下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
发动机转速与曲轴位置传感器用于反映发动机转速和曲轴位置两个参数，将其合并介绍的原因是：是因为传感器产生反映发动机转速和曲轴位置这两个参数的电信号有两个电压脉冲和一个电压脉冲两种方式；传感器的结构形式上也有一体式和分装式两种形式。
1. 发动机转速与曲轴位置传感器概述
（1）发动机转速与曲轴位置传感器的作用
发动机转速与曲轴位置传感器用于产生代表发动机转速和曲轴位置的两个或一个电压脉冲信号。在燃油喷射和点火控制系统中，发动机转速与曲轴位置传感器信号是电子控制器确定喷油量、控制点火时间、识别气缸的重要信号，而其中的发动机转速信号还有更多的应用。在发动机怠速控制、废气再循环控制、燃油蒸发排放控制、配气相位可变控制、进气谐波增压控制、电子节气门等各项控制功能中，发动机转速信号是必不可少的。此外，防滑转控制、自动变速器控制等系统也需要发动机转速信号。
（2）发动机转速与曲轴位置传感器的类型
按传感器的组成结构与工作原理的不同分类，发动机转速与曲轴位置传感器有磁感应式、光电式、霍尔效应式三种类型，其基本原理在本丛书的《电路与电子技术基础》一书中已进行了介绍。
按传感器的安装位置与信号触发方式分类，发动机转速与曲轴位置传感器又有导磁转子触发式和齿圈触发式等。
2. 磁感应式发动机转速与曲轴位置传感器
磁感应式发动机转速与曲轴位置传感器的基本组成与工作原理，可参阅本丛书的《汽车电气系统原理与电路分析》一书。
（1）导磁转子触发式
有分电器的发动机电子控制系统，其发动机转速与曲轴位置传感器通常安装于分电器内，传感器的导磁转子由分电器轴驱动。典型的导磁转子触发式发动机转速与曲轴位置传感器如图1-2所示。
用于触发产生转速信号的导磁转子Ne和触发产生曲轴位置信号的导磁转子G上下布置，均由分电器轴驱动，分别触发Ne、G 1 及G 2 线圈产生交变的感应电压信号。导磁转子G有1个凸齿，分电器轴转一圈，触发G 1 和G 2 这两个线圈各产生1个电压脉冲；N导磁转子有24个齿，分电器轴转1圈，触发N感应线圈产生24个电压脉冲。电子控制器根据G 1 和G 2 脉冲电压信号确定发动机曲轴位置，根据Ne脉冲电压信号确定发动机的转速，并产生点火和喷油控制脉冲。
图1-2 导磁转子触发的磁感应式传感器
a）G传感器 b）Ne传感器 c）传感器轴向布置
1—G 1 感应线圈 2—G转子 3—G 2 感应线圈 4—Ne转子 5—Ne感应线圈 6—分电器壳
现代汽车上已很少采用分电器了，对于无分电器的发动机电子控制系统，通常设有专门的发动机转速与曲轴位置传感器装置，由凸轮轴或曲轴通过传感器轴来驱动导磁转子Ne和G。
（2）齿圈触发式
安装于飞轮壳体上的磁感应式发动机转速与曲轴位置传感器，利用飞轮的齿圈和飞轮上的正时记号触发产生感应电压。这种形式的传感器结构如图1-3所示。
当发动机转动而使飞轮的轮齿和飞轮上的正时记号通过相应的传感器铁心时，使传感器内部磁路的磁阻发生变化，穿过感应线圈的磁通量也发生变化，从而使传感器的两个感应线圈各自产生相应的电压脉冲信号。这两个脉冲信号的频率及相位与发动机的转速与曲轴的位置相对应。
齿圈触发的磁感应式传感器的另一种形式如图1-4所示，这种传感器只有一个感应线圈，用专用的信号触发齿圈触发。信号触发齿圈在某个位置缺齿，缺齿位置与曲轴的位置有确定的对应关系。比如，富康系列轿车上使用的发动机转速与曲轴位置传感器信号触发齿圈有（60-2）个齿。安装后，缺齿位置与1缸、4缸上止点前114°的曲轴位置相对应。飞轮转动时传感器产生的信号电压波形如图1-4b所示，电子控制器根据此脉冲信号计算发动机转速，并确定曲轴位置。
图1-3 飞轮齿圈触发的磁感应式发动机转速与曲轴位置传感器
a）安装位置 b）内部结构
1—曲轴位置传感器 2—转速传感器 3—飞轮齿圈 4—曲轴位置标记 5—永久磁铁 6—铁心 7—感应线圈
图1-4 专用齿圈触发的磁感应式传感器
a）传感器原理 b）传感器信号电压波形
1—齿圈（58个齿）2—传感器
3. 光电式发动机转速与曲轴位置传感器
光电式发动机转速与曲轴位置传感器的主要部件是发光元件、光电元件及遮光转子。它的基本组成与工作原理可参阅本丛书的《汽车电气系统原理与电路分析》一书。安装在分电器内的光电式发动机转速与曲轴位置传感器，如图1-5所示。
图1-5 光电式发动机转速与曲轴位置传感器
a）分电器内的光电式传感器 b）遮光盘 c）结构简图
1—光电耦合器 2—遮光盘 3—第一缸 120°信号缺口 4—1°信号缝隙 5—120°信号缺口 6—发光管 7—分火头 8—密封盖 9—整形电路 10—光电管
传感器遮光转子有两组缺口，其外圈均布有360道缝隙，内圈有与发动机缸数相同的缺口。这两组缺口分别与两组发光二极管与光电二极管（光电耦合器）对应。发动机工作时，一组光电耦合器通过转子外圈缝隙的透光，每转一圈产生360个脉冲信号；另一组光电耦合器则是通过内圈缺口的透光，每转一圈产生与气缸数相同的脉冲信号。两个光电二极管产生的脉冲信号经整形电路整形后输入电子控制器，用以确定发动机的转速和曲轴的位置。
光电式发动机转速与曲轴位置传感器的发光二极管和光电二极管沾灰或沾有油污就会影响其正常工作，其抗“污”能力较差，因而在现代汽车上的应用较少。
4. 霍尔效应式发动机转速与曲轴位置传感器
霍尔效应式发动机转速与曲轴位置传感器的基本组成与工作原理，可参阅本丛书的《汽车电气系统原理与电路分析》一书，霍尔效应式传感器的基本组成如图1-6所示。与磁感应式传感器一样，它也有不同的结构形式与安装方式。
图1-6 霍尔效应式传感器的基本组成
1—导磁转子 2—带导磁板的永久磁铁 3—霍尔元件及集成电路 4—信号触发开关
（1）导磁转子触发式
安装在分电器内的霍尔效应式发动机转速与曲轴位置传感器有两个导磁转子，两个叶片数不同的导磁转子上下布置，分别对应一个信号触发开关。当发动机运转时，分电器轴转动，两个导磁转子分别触发对应的信号触发开关，产生两个电压脉冲信号。
无分电器的发动机电子控制系统，其霍尔效应式传感器的结构形式大致分为三种：①传感器轴上两个导磁转子上下布置；②两个导磁转子内外布置，在内外导磁转子的侧面各设置一个信号触发开关（图1-7）；③两个导磁转子和相应的触发开关分别安装于两个传感器上，由各自的传感器轴通过曲轴和凸轮轴驱动导磁转子。
