英语原文共 20 页
传感器
传感器记录运行状态（例如发动机速度）
和设定值/期望值（例如加速器踏板位置）。
它们将物理量（例如压力）或化学量（例
如排气浓度）转换成电信号。
汽车应用
传感器和执行器代表ECU之间的接口， 作为处理单元，以及具有复杂驱动，制动，底盘和车身功能的车辆（例如，发动机管理，电子稳定程序ESP和空调）。通常，传感器中的匹配电路转换信号， 以便ECU可以处理它们。
机电一体化领域，其中机械，电子和数 据处理组件相互关联并彼此紧密配合， 在传感器工程领域迅速变得越来越重要。这些组件集成在模块中（例如，在曲轴CSWS（带传感器的复合密封）模块中， 配有rpm传感器）。
图.1 SE传感器SA模拟信号调理 A / D模数转换器SG数字ECU MC微机（ 评估电子）
由于它们的输出信号不仅直接影响发动机的功率输出，扭矩和排放，而且还影响车辆操纵和安全性，传感器虽然越来越小，但也必须满足更快，更精确的要求。由于机电一体化，这些规定可以得到遵守。
根据集成度，信号调理，模拟/数字转换和自校准功能都可以集成到传感器中（图1），并且将来会增加一个用于进一步信号处理的小型微机。优点如下：
bull;ECU中需要较低的计算能力
bull; 所有传感器均可实现统一，灵活且总线兼容的接口
bull;通过数据总线直接多次使用给定的传感器
bull;注册甚至更小的测量数量
bull;传感器校准简单
K. Reif（Ed。），汽油发动机管理，博世专业汽车信息，DOI 10.1007 / 978-3-658- 03964-6_15，copy;Springer Fachmedien Wiesbaden 2015
温度传感器
应用
发动机温度传感器
它安装在冷却液回路中（图1）。引擎管理使用它计算发动机温度时的信号（测量范围 - 40 130°C）。
气温传感器
该传感器安装在进气道中。与来自增压压力传感器的信号一起，其信号用于计算进气质量。除此之外，各种控制回路（例如EGR，增压压力控制） 的期望值可以适应空气温度（测量范围-40 120°C）。
发动机油温度传感器
来自此传感器的信号用于计算维修间隔
（测量范 – 40 170 °C)。
燃油温度传感器
被纳入柴油燃料回路的低压阶段。燃油温度用于计算精确喷射的燃油量（测量范围 –40 120 °C)。
图.1 1电气连接 ,2外壳 ,3垫片 ,4线 ,5测量电阻器 ,6冷却液
排气温度传感器
该传感器安装在排气系统上的温度特别关键的位置。它适用于用于废气处理的系统的闭环控制。通常使用铂测量电阻（测量范围–40 1000 °C).
设计和操作方法根据具体应用，可提供各种温度传感器设计。温度相关的半导体测量电阻安装在外壳内。通常是这个电阻器NTC（负温度系数，图2）类型。较少使用PTC（正温度系数）类型。使用NTC时，温度上升时电阻会急剧下降， 而PTC会急剧下降。
测量电阻是分压电路的一部分，施加5 V电压。
因此，测量电阻两端的电压与温度有关。它通过模数（A / D）转换器输入，是传感器温度的量度。特性曲线存储在发动机管理ECU中，其为每个电阻或输出电压分配特定温度。
发动机转速传感器
应用
发动机速度传感器用于Motronic系统
bull;测量发动机转速，和确定曲轴位置（发动机活塞的位置）
bull;根据传感器信号之间的内部计算转速。
感应式速度传感器
设计和操作方法
传感器直接安装在铁磁触发轮（图1， 位置7）的对面，它由一个狭窄的气隙隔开。它有一个软铁芯（极销，位置4），由绕组（5）包围。极销还连接到永磁体（1），并且磁场穿过极销延伸到触发轮中。通过线圈的磁通量取决于传感器是否相反
触发轮齿或间隙。磁铁的漏磁通量被齿集中，导致通过线圈的工作磁通量增加，而间隙则减弱。当触发轮旋转时，这些磁通量变化会在线圈中产生正弦输出电压，该电压与磁通量的变化率和发动机转速成正比（图2）。放大器
图1 1永磁体，2传感器外壳，3曲轴箱，4极针，5曲折，6气隙，7带参考标记的触发轮
随着触发轮速度的增加（几mV 100 V），交流电压的急剧增加。需要至少约30rpm来产生足够的振幅。
