矩傳感器如圖1-54所示。

汽車轉向時，扭力桿的扭轉變形使電位計滑片與電阻有相對的轉動，電位計的電阻相應改變，通過集電環輸出相應的電壓信號。

十二、減速度傳感器

1. 減速度傳感器概述

（1）減速度傳感器的作用

減速度傳感器用于將汽車制動時的減速度的高低轉變為相應的電信號。防抱死制動系統電子控制系統中，電子控制器根據減速度傳感器所提供的車輛減速度電信號判斷路面情況，并選擇適當的制動力控制方案。

（2）減速度傳感器的類型

測量減速度的傳感器有多種類型，但應用于汽車電子控制防抱死制動系統的減速度傳感器（也被稱之為G傳感器）主要有差動變壓器式、水銀式這兩種形式。

2. 差動變壓器式減速度傳感器

差動變壓器式減速度傳感器主要由鐵心可移動的變壓器和相應的信號處理電路組成，其結構與工作原理如圖1-55所示。

平時，變壓器鐵心由兩端彈簧將其保持在中間位置，變壓器初級繞組輸入電壓uP后，一次側繞組產生大小相同、相位相反的電壓u1和u2，變壓器輸出u0為0。當汽車制動時，在慣性力的作用下，差動變壓器鐵心移動，使變壓器二次側繞組產生的u1、u2一個增大，一個減小，變壓器就會有電壓u0輸出。u0經信號處理電路處理后向控制器輸出一個與汽車減速度相對應的電壓信號。

3. 水銀式減速度傳感器

水銀式減速度傳感器為開關式傳感器，其主要部件是帶常開觸點的玻璃管和可在玻璃管內移動的水銀，水銀式減速度傳感器如圖1-56所示。

汽車在低附著系數路面上緊急制動時，由于減速度較小，玻璃管內水銀的慣性力較小其移動夠不到觸點處，觸點仍處于斷開狀態（圖1-56a）；當在高附著系數路面制動時，由于減速度較大，玻璃管內的水銀在較大慣性力的作用下移動至觸點處，使觸點處于接通狀態（圖1-56b）。防抱死制動系統控制器根據傳感器輸入的信號通斷就可判斷路面情況。

十三、碰撞傳感器

1. 碰撞傳感器概述

（1）碰撞傳感器的作用

碰撞傳感器也叫安全氣囊傳感器，用于檢測汽車發生碰撞時的汽車減速度，安全氣囊控制器根據此傳感器的信號，判斷汽車是否發生了碰撞和汽車碰撞的強度。開關式碰撞傳感器也被用作安全傳感器，串聯在氣囊點火器電源電路中，只是在汽車發生嚴重碰撞時才接通氣囊點火器的電源電路，以避免汽車在使用與維修時產生氣囊誤爆。

（2）碰撞傳感器的類型

碰撞傳感器可分為機械觸點式和電子式兩大類。機械觸點式碰撞傳感器有偏心錘式、滾球式、滾柱式、水銀開關式等形式，傳感器內部的觸點平時斷開，當汽車發生碰撞時，傳感器內部機械裝置在慣性力的作用下使觸點閉合，發出汽車碰撞信號或接通氣囊點火器電源電路；電子式碰撞傳感器主要有壓電式和壓敏電阻式，傳感器可將汽車的減速度參數轉換為相應的電信號。

2. 偏心錘式碰撞傳感器

偏心錘式碰撞傳感器是一種開關式減速度傳感器，其結構如圖1-57所示。

扭力彈簧力使重塊、轉盤動觸點臂等停留在觸點斷開的位置。當汽車發生碰撞時，重塊在慣性力作用下克服彈簧的扭力而移動，并通過轉盤帶動活動觸點臂轉動而使觸點閉合，向安全氣囊控制器發出汽車碰撞電信號，或將氣囊點火器的電源電路接通（用作安全開關時）。

3. 滾球式碰撞傳感器

滾球式碰撞傳感器也是一種開關式減速度傳感器，如圖1-58所示。

汽車正常行駛時，鋼球被永久磁鐵吸引，觸點處于斷開狀態。當汽車發生碰撞時，鋼球在慣性力的作用下，擺脫磁鐵的吸引力滾向觸點端，將觸點接通，向安全氣囊控制器發出汽車碰撞電信號，或將氣囊點火器的電源電路接通。

4. 壓敏電阻式碰撞傳感器

壓敏電阻式碰撞傳感器的結構和測量原理如圖1-59所示。

傳感器的敏感元件在受力變形后，其電阻會相應改變的電阻應變片，被固定在傳感器測量懸臂端部。當汽車發生碰撞時，測量懸臂受減速慣性力的作用而使其端部變形，使布置在測量懸臂端部的電阻應變片產生形變，其電阻相應改變，通過測量電路產生相應的電壓信號（US）。