图1-7 导磁转子内外布置的霍尔效应式传感器
1—内侧导磁转子 2—外侧导磁转子
（2）专用齿槽触发式
这种霍尔效应式发动机转速与曲轴位置传感器也是安装在飞轮壳处，在飞轮齿圈与驱动盘的边缘有对称的两组（6缸发动机为3组）槽，每组槽均布有4个槽，如图1-8所示。当槽对准信号触发开关下方时，传感器输出高电平（5V），而当无槽面对准信号触发开关下方时，传感器输出低电平（0.3V）。发动机运转时，传感器产生如图1-8b所示的电压波形，电子控制器根据此脉冲信号即可判别曲轴的位置，并计算发动机转速。
1. 空气流量传感器概述
（1）空气流量传感器的作用
空气流量传感器用于将发动机的进气流量转变为相应的电信号，用于间接地反映发动机负荷的大小，是电子控制器计算基本喷油量、确定最佳点火提前角的重要参数之一。此外，在废气再循环控制和燃油蒸发排放控制中，空气流量传感器的信号也是确定废气再循环流量和炭罐清污通气量的重要依据。
图1-8 专用齿槽触发的霍尔效应式发动机转速与曲轴位置传感器
a）传感器组成原理 b）传感器信号电压波形
1—齿槽 2—信号触发开关 3—飞轮
（2）空气流量传感器的类型
在汽车发动机上应用的空气流量传感器根据其结构与工作原理的不同，可分为量板式、热式、卡门涡旋式等形式。
量板式空气流量传感器也称为翼片式或叶片式；热式空气流量传感器根据结构形式的不同又有热丝主流式、热丝旁通式和热膜式等形式；卡门涡旋式也有反光镜式和超声波式之分。
2. 量板式空气流量传感器
（1）测量原理
量板式空气流量传感器的测量原理如图1-9所示。当发动机运转时，进气流推动量板克服回位弹簧的弹簧力而绕轴心转动，使固定在同一轴上的电位计滑片也随之转动，使电位计有相应的电压输出。进气流量大，流量计量板转动的角度也大，与量板联动的电位计滑片同步转动，输出与空气流量相对应的电压信号。
图1-9 量板式空气流量传感器的测量原理
1—回位弹簧 2—电位计电阻 3—电位计滑片 4—流量计量板
（2）结构特点
量板式空气流量传感器由流量传感器和电位计组成，其结构如图1-10所示。流量传感器放置在进气通道中，量板与电位计滑片均与转轴固定，可随进气流量的大小转动相应的角度。
量板式空气流量传感器的流量传感器设有怠速旁通道、阻尼板和缓冲室（图1-11）。怠速旁通道用于改善发动机怠速和小负荷时的空燃比，因为通过旁通道的空气未经流量计量板计量，会使喷油量有所减少，以适应怠速和小负荷工况空燃比的实际需要。通过怠速CO调整螺钉可改变怠速旁通道的截面积，用以调整发动机怠速时的混合气浓度。阻尼板和缓冲室用于稳定传感器的输出电压，当量板转动时，与之连为一体的阻尼板在缓冲室转动进而形成阻尼，可减缓进气出现冲击气流时量板的振动，以减小传感器信号电压波动。
图1-10 量板式空气流量传感器的结构
1—进气温度传感器 2—燃油泵触点 3—回位弹簧 4—调节齿轮 5—电位计滑片 6—印制电路板 7—插接器 8—怠速CO调整螺钉 9—流量计量板
图1-11 怠速旁通道及阻尼板的作用
a）怠速时空气经旁通道 b）大负荷时空气经主通道
1—量板 2—转轴 3—缓冲室 4—阻尼板 5—进气主通道 6—怠速旁通道 7—怠速CO调整螺钉
量板式空气流量传感器上的怠速CO调整螺钉是用于调整发动机怠速运转时的混合气浓度，用以控制发动机怠速时的CO排放。
注意： 此调整螺钉不是用来调整怠速的！
（3）测量电路
量板式空气流量传感器采用相对电压检测方式，即用 U S / U B 表示进气量信号，用以解决电源电压波动对信号测量精度的影响。大众车系量板式空气流量传感器测量电路如图1-12所示。
在电源电压波动时，电位计的输出绝对电压 U S 会随之变化而影响测量精度。用相对电压 U S / U B 表示空气流量，在电源电压波动时， U S 、 U B 同时成比例地变化，其比值仍然保持不变，从而减小了电源电压波动对传感器测量精度的影响。
图1-12 量板式空气流量传感器测量电路
1—燃油泵开关 2—电位计 3—进气温度传感器 4—串联电阻
（4）进气温度传感器的作用
由于量板式空气流量传感器测得的是体积流量，当进气温度变化时，空气的密度也会随之而变，这会导致传感器信号产生误差。因此，在空气流量传感器中需要设置进气温度传感器，用以向电子控制器提供进气温度电信号，使电子控制器能对进气流量信号进行温度修正。
（5）燃油泵开关的作用
空气流量传感器中的燃油泵开关串联在燃油泵电路中，用于在无进气（发动机不工作）时，断开燃油泵电路，使燃油泵在发动机停机时，即使点火开关未关，发动机也会立刻停止工作。
量板式空气流量传感器带燃油泵开关的汽车现已不多见，无燃油泵开关的量板式空气流量传感器、涡旋式空气测量传感器及热式空气流量传感器等，均是由电子控制器内部的燃油泵驱动电路来实现燃油泵开关控制功能的。
3. 涡旋式空气流量传感器
（1）涡旋式空气流量传感器的测量原理
涡旋式空气流量传感器的测量原理如图1-13所示。在进气通道中设置一锥形涡旋发生器，当空气通过时，涡旋发生器的后面便会产生两列并排的涡旋，此涡旋也叫卡门涡旋。卡门涡旋的频率 f 与空气流速 v 有如下关系：
式中 d ——涡流发生器外径；
S t ——斯特罗巴尔数。
合理地设计进气通道截面积和涡旋发生器的尺寸，使发动机进气流速范围内的 S t 为一常数。这样，卡门涡旋的频率 f 与空气的流速 v 成正比关系。因此，只要测出 f ，就可以知道 v ，空气的流速 v 乘以空气通道的截面积便可获得进气体积流量。
图1-13 涡旋式空气流量传感器的测量原理
1—涡旋发生器 2—卡门涡旋
（2）涡旋式空气流量传感器的结构形式
涡旋式空气流量传感器是利用涡旋发生器产生空气涡旋，并通过测得与空气流速成正比的空气涡旋数来检测进气管的空气流量。根据检测涡旋频率的方式不同，涡旋式空气流量传感器可分为反光镜式和超声波式两种结构形式。
图1-14 反光镜检测式卡门涡旋空气流量传感器
1—支撑片 2—镜片 3—发光二极管 4—光电二极管 5—板簧 6—卡门涡旋 7—导压孔 8—涡旋发生器
1）反光镜检测式。反光镜检测式空气流量传感器的结构特点如图1-14所示。这种检测方式是利用空气流经涡旋发生器产生涡旋时，其两侧压力会发生变化这一特点，通过导压孔时将产生涡旋，涡旋发生器的压力振动引向用薄金属制成的反光镜，使反光镜产生振动。反光镜将发光二极管投射来的光反射给光电二极管，当涡旋产生时，反光镜的振动会使反射光也振动，光电二极管便会产生与反光镜振动相对应的电压脉冲，该电压脉冲的频率与空气涡旋频率相对应。