触发轮上的齿数取决于具体应用。在Motronic系统中，通常使用60节距的触发轮，但省略了2个齿（7），因此触发轮具有60 - 2 = 58颗牙齿。缺失齿的间隙被分配给限定的曲轴位置并且用作用于同步ECU的参考标记。
触发轮齿和极销的几何形状必须相互匹配。ECU中的评估电路将正弦电压转换为恒定幅度的方波电压，该正弦电压的特征在于强烈变化的幅度， 以便在ECU微控制器中进行评估。
主动速度传感器
主动速度传感器根据静磁原理运行。输出信号的幅度不依赖于转速。这使得可以感测到非常低的速度（准静态速度感测）。
图2 1齿，2牙缝隙，3参考标记
差分霍尔效应传感器
与磁场成比例的电压Uh （霍尔电压） 可以在通过磁感应B垂直渗透的载流板上水平地拾取到电流方向（图3）。在差分霍尔效应传感器中，磁场由永磁体产生（图4，位置1）。两个霍尔效应传感器元件（2 和3）位于磁铁和触发轮（4）之间。这些渗透的磁通量取决于传感器是与齿或间隙相对。通过确定两个传感器的信号之间的差异，有可能
图3 I极板电流 ，IH 霍尔电流 ，IV供电电流，UH 霍尔电压，UR 纵向电压，B 磁感应，alpha;由磁场引起的电子偏转
图4 a安排，b霍尔效应传感器的信号，
– 高振幅，气隙小
– 低振幅，气隙大
c输出信号，
1磁铁，2 霍尔效应传感器1，3 霍尔效应传感器2，
4触发轮
bull;减少磁干扰信号，和
bull;获得改善的信噪比
传感器信号的边缘可以直接在ECU中进行处理而无需数字化。
使用多极轮代替铁磁触发轮。这里， 可磁化塑料附着在非磁性金属载体上并交替磁化。这些北极和南极采用以前由触发轮的齿执行的功能。
AMR传感器
磁阻材料（AMR，Anisotropic Magneto Resistive）的电阻是各向异性的，即它取决于磁场的方向。该属性用于AMR传感器。传感器位于磁铁和触发轮之间。当触发轮旋转时，场线改变方向（图5）。这产生正弦电压，该电压在传感器中的评估电路中被放大并转换成方波信号
图5 a安排在不同的时间，b来自AMR传感器的号，c输出信号，1触发轮，2传感器元件，3磁铁
霍尔效应相位传感器
应用
发动机的凸轮轴以曲轴转速的一半旋转。将一个给定的活塞带到TDC的路上， 凸轮轴的旋转位置表明活塞是处于压缩还是排气冲程。
图1 a传感器的定位，和单轨触发轮，b输出信号
特征UA，1电气连接（插头），2传感器外壳，3曲轴箱，4密封圈，5永磁体，6霍尔效应IC，7带齿/分段（Z）和间隙（L）的触发轮
气隙 旋转角度
图2 TIM = 扭转密集安装（ 即， 传感器可以根据需要围绕 传感器轴旋转，而不会损 失任何精度。重要用于最小化类型多样性）。TPO =真正上电
凸轮轴上的相位传感器为ECU提供此信息。例如，这对于具有单火花点火线圈和顺序燃料喷射（SEFI）的点火系统是必需的。
设计和操作方法
霍尔效应杆传感器
霍尔效应杆传感器（图1a）利用霍尔效应：由转子制成的铁磁材料（位置7，带齿的触发轮，段或孔板）与凸轮轴一起旋转。霍尔效应IC（6）位于触发轮和永磁体（5），其产生垂直于霍尔效应元件的磁场强度。
如果其中一个触发轮齿（Z）现在通过载流传感器元件（半导体板），则它改变垂直于霍尔效应元件的磁场强度。这导致电压信号（霍尔电压）， 其与传感器和触发轮之间的相对速度a无关。集成在传感器霍尔效应IC中的评估电子元件调节信号并以方波信号Z的形式输出（图1b）。
（即，传感器直接检测到它是否位于齿或间隙上方。对于曲轴和凸轮轴信号之间的短同步时间很重要）。
由于微机械技术，可以在尽可能小的空间内定位传感器功能。通常，机械尺寸在微米范围内。硅具有其特殊的特性，已被证明是非常适合生产非常小且通常非常复杂的机械结构的材料。硅具有弹性和电气特性，几乎是传感器生产的理想选择。使用源自半导体工程领域的过程，机械和电子功能可以在单个芯片上或使用其他方法彼此集成。
微机械加速度传感器
微机械偏航率传感器
博世是第一家推出具有微机械测量元件的产品，用于汽车应用。这是一种用于测量负载的进气压力传感器，并于1994年投入批量生产。微机械加速度和偏航率传感器是小型化领域的最新发展，用于驾驶安全系统，用于乘员保护和车辆动力学控制（电子稳定程序， ESP）。下面的插图清楚地显示了这些组件实 际上有多小。