十四、光照度傳感器

1. 光照度傳感器概述

（1）光照度傳感器的作用

光照度傳感器用于將光照強度轉變為相應的電信號，傳感器可在日光或燈光的照射下產生與光照度相對應的電信號。光照度傳感器在空調自動控制系統中用于制冷量的自動控制；光照度傳感器在前照燈自動變光控制電路和自適應前照燈中，則分別用于自動變光控制和前照燈自動亮起/熄滅控制。

在汽車空調中用于檢測陽光光照強度的光照度傳感器也被稱為日光傳感器或陽光傳感器。

（2）光照度傳感器的類型

在汽車上應用的光照度傳感器主要有光電池式和光敏電阻式兩種類型。光敏電阻式光照度傳感器根據其結構形式與工作原理的不同，可分為半導體光敏電阻式、光電二極管式和光電晶體管式等不同的類型。

光電池式光照度傳感器根據光照強度，直接產生與光照強度相對應的電壓信號；光電電阻式光照度傳感器則是將光照強度轉換為相應的導電率（電阻）變化，再通過測量電路轉換為相應的電壓信號。在汽車上，光敏電阻式光照度傳感器應用更多。

2. 半導體光敏電阻式光照度傳感器

半導體光敏電阻式光照度傳感器的敏感元件為半導體元件，硫化鎘半導體光敏電阻式光照度傳感器一例如圖1-60所示。

硫化鎘半導體材料的電阻率隨光照度增強而下降，將其連接到圖1-61b所示的測量電路中，硫化鎘在燈光照射下其電阻改變時，就會從輸出端輸出相應的電壓信號UO，控制電路或電子控制器根據UO判斷光照度，進行相關的自動控制。

3. 二極管光敏電阻式光照度傳感器

二極管光敏電阻式光照度傳感器以二極管為敏感元件，此類光照度傳感器一例如圖1-61所示。光電二極管的PN結與普通二極管一樣，具有單向導電性，但在陽光照射下，其反向電阻會明顯減小。陽光越強，光電二極管的反向電阻就越小，將其連接到圖1-61b所示的測量電路中，當光敏二極管受到陽光照射而其反向電阻下降時，測量電路就會有與日光量相對應的電流產生，并可從輸出端輸出相應的電壓信號UO。空調控制器可根據光照度傳感器輸出的UO判斷車外陽光的照射強度，并進行相應的控制。

十五、角速度傳感器

1. 角速度傳感器概述

（1）角速度傳感器的作用

角速度傳感器是將汽車轉彎時車身旋轉角速度轉換為相應的電信號。角速度傳感器應用在汽車行駛穩定系統中，角速度傳感器所提供的汽車旋轉速度信號，是ECU實施汽車行駛穩定性控制的重要依據。

（2）角速度傳感器的類型

汽車電子控制系統所用的角速度傳感器按其結構與工作原理的不同分，主要有振動式和音叉式等類型。

2. 振動型角速度傳感器

振動型角速度傳感器的工作原理如圖1-62所示。在作為振子的四方體的相鄰兩面上，粘貼有兼起驅動和檢測作用的壓電元件，當對壓電元件施加交流電壓時，就會在負壓電效應的作用下，使振子振動。當振動著的振子又旋轉時，就會產生一個與旋轉速度相對應的哥氏力。

哥氏力是指旋轉坐標內具有速度的物體所受到的力，力的方向既與旋轉軸垂直，也與物體的速度方向垂直，而力的大小與物體的速度與系統的轉速成正比。

當車輛旋轉時，傳感器振子隨之轉動。這時，測出的壓電元件電流包括振動和哥氏力兩部分。傳感器內部信號處理電路是相鄰兩壓電元件輸出信號的相減，這樣，就消除了振動部分同頻又同相兩個信號（圖1-62b），只剩下反映哥氏力的信號（圖1-62c）。將電流信號轉換為電壓信號，就可得到與旋轉角速度呈一一對應關系的輸出信號。

3. 音叉式角速度傳感器

音叉式角速度傳感器的結構如圖1-63所示。傳感器的本體為音叉形，振子由振動（激振）和檢測兩部分組成，兩者互成90°。音叉上粘貼有壓電陶瓷片（PTZ）。

音叉式角速度傳感器的工作原理如圖1-64所示。當交流電壓加于激振PTZ時，檢測PTZ也總是在左右方向（V方向）振動。當車輛轉彎（ω方向）時，哥氏力作用于檢測PTZ，在與激振方向垂直的F方向的力，使檢測PTZ產生交流電壓信號。此信號包含激振PTZ產生的振蕩波，經放大后進入檢波電路，檢波后輸出反映旋轉方向和旋轉速度的信號，再經整形電路整形后，輸出與車輛旋轉角速度呈線性關系的電壓信號。

音叉式角速度傳感器的優點是：兩個振子是反向運動的，其產生的哥氏力的方向也相反，因此，車輛前后、左右方向加速度所形成的撓曲變形可以互相抵消，從而提高了測量精度。