2）超声波检测式。超声波检测式空气流量传感器的组成部件如图1-15所示。此检测方式利用涡旋会引起空气疏密变化的特点，用超声波发生器发出超声波，并通过发射器向涡旋的垂直方向发射超声波。另一侧的超声波接收器接收到随空气的疏密变化而变化的超声波，此波经接收电路信号处理后，便成为与涡旋频率相对应的矩形脉冲信号。
图1-15 超声波检测式卡门涡旋空气流量传感器
1—整流器 2—涡旋发生器 3—涡流稳定板 4—信号发生器 5—超声波发生器 6—送往进气管的空气 7—超声波接收电路 8—整形后矩形波 9—接收器 10—卡门涡旋 11—接电子控制器 12—空气旁通管路
涡旋式空气流量传感器输出以脉冲个数计量空气流量的数字式信号，所以输入到电子控制器后无需进行模/数转换。此外，由于涡旋式空气流量传感器无运动部件，信号反应灵敏，测量精度也比较高。因此，涡旋式空气流量传感器在汽车上有较多应用。
4. 热式空气流量传感器
（1）热式空气流量传感器的测量原理
在进气的通道中放置一电热体（图1-16），当空气通过时，空气将会带走热量而使电热体的温度下降，引起电热体的电阻下降，流过电热体的电流就会增加。通过电热体的空气流量越大，带走的热量就越多，流经电热体的电流也就越大。这个与空气流量相对应的电流信号，再由测量电路转换为相对应的电压信号。
可见，热式空气流量传感器是利用进气通道中空气流量与电热体电流之间这样一种对应关系，来获得反映空气流量的电压信号。
（2）热式空气流量传感器的结构形式
1）热丝主流式。传感器的组成部件和结构特点如图1-17所示。电热体由铂丝制成，热丝的工作温度一般在100～120℃。为防止进气的气流冲击和发动机回火对热丝造成损坏，在其两端都有金属网加以保护。
图1-16 热式空气流量传感器测量原理
图1-17 热丝主流式空气流量传感器
1—金属网 2—取样管 3—热丝 4—温度传感器 5—控制电路 6—接线端子
由于热丝上有任何沉积物都会影响其传热，进而对传感器的测量精度造成很大的影响，因此，热丝式空气流量传感器通常配有自洁功能。这个自洁功能就是在每次发动机熄火后约5s，控制器输出一个自洁控制信号，使热丝通过较大的控制电流（持续约1s），将热丝迅速加热到1000℃左右的高温，用以烧掉热丝上的沉积物。
2）热丝旁通式。热丝旁通式空气流量传感器的组成部件与结构特点如图1-18所示。冷丝（用作空气温度补偿电阻）和热丝均绕在螺线管上，安装在旁空气通道内，热丝的工作温度一般在200℃左右。这种旁通的结构形式可以降低主空气通道的进气阻力。
3）热膜式：热膜式空气流量传感器的电热体由一铂片固定在树脂薄膜上组成（图1-19）。这种结构形式可使铂片免受空气气流的直接冲击，提高了传感器的可靠性和使用寿命。
（3）测量电路
热式空气流量传感器的测量电路原理如图1-20所示。
置于进气通道中的电热体电阻R H 和空气温度补偿电阻R K 与测量电路中的常值高精度电阻R A 、R B 共同组成惠斯通电桥。接通电源后，控制电路使电热体通电。发动机工作时，随着进气管空气流量的增大，电热体的冷却作用加剧而使其电阻减小，通过R H 的电流 I H 增大，使电阻R A 输出反映空气流量的电压信号增大。
图1-18 热丝旁通式空气流量传感器
1—冷丝或热丝 2—陶瓷螺线管 3—控制回路 4—冷丝（温度补偿）5—热丝
图1-19 热膜式空气流量传感器
1—插头 2—混合电路盒 3—金属热膜元件 4—壳体 5—滤网 6—导流格栅
图1-20 热式空气流量传感器测量电路原理
R K —温度补偿电阻R H —电热体电阻R A 、R B —常值高精度电阻 U 0 —输出信号
进气温度变化时，会使电热体电阻R H 随之而变，使信号电压也随之发生变化，这会导致传感器产生测量误差。测量电路中设置了空气温度补偿电阻R K ，并将其连接在相邻的电桥臂上，在进气度变化时，R K 会有与R H 相同的电阻变化，而对信号电压的影响则正好相反，这样就抵消了R H 随进气温度变化对信号电压的影响，起到温度补偿的作用。
热式空气流量传感器的测量范围大、反应灵敏、体积小，由于信号与空气质量流量相对应，因此一般无需对大气压力和进气温度的变化进行修正。热式空气流量传感器的缺点是电热体受污染后，对测量精度影响较大。
1. 进气压力传感器概述
（1）进气压力传感器的作用
进气压力传感器是将发动机进气管的压力转变为相应的电信号，其作用如同空气流量传感器。因此，在发动机电子控制系统中，如果使用了进气压力传感器，就不用空气流量传感器了。进气压力传感器如图1-21所示。
图1-21 进气压力传感器
（2）进气压力传感器的类型
压力传感器有多种类型，根据其信号产生的原理可分为压电式、半导体压敏电阻式、电容式、差动变压器式（真空膜盒传动）和表面弹性波式等。用于检测发动机进气管压力的传感器主要有半导体压敏电阻式和电容式两种，其中半导体压敏电阻式应用广泛，电容式应用相对较少。
半导体压敏电阻式传感器利用了半导体的压阻效应将被测的压力参数转换为电压信号。压阻效应是指半导体晶体材料受拉或受压时，其晶体点阵的排列规律会发生变化，从而使半导体晶体中的电子和空穴（称载流子）数量发生变化及迁移，导致其电阻率变化的物理效应。利用半导体的这一特性，可将其制成受力变形后，电阻会随之相应改变的应变片。
2. 半导体压敏电阻式进气压力传感器
（1）测量原理
半导体压敏电阻式进气压力传感器的敏感元件是半导体应变片，其应变片的贴片位置和测量电路如图1-22所示。
图1-22 压敏电阻式传感器测量原理
a）半导体应变片贴片位置 b）传感器测量电路
1—硅膜片 2—集成放大电路R 1 、R 2 、R 3 、R 4 —半导体应变片
半导体应变片受拉/压时，其电阻会随受力的大小有相应的改变。将应变片按一定的布置方式贴在硅膜片上，并把它们连接成惠斯通电桥。当硅膜片受力变形时，各应变片受拉或受压，因而其电阻发生相应的变化，通过电桥可转换为相应的电压信号。
由于电桥输出的电压很低，通常需要经集成放大电路进行电压放大后，再输送给电子控制器。
（2）结构特点
半导体压敏电阻式进气管压力传感器的组成与结构如图1-23所示。
图1-23 半导体压敏电阻式进气管压力传感器的组成与结构
1—滤波器 2—混合集成放大电路 3—压力转换元件 4—滤清器 5—外壳 A —进气管压力