热膜空气质量计
应用
为了提供空气/燃料比的精确先导控制， 必须在相应的运行状态下精确确定供应的空气质量。为此目的，热膜式空气质量计测量一些实际引入的空气质量流量。它考虑了发动机进气门和排气门打开 和关闭引起的脉动和反向流动。进气 温度或气压变化对测量精度没有影响。
HFM5设计
HFM5热膜空气质量计（图1，位置5） 的外壳延伸到测量管（2）中，根据发动机所需的空气质量，测量管（2）可以有不同的直径（370 ... 970） 千克/小时）。
图1 1电气连接（插头），2测量管或空气过滤器外壳壁，3 评估电子设备（混合电路），4测量细胞，
5传感器外壳，6部分流量测量通道，7出口部分气流QM，8进口部分气流QM
测量管通常包含流量整流器，确保测量管中的流量均匀。流动整流器或者是具有矫直作用的塑料网和金属丝网的组合，或者是单独的金属丝网（图3，位置8）。测量管安装在空气过滤器下游的进气道中。也可提供插入式安装在空气过滤器内部的版本。
传感器中最重要的部件是进气口（8） 中的测量单元（图1，位置4）和集成 的评估电子装置（3）。
传感器测量单元由半导体衬底组成。敏感表面由隔膜形成已经在微机械工艺中制造。该隔膜采用了温度敏感电阻。评估电子元件上。该原理允许非常紧凑的设计。评估电子设备通过电气连接（1）与电子控制单元相连。
部分流量测量通道（6）的形状使得空气顺畅地流过测量池（没有旋转效应）并通过出气口（7）返回测量管。选择部分流量测量通道的入口和出口的长度和位置，即使在急剧脉动的情况下也能提供良好的传感器性能。
操作方法
HFM5热膜空气质量流量计是一种热传 感器，按照以下原则运行：测量池上 的中央位置加热电阻器（图3，位置3） 加热传感器膜片（5）并维持它在恒定温度下。温度在该受控加热区（4） 的每一侧急剧下降。
隔膜上的温度分布由两个与温度相关的电阻器记录，这两个电阻器安装在加热电阻器的上游和下游，以便与其对称（测量点M1，M2）。没有进入的空气流，温度分布（1）在加热区的每一侧是相同的（T1 = T2）。
一旦空气流过测量池，隔膜上的均匀温度分布就会发生变化（2）。在入口侧，温度特性更陡，因为流过该区域的进入空气将其冷却。在另一侧， 温度特性仅略微改变，因为流过的进入空气已被加热器元件加热。温度分布的变化导致测量点M1和M2之间的温差（Delta;T）。
热量散发到空气中，因此测量池的 温度特性取决于流过的空气质量。温差（与过去的空气流的绝对温度无关） 是气流质量的量度。它还与方向有关， 因此空气质量传感器可以记录空气质量流量的量和方向。由于其非常薄的微机械膜片，传感器具有高动态响应
（lt;15 ms），这一点在进入的空气剧烈脉动时尤为重要。
集成在传感器中的评估电子元件将测量点M1和M2处的电阻差转换为0到5 V之间的模拟电压信号。使用存储在ECU中的传感器特性（图2），测量电压
转换成表示空气质量流量（kg / h） 的值。
特征曲线的形状使得包含在ECU中的诊断设备可以检测诸如开路线路之类的故障。用于评估功能的附加温度传感器可以是集成在HFM5中。测量空气质量不是必需的。
如果传感器隔膜被灰尘，脏水或油污染，则会记录不正确的空气质量读数。为了
图3 1 温度曲线无气流，2气流温度曲线，3测量细胞，4 加热区，5 传感器膜片，6 带空气质量传感器的测量管，7进气流量，8 丝网
M1，M2 测量点
T1，T2 测量点M1 和M2的温度值
Delta;T温差
提高HFM5的坚固性，我们开发了 一种保护装置，它与导流板一起保持 脏水和灰尘远离传感器元件（HFM5-CI; 带有C形旁路和内管（I） ，与导流板一起保护传感器）。
HFM6热膜空气质量计
HFM6使用与HFM5相同的传感器元件， 并具有相同的基本设计。它在两个关键点上有所不同：
bull;集成的评估电子设备以数字方式运行，以获得更高的测量精度
bull;改变部分流量测量通道的设计， 以直接在传感器元件的上游提供防止污染的保护（类似于HFM5-CI 中的偏转器网格）
lt;
资料编号：[6027]
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