传感器的压力转换元件中有贴有半导体应变片的硅膜片，硅膜片的一面是真空，另一面通过一根真空管导入进气管的压力。当进气管压力变化时，硅膜片的变形量就会随之改变，硅膜片上应变片的电阻就会有相应变化，电桥会产生相应的电压信号。进气管压力越大，硅膜片的变形量也越大，传感器的输出电压也就越高。
半导体压敏电阻式进气管压力传感器的线性度好，且结构尺寸小、精度高、响应特性好。因此，汽车电子控制系统大都使用这种类型的进气压力传感器。
3. 电容式进气压力传感器
（1）电容式进气压力传感器测量原理
电容式压力传感器利用膜片构成一个电容值可变的压力敏感元件，当膜片受到压力的作用而变形时，电容会相应改变。然后，通过相应的测量电路将电容的变化转换为相应的电信号。典型的电容式压力传感器测量原理如图1-24所示。
图1-24 电容式进气压力传感器测量原理
a）频率检测式 b）电压检测式
1—电容式压力敏感元件 2—振荡电路 3—整流电路 4—放大器 5—滤波电路 6—检波电路 7—载波与交流放大电路 8—振荡器
1）频率检测式。在频率检测式测量电路（图1-24a）中，振荡电路的振荡频率随压力敏感元件电容值的大小变化而改变，经整流、放大后，输出频率与压力相对应的脉冲信号。
2）电压检测式。在电压检测式测量电路（图1-24b）中，将压力敏感元件电容值的大小变化转变为电路中微弱的电压变化，经载波与交流放大电路的调制、检波电路的解调、滤波电路的滤波后，输出与压力变化相对应的电压信号。
（2）结构特点
电容式进气压力传感器的结构示意图如图1-25所示，氧化铝膜片与中空的绝缘介质构成一个内部为真空的电容式压力敏感元件，并与混合集成电路（传感器测量电路）连接。传感器通过真空管导入进气管的压力后，氧化铝膜片在进气压力的作用下产生变形，使电容发生改变，经混合集成电路处理后，输出与进气压力变化相对应的电信号。
图1-25 电容式进气压力传感器
1、4—电极引线 2—厚膜电极 3—绝缘介质 5—氧化铝膜片 6—进气管压力
相比于起相同作用的空气流量传感器，进气压力传感器只需要在进气管壁上设置一个小孔，而在进气管道中无进气压力传感器的任何部件，因而对进气不会有任何干扰；利用真空管的引导，可将进气压力传感器安装在远离进气歧管的地方，甚至可安装在电子控制器盒内。由于进气压力传感器对进气无阻碍作用，且安装位置灵活，因而在现代汽车电子控制系统中，其应用也越来越多。
1. 温度传感器概述
（1）温度传感器的作用
温度传感器的作用是将被测对象温度的变化转换为相应的电信号，使控制器能进行温度修正或进行与温度相关的自动控制。
图1-26所示是用于检测发动机温度的传感器，它可将发动机当前工作状态下的温度转变为电信号。在发动机的燃油喷射控制、点火控制、怠速控制、废气再循环控制、炭罐通气量控制等控制系统中，均需要发动机温度传感器所提供的发动机温度信号。
图1-26 发动机温度传感器
在汽车电子控制系统中，用于检测温度参数的温度传感器还有进气温度传感器、排气温度传感器、燃油箱温度传感器、变速器油温度传感器、蒸发器温度传感器、车内温度传感器、车外温度传感器、加热器温度传感器等，分别用于相关控制系统的温度修正控制或与温度相关的自动控制。
（2）温度传感器的类型
温度传感器按其结构与工作原理可分为热敏电阻式、双金属式、热电耦式、热敏磁性式等多种形式。在汽车发动机电子控制系统中使用的温度传感器基本上都是采用半导体热敏电阻式温度传感器。
半导体热敏电阻式温度传感器按其不同的温度特性可分为三种类型，如图1-27所示。
图1-27 半导体热敏电阻的温度特性
1）正温度系数的热敏电阻（PTC）：此类温度传感器其半导体敏感元件的电阻随温度上升而增大，PTC在汽车上的应用并不多见，PTC通常被用作温度补偿或恒温式加热元件。
2）负温度系数的热敏电阻（NTC）：半导体的电阻随温度的上升而减小，此类半导体热敏电阻式温度传感器在汽车上应用最为广泛。
3）在某一临界温度下电阻跃变（CTR）：半导体的电阻只是在某临界温度下才会有跃变，此类半导体通常用作热敏开关。
2. 热敏电阻式温度传感器结构原理
（1）测量原理
热敏电阻式温度传感器通过其敏感元件的电阻值随温度变化而变这一特性，将被测对象温度的变化转换为电阻的变化，再通过相应的测量电路将电阻的变化转换为相应的电压或电流信号。热敏电阻式温度传感器的测量电路主要有串联式和串并联式两种形式，如图1-28所示。
图1-28 热敏电阻式温度传感器的测量电路
a）串联式测量电路 b）串并联测量电路
R—常值电阻 R t —传感器热敏电阻
当热敏电阻式温度传感器的电阻随被测温度的变化而改变时，热敏电阻上的电压降就会随之改变，从A点输出一个与温度相对应的电压信号。
（2）结构形式
在汽车上使用的热敏电阻式温度传感器敏感元件均为半导体，其基本结构形式如图1-29所示。工作时，通过热交换（经传热套筒传热），使传感器热敏电阻与被测对象的温度趋于一致，热敏电阻的电阻值与温度相对应，并通过测量电路转换相应的电压信号，电压信号通过内部引线和接线端子输入控制器。
图1-29 半导体热敏电阻式温度传感器
a）双引线 b）单引线
1—接线端子 2—引线 3—热敏电阻 4—传热套筒
需要说明的是，汽车电子控制系统中所用的各温度传感器的工作温度是不同的，发动机冷却液温度传感器的工作温度为-20～130℃，而排气温度传感器的工作温度则高达600～1000℃。为使不同用途的温度传感器能在不同的温度范围内正常工作，在制备温度传感器热敏元件时，通过选择不同的氧化物、控制掺入氧化物的比例和烧结温度等，以使半导体材料能有相应的温度特性（在某一温度范围有很好的线性度）。将这些适用于不同工作温度的半导体热敏电阻制成温度传感器，就可用于各种不同的温度测量。
（3）性能特点
半导体热敏电阻式温度传感器具有灵敏度高、响应特性好、电阻值和温度测量范围大等优点，因而在汽车电子控制系统中被广泛使用。
1. 节气门位置传感器概述
（1）节气门位置传感器的作用
节气门位置传感器用于将节气门的开度转变为电信号，电子控制器从中可获得节气门开度与开启速度、怠速状态等信息。在发动机各个电子控制系统中，节气门位置传感器是不可或缺的；在自动变速器电子控制系统中，节气门位置传感器所提供的节气门开度信号则是自动换档控制的重要参数之一；在防滑转控制系统和巡航控制系统中，也需要节气门位置传感器提供节气门开度信号。
（2）节气门位置传感器的类型
根据结构与提供的信号形式的不同，节气门位置传感器主要有线性式和开关式两种类型。
线性式节气门位置传感器可提供节气门从关闭到全开所有位置的信息，而开关式节气门位置传感器只提供节气门关闭和全开两个位置信息。在现代汽车发动机电子控制系统中，普遍采用线性节气门位置传感器。
2. 线性式节气门位置传感器
（1）线性式节气门位置传感器的结构
线性式节气门位置传感器相当于一个加设了怠速触点的滑片式电位器，其结构与内部电路如图1-30所示。
图1-30 线性式节气门位置传感器
a）结构简图 b）内部电路
1—滑片电阻 2—节气门位置滑片 3—节气门全关滑片 4—滑片摆臂 5—传感器轴V C —电源V TA —节气门位置信号 IDL—怠速信号 E—接地
线性式节气门位置传感器的传感器轴与节气门联动，通过滑片摆臂可带动两端的节气门位置滑片和节气门全关滑片转动。
（2）线性节气门位置传感器的工作原理
当节气门开度变化时，传感器轴随节气门的转动而转动，带动滑片摆臂转动，使节气门位置滑片在电阻体上作相应的滑动，电位器输出相应的节气门位置信号V TA 。
在节气门关闭时，滑片摆臂带动节气门关闭滑片正好处于怠速触点处，将怠速触点接通，因而从IDL端子输出怠速信号。
3. 开关式节气门位置传感器
（1）开关式节气门位置传感器的结构
开关式节气门位置传感器的结构如图1-31所示。传感器内部有节气门全开和全闭两对触点，由随节气门轴一起旋转的导向凸轮控制其张开或闭合。
图1-31 开关式节气门位置传感器
1—导向凸轮 2—节气门轴 3—控制杆 4—移动触点 5—怠速触点 6—节气门全开触点 7—线路连接器 8—导向槽
（2）开关式节气门位置传感器的工作原理
当发动机处于怠速工况时，节气门关闭，节气门轴带动导向凸轮转动的位置使节气门全闭（怠速）触点接通，传感器输出节气门关闭信号。
当发动机处于高速或大负荷（节气门开度大于50°）工况时，节气门轴带动导向凸轮转动的位置使全开触点接通，传感器输出发动机大负荷信号。
开关式节气门位置传感器无节气门中间开度信号输出，其检测性较差，在现代汽车电子控制系统中已较少见。
1. 氧传感器概述
（1）氧传感器的作用
汽油机为获得高排气净化率，降低排气中一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NO x ）的数量，在排气管处都装有三元催化转化器。从图1-32的三元催化转化器的废气净化特性可以看出，只有在混合气浓度在理论空燃比（理论上混合气充分燃烧的空气与燃料的比例）时，三元催化转化器对HC、CO、NO x 净化效果才能同时达到最佳的效果。
图1-32 三元催化转化器的废气净化特性曲线
氧传感器的作用是检测发动机废气中氧的含量，据此向电子控制器提供混合气空燃比（混合气过浓或过稀）反馈信号，使电子控制器能及时地修正喷油量，将混合气浓度控制在理论空燃比附近，以使排气管中三元催化转化器对废气中HC、CO、NO x 的净化达到最佳效果。
（2）氧传感器的类型
当混合气过浓或过稀时，氧传感器向控制器提供一个能识别混合气过浓或过稀的电压信号。目前在发动机电子控制系统中使用的氧传感器有氧化锆型和氧化钛型两种，如图1-33所示。
图1-33 氧传感器
a）氧化锆型氧传感器 b）氧化钛型氧传感器
2. 氧化锆型氧传感器
（1）测量原理
氧化锆（ZrO 2 ）具有这样一个特性：在400℃左右，如果其两侧气体的氧含量有较大差异，氧离子就会从氧含量高的一侧向氧含量低的一侧扩散，使两侧电极间产生电位差 E （图1-34）。 E 的大小可由下式表示：
式中 R ——气体常数（J/mol·K）；
T ——绝对温度（K）；
F ——法拉第常数（c/mol）；
P 1 、 P 2 ——两侧气体氧气分压（Pa）。
图1-34 氧化锆的特性
氧化锆型氧传感器就是利用了氧化锆的这一特性，将氧敏感元件（ZrO 2 ）制成试管状（图1-35），使其内侧通大气（氧含量高），外侧通过发动机的排气（氧含量低）。混合气偏浓时，排出的废气中的氧含量极少，氧化锆内外侧氧的浓度差大，因而产生一个较高的电压；混合气偏稀时，排出的废气中含有较多的氧，氧化锆内外侧的氧浓度差较小，产生的电压较低。电子控制器根据此电压的大小来判断发动机混合气的空燃比。
（2）结构特点
氧化锆型氧传感器的结构如图1-36所示。
图1-35 氧化锆型氧传感器测量原理
1—氧化锆 2—铂（废气侧）3—铂（大气侧）
图1-36 氧化锆型氧传感器的结构
1—导入排气孔罩 2—锆管 3—电极 4—弹簧 5—绝缘支架 6—接线端子 7—排气管壁
氧化锆的内外表面都涂有铂，铂的外表面有一层陶瓷，起保护铂电极的作用。氧化锆表面涂铂的作用是催化废气中的O 2 与CO反应，使混合气偏浓时废气中的氧含量几乎为零，而对混合气偏稀时因废气中的氧气较多而对氧含量影响不大，这样就显著提高了氧传感器的灵敏度（图1-37）。
图1-37 氧化锆型氧传感器输出特性
a）无铂催化作用 b）有铂催化作用
1—氧传感器输出的电动势 2—通过氧传感器废气中O 2 的浓度 λ —过量空气系数
（3）氧传感器加热器的作用
氧化锆型氧传感器中一般设有加热器，其作用是在发动机冷起动后，排气管温度尚未达到氧传感器正常工作温度（400℃以上）时，控制器控制加热器通电发热，以加热氧传感器，使氧传感器能迅速达到正常工作温度。
3. 氧化钛型氧传感器
（1）测量原理
二氧化钛（TiO 2 ）在室温下具有高电阻性，但当其周围气体氧含量少时，TiO 2 中的氧分子将逃逸而使其晶格出现缺陷，电阻随之下降。二氧化钛电阻 R 的变化可由下式表示：
式中 A ——常数；
E ——活化能；
K ——玻尔兹曼常数（1.380649×10 -23 J/K）；
T ——热力学温度（K）；
——氧分压（Pa）；
1/ m ——取决于晶格缺陷性质的指数。
氧化钛型氧传感器就是利用二氧化钛的电阻特性，将二氧化钛敏感元件置于排气管中，当混合气偏稀时，排出的废气中氧含量较高，传感器的电阻较大；当混合气偏浓时，排出的废气中氧含量很低，传感器的电阻相应减小。这一电阻的变化通过测量电路转变成相应的电压信号。电子控制器根据此电压信号来判断发动机的空燃比。
（2）结构特点
氧化钛型氧传感器的结构和电路连接如图1-38所示。
图1-38 氧化钛型氧传感器的结构和电路连接
a）结构 b）电路连接
1—二氧化钛元件（R 0 ）2—金属壳 3—瓷体 4—接线端子 5—陶瓷黏结剂 6—引线 7—热敏元件（R t ）
二氧化钛为电阻型传感器，温度变化时，其电阻也会改变。为此，传感器中除了有一个具有多孔性的二氧化钛敏感元件（用来检测废气氧含量）外，还有一个温度系数与之相同的实心二氧化钛元件（用作温度补偿），并将其连接成图1-38b所示的电路中，以消除温度变化对测量精度的影响。
爆燃是指发动机气缸内产生了爆炸式的燃烧。发动机气缸内正常的燃烧是通过火焰核心向周围混合气的迅速传播，最终使气缸内的混合气先后全部燃烧起来。爆燃则是火焰核心通过热辐射使火焰周围的混合气温度升高，并在达到自燃点后自行燃烧起来。由于气缸内的混合气几乎是同时燃烧起来，其燃烧的过程就如同爆炸。
1. 爆燃传感器概述
（1）爆燃传感器的作用
爆燃传感器用于监测发动机是否爆燃，当发动机出现爆燃时，传感器便产生相应的电信号，并输送给电子控制器，电子控制器通过推迟点火的方式使发动机爆燃迅速消失。
爆燃传感器可使发动机点火控制系统实现闭环控制，使点火时间的控制更接近于最佳状态。
（2）爆燃传感器的类型
发动机爆燃时，气缸内的压力会陡然上升，而缸体会产生高频振荡，伴随着缸体的振动，活塞与缸壁之间会发生碰撞而产生尖锐的金属敲击声。在发动机电子控制系统中，爆燃传感器是根据发动机缸体的振动产生相应的电信号，获取发动机的爆燃信息。
根据发动机爆燃传感器结构与工作原理不同分，有压电式和磁电式两种类型；爆燃传感器根据其工作特性分，又有共振型和非共振型两种。压电式爆燃传感器具有测试频率高、灵敏度高等特点，在现代汽车中应用较为广泛。
爆燃传感器按其安装形式的不同，大体上又可分为螺纹旋入式和螺栓紧固式两种，如图1-39所示。
图1-39 爆燃传感器
a）螺纹旋入式 b）螺栓紧固式
2. 压电式爆燃传感器
（1）测量原理
由石英晶体、钛酸钠晶体等制成的压电元件在受力变形时，因内部产生极化现象，而在其两个表面分别产生正负电荷，当力消失时，元件变形恢复，电荷也立即消失。此种现象称之为压电效应，晶体表面产生的电荷 q 与所受的力 F 成正比：
q = DF
式中 D ——电压元件的压电常数。
从压电元件的正、负电荷表面可引出电压信号，电压的大小与所受的力也成正比。压电式爆燃传感器是利用压电元件所具有的压电效应，将缸体的振动转变为相应的电压脉冲，向控制器提供发动机爆燃信号。
压电式传感器内有一个振子，当传感器随被测物体振动时，就会使振子随之振动，给压电元件施加一个振动的力，从而使压电元件产生与被测物体振动相对应的电压脉冲。被测物体振动越大，传感器振子的振动和压电元件的受力也越大，产生的信号电压幅值也就越大。
（2）结构形式
压电式爆燃传感器的结构如图1-40所示。
图1-40 压电式爆燃传感器
a）共振型 b）非共振型
1—压电元件 2—振荡片 3—基座 4、6—O形环 5—连接器 7—接线端子 8—密封剂 9—外壳 10—引线 11—配重
1）共振型压电式爆燃传感器。传感器内振荡片的自振频率在发动机爆燃的特征频带内，因此，当发动机产生爆燃时，传感器内的振荡片会产生共振，使紧贴的压电元件变形加剧，产生的电压信号比非爆燃时要大许多倍，这就提高了信噪比，检测电路对爆燃信号的识别和处理也就比较容易。
2）非共振型压电式爆燃传感器。传感器也是由振子随发动机的振动而对压电元件施加压力，使压电元件产生振荡电压脉冲。但是，非共振型传感器振子在发动机爆燃时不会产生共振，因而压电晶体产生的电压并无明显增大，因而这种类型的爆燃传感器检测的是缸体的振动频率，需要匹配专门的滤波器来判断发动机是否爆燃。
3. 磁电式爆燃传感器
（1）测量原理
磁电式传感器根据感应线圈产生感应电压的方式，分为变磁路磁阻式、移动铁心式、移动（或转动）线圈式三种。磁电式爆燃传感器均采用移动铁心式。移动铁心式传感器测量振动的核心部件是永久磁铁和绕有感应线圈的铁心，铁心通过两端的弹簧定位，当铁心在外部振动的激励下振动时，感应线圈就会因磁通量发生变化而产生感应电动势，感应电动势的频率和幅值与被测对象的振动情况相对应。
（2）结构与工作特性
磁电式爆燃传感器由铁心、外壳、感应线圈和永久磁铁组成，如图1-41所示。
图1-41 磁电式爆燃传感器
1—感应线圈 2—铁心 3—外壳 4—永久磁铁
安装在发动机缸体上的磁电式爆燃传感器在发动机缸体振动时，其铁心随发动机的振动而移动，使感应线圈产生感应电动势，发动机的振动幅度大，铁心移动的幅度就大，感应线圈产生的感应电动势也大。
磁电式爆燃传感器的固有频率与发动机爆燃特征频率一致，当发动机爆燃时，传感器内的铁心会产生共振，使传感器感应线圈产生的感应电动势显著增大，因此，电子控制器通过判断传感器输出的信号电压是否达到设定值，就可识别发动机是否爆燃。
1. 车速传感器和车轮转速传感器概述
车速传感器和车轮转速传感器、发动机转速与曲轴位置传感器一样，也是以脉冲信号来表示被测量的。不同的是，发动机转速与曲轴位置传感器是将曲轴或凸轮轴的转动转变为脉冲电压，车速传感器是将变速器输出轴或主减速器输入轴的转动转变为脉冲电压，而车轮转速传感器则是将车轮的转动转变为脉冲电压。同类型的这三种传感器，其检测的对象和作用不同，但其基本组成与工作原理均相同。
（1）车速传感器和车轮转速传感器的作用
车速传感器是将变速器输出轴转速转变为相应的脉冲电压，电子控制器根据此信号获得汽车行驶速度参数。车速传感器在汽车电子控制系统中的应用很广，所提供的转速信号在汽车发动机电子控制系统中用作辅助信号；在底盘电子控制系统中，车速信号则是一些控制功能的主要参数。例如：自动变速器控制系统、动力转向控制系统、巡航控制系统、悬架电子控制系统等，均需要车速传感器传感器所提供的车速信号，车速是实现上述控制功能的重要控制参数。
车轮转速传感器则是将车轮的转速转变为相应的电信号，电子控制器根据此信号计算汽车行驶速度、车轮的滑移/转率、车轮的角减速度等参数。车轮转速传感器主要应用于防抱死/防滑转电子控制系统中，用作提供车速参数时，其汽车电子控制系统的应用与车速传感器一样十分广泛。
（2）车速传感器和车轮转速传感器的类型
车速传感器有磁感应式、光电式、霍尔效应式、舌簧开关式、磁阻式等类型；车轮转速传感器有磁感应式、光电式、霍尔效应式等类型。
磁感应式、光电式、霍尔效应式车速传感器和车轮转速传感器的基本组成及工作原理，与同类型的发动机转速与曲轴位置传感器相同。不同的是，车速传感器信号触发转子由变速器输出轴驱动，车轮转速传感器由车轮同步转动的齿圈触发。这三种类型的车速传感器和车轮转速传感器，其组成原理均参见前述同类型的发动机转速与曲轴位置传感器。
2. 舌簧开关式车速传感器
（1）测量原理
舌簧开关的两触点臂被转动的磁极磁化而产生开、合动作。当舌簧开关处于N、S极之间时，开关两触点臂被磁化为异性磁极而闭合（图1-42a）；当舌簧开关面对单个磁极作用时，开关两触点臂被磁化为同性磁极而断开（图1-42b）。磁极随变速器输出轴转动，舌簧开关就会在磁极磁力的作用下开闭，产生与车速相对应的脉冲信号。
图1-42 舌簧开关式车速传感器测量原理
a）开关吸合状态 b）开关断开状态
（2）结构与工作原理
舌簧开关式车速传感器一般装在里程表内，由软轴驱动的转子上的N、S极相间分布，舌簧开关布置在转子的一边，如图1-43所示。
图1-43 舌簧开关式车速传感器
1—磁铁转子 2—接转速表 3—舌簧开关
当相间布置有四个磁极的转子在软轴的驱动下转动时，磁铁对舌簧开关臂的磁化呈周期性变化，使舌簧开关周期性地开闭。转子每转一周，舌簧开关开闭四次，通过测量电路输出4个脉冲信号，控制器根据此脉冲信号的频率计算得到车速。
3. 磁阻式车速传感器
（1）测量原理
磁阻元件具有这样的特性，当通过元件的磁场强度改变时，元件的电阻会随之改变。将磁阻元件置于转动的多极磁环附近（图1-44），在转动磁极交变磁场的影响下，磁阻元件的电阻呈周期性变化，通过测量电路转换为脉冲电压信号。
图1-44 磁阻式车速传感器测量原理
1—多极磁环 2—磁力线 3—磁阻元件 4—接变速器
（2）结构与工作原理
磁阻式车速传感器如图1-45所示。磁阻元件成为测量电路中电桥的一个桥臂，当多极磁环随变速器轴转动时，磁阻元件上的磁通量呈周期性变化，引发磁阻元件电阻的变化，由电桥、比较器、放大电路组成的测量电路，将这一电阻变化转换为脉冲电压输出。
图1-45 磁阻式车速传感器
a）结构简图 b）电路原理
1—混合集成电路 2—多极磁环 3—传感器轴 4—磁阻元件 5—比较器 6—稳压电路 7—接点火开关 8—信号输出
4. 磁感应式车轮转速传感器
（1）结构形式
磁感应式车轮转速传感器在汽车上使用较为普遍，其基本组成与工作原理与磁感应式发动机转速与曲轴位置传感器完全相同，结构如图1-46所示。
图1-46 磁感应式车轮转速传感器的结构
1—导线 2—永久磁铁 3—传感器外壳 4—感应线圈 5—铁心 6—齿圈
（2）安装形式
磁感应式车轮转速传感器的信号触发齿轮或齿圈一般安装在轮毂内，随车轮一起转动；传感器信号探头安装在附近不转动的部件上。磁感应式车轮转速传感器的安装形式如图1-47所示。
图1-47 磁感应式车轮转速传感器的安装形式
a）凿式端头，径向安装 b）菱形端头，轴向安装 c）柱式端头，轴向安装
1—传感器信号探头 2—齿圈
1. 车身位移传感器概述
（1）车身位移传感器的作用
车身位移传感器也称为车身高度传感器，用于监测车身相对于车桥的位移，电子控制器根据车身位移传感器输入的信号可计算得到车身的位移和振动参数、确定车身的高度。车身位移传感器主要应用于悬架电子控制系统中。
（2）车身位移传感器的类型
车身位移传感器有电位计式、电容式、电感式和光电式等类型。由于光电式车身位移传感器具有结构简单、定位准确等优点，因此在汽车上使用广泛。
2. 光电式位移传感器
（1）测量原理
光电式车身位移传感器的测量原理如图1-48所示，遮光转子有特制的透光槽，遮光转子两边布置的四个发光二极管和光电晶体管组成了四对光电耦合器。当遮光转子在某一位置时，四个光电耦合器中通过透光槽有光线通过的光电晶体管受光而输出通路（ON）信号，不透过光线的光电晶体管则输出不通路（OFF）信号。遮光转子透光槽的长度和位置分布使得遮光转子在每一个规定的转角范围内，都有与之对应的一组“ON”“OFF”光电信号输出。
图1-48 光电式车身位移传感器原理
a）传感器光电组件 b）传感器电路
1—连接杆 2—传感器轴 3—发光元件 4—光电元件 5—遮光盘
通过连接杆，将车身的高度变化转变为遮光转子的转动位置，使车身在每一个高度位置时均对应一组“ON”“OFF”光电信号。
采用4个光电耦合器可使车身位移传感器的输出信号有4位，用以提高传感器高度检测的分辨率。单个光电耦合器输出的信号只有1位，只有“ON”“OFF”两种不同的信号输出，只能分辨出车身“高”和“低”；如果采用两个光电耦合器，有“OFF OFF”“OFF ON”“ON OFF”“ON ON”4种不同的信号输出，可分辨的高度区间有4个；4个光电耦合器可有16种不同的信号输出，可分辨的高度区间达16个，满足了汽车悬架电子控制系统对车身高度分辨率的要求。
（2）车身高度与振动参数的获取
通常是将车身高度变化范围划分为16个高度区间，每个高度区间用一组（4位）光电信号与之对应（表1-4），电子控制器根据传感器输入的一组信号就可获得实时的车身高度变化信息。
电子控制器根据采样时间内（一般为1ms）车身高度在某一区间的频度来判断车身的高度；根据车身高度变化的幅度和变化的频率，可判断车身的振动情况。
表1-4 传感器信号与车身高度区间对应关系
（3）光电式车身位移传感器的组成结构
光电式车身位移传感器如图1-49所示，其内部结构与安装位置如图1-50所示。
图1-49 光电式车身位移传感器
1—连接杆 2—插座 3—传感器
图1-50 光电式车身位移传感器内部结构与安装位置
a）传感器的结构 b）传感器的安装位置
1—光电耦合器 2—遮光盘 3—传感器盖 4—导线 5—金属油封 6—传感器壳 7—传感器轴 8—车架 9—减振器 10—螺旋弹簧 11—传感器 12—连杆 13—拉杆 14—后悬架臂 15—车轮
传感器被固定在车身上，传感器连杆通过拉杆与悬架臂（或车桥）连接。当车身高度发生变化而带动传感器随车身移动时，拉杆就会推拉连杆摆动，带动传感器轴和遮光转子转动，从而使传感器输出与车身高度变化相对应的信号。
1. 方向盘转角传感器概述
（1）方向盘转角传感器的作用
方向盘转角传感器将方向盘转动的角度和转动方向转换为相应的电信号，电子控制器根据方向盘转角传感器的输入信号，判断汽车的转向情况（方向盘转动角度的大小及转动的方向），并根据当前的车速计算车身可能出现的侧倾程度。方向盘转角传感器主要在悬架电子控制系统中应用。
（2）方向盘转角传感器的类型
检测角位移的传感器较多，适用于方向盘转角测量的传感器有光电式、磁电式、霍尔效应式等类型，由于光电式方向盘转角传感器定位准确，结构也比较简单，因而在现代汽车上使用最为广泛。
2. 光电式方向盘转角传感器
（1）组成与测量原理
如图1-51所示，传感器的遮光盘上有尺寸相同且均布的透光槽，当驾驶人转动方向盘时，通过转向轴带动遮光盘转动，触发光电耦合器产生相应的电压脉冲。电子控制器根据传感器输出的电压脉冲个数就可计算方向盘转过的角度。
（2）方向盘转动方向的判断原理
为了能辨别转动方向，方向盘转角传感器采用两个光电耦合器，传感器可同时产生两个电压脉冲信号。电子控制器根据传感器的信号判断转动方向的原理，如图1-52所示。A、B两个光电耦合器产生的信号脉冲其脉宽相同，但相位相差90°，电子控制器以A信号从高电平转为低电平（下降沿）时，B信号是高电平还是低电平来判断转向。如果A信号在下降沿时，B信号是高电平，则为右转向；如果A信号在下降沿时，B信号为低电平，则为左转向。
图1-51 光电式方向盘转角传感器
a）结构简图 b）电路原理
1—遮光盘 2—光电耦合元件 3—方向盘转角传感器 4—转向器轴 5—转向柱
图1-52 方向盘转动方向判断原理
当汽车右转向时，方向盘顺时针转动，传感器信号脉冲从左到右逐个输出，A信号脉冲的下降沿在右边，此时B信号脉冲是高电压平；当汽车左转向时，方向盘是逆时针转动，传感器信号脉冲从右到左逐个输出，A信号的左侧是下降沿，此时B信号脉冲是低电平。
1. 方向盘转矩传感器概述
（1）方向盘转矩传感器的作用
方向盘转矩传感器是将驾驶人作用在方向盘上的转动力矩大小转换为相应的电信号。在电动式动力转向系统中，电子控制器通过方向盘转矩传感器的信号来判断方向盘转矩的大小，用以及时调整电动助力的大小。
（2）方向盘转矩传感器的类型
汽车电子控制系统中所采用的方向盘转矩传感器主要有电感式和电位计式两种，其中电感式传感器传感器的应用较为广泛。
2. 电感式方向盘转矩传感器
（1）测量原理
电感式方向盘转矩传感器通过一个扭力杆将方向盘上的作用力转换为其相应的扭转角度，然后通过传感器传感元件将扭力杆的扭转变形量转变为相应的传感器电感量变化。传感器中的4个电感线圈连接成电感电桥，并以双差动工作方式（电桥中接成相邻臂的2对电感线圈，它们的电感变化为一增一减）工作，将驾驶人转向时作用在方向盘上的转矩转换为相关的电压信号。
（2）组成结构
电感式方向盘转矩传感器的结构与工作原理如图1-53所示。
图1-53 电感式方向盘转矩传感器
a）结构简图 b）工作原理
1—输出轴 2—扭力杆 3—输入轴
传感器的输入轴端连接方向盘，输出轴连接转向器，输入轴与输出轴之间用扭力杆连接，在输出轴的4个极靴上各绕有相同的线圈，并连接成电感式电桥。无转向力矩时，输出轴（定子）与输入轴（转子）的相对转角为0°，每个极靴上的磁通量均相等，电桥处于平衡状态，V、W两端的电位差 U o 为0V。转向时，驾驶人作用于方向盘的力矩使扭力杆扭转变形，定子与转子之间产生角位移 θ 。这时，极靴A、D间的磁阻增大，B、C间的磁阻减小，各极靴的磁通量产生了差别，电桥失去平衡而输出电压 U o 。 U o 与 θ 成正比（ U o = kθU i ， k 为比例系数），而 θ 与作用于扭力杆的转矩又成比例关系，因此， U o 值就反映了方向盘的转矩大小。
3. 电位计式方向盘转矩传感器
（1）测量原理
电位计式转矩传感器同样也是通过一个扭力杆将方向盘上的作用力转换为其相应的扭转角度，但检测扭力杆扭转变形量的是一个电位计。电位计的环形电阻与方向盘轴一起转动，电位计滑片不动，在扭力杆有扭转变形时，电位计的滑片和电阻就会有对应的相对滑转量，并从电位计信号输出端子输出相应的电压信号。
（2）组成结构
电位计式方向盘转矩传感器如图1-54所示。
图1-54 电位计式方向盘转矩传感器
1—转向轴 2—扭力杆 3—输出轴 4—外壳 5—电位计 6—转向器主动小齿轮 7—集电环
汽车转向时，扭力杆的扭转变形使电位计滑片与电阻有相对的转动，电位计的电阻相应改变，通过集电环输出相应的电压信号。
1. 减速度传感器概述
（1）减速度传感器的作用
减速度传感器用于将汽车制动时的减速度的高低转变为相应的电信号。防抱死制动系统电子控制系统中，电子控制器根据减速度传感器所提供的车辆减速度电信号判断路面情况，并选择适当的制动力控制方案。
（2）减速度传感器的类型
测量减速度的传感器有多种类型，但应用于汽车电子控制防抱死制动系统的减速度传感器（也被称之为G传感器）主要有差动变压器式、水银式这两种形式。
2. 差动变压器式减速度传感器
差动变压器式减速度传感器主要由铁心可移动的变压器和相应的信号处理电路组成，其结构与工作原理如图1-55所示。
图1-55 差动变压器式减速度传感器
a）结构简图 b）工作原理
1—铁心 2—变压器绕组 3—印制电路 4—弹簧 5—变速器油
平时，变压器铁心由两端弹簧将其保持在中间位置，变压器初级绕组输入电压 u P 后，一次侧绕组产生大小相同、相位相反的电压 u 1 和 u 2 ，变压器输出 u 0 为0。当汽车制动时，在惯性力的作用下，差动变压器铁心移动，使变压器二次侧绕组产生的 u 1 、 u 2 一个增大，一个减小，变压器就会有电压 u 0 输出。 u 0 经信号处理电路处理后向控制器输出一个与汽车减速度相对应的电压信号。
差动变压器式减速度传感器信号处理电路实际上是一个调制解调器，其作用就是将缓慢变化的微弱信号进行放大。差动变压器将汽车制动时的减速度转换为相应的电压，此电压微弱且变化缓慢，经信号处理电路的调制、交流放大、解调（相敏检波和滤波）后，输出一个被放大的电压信号。
3. 水银式减速度传感器
水银式减速度传感器为开关式传感器，其主要部件是带常开触点的玻璃管和可在玻璃管内移动的水银，水银式减速度传感器如图1-56所示。
图1-56 水银式减速度传感器
a）减速度较低时 b）减速度较高时
1—玻璃管 2—水银
汽车在低附着系数路面上紧急制动时，由于减速度较小，玻璃管内水银的惯性力较小其移动够不到触点处，触点仍处于断开状态（图1-56a）；当在高附着系数路面制动时，由于减速度较大，玻璃管内的水银在较大惯性力的作用下移动至触点处，使触点处于接通状态（图1-56b）。防抱死制动系统控制器根据传感器输入的信号通断就可判断路面情况。
由于水银式减速度传感器通过其内部的触点通断情况输出相应的信号，这种开关式信号只是提供了汽车减速小于设定值和达到或大于设定值这两个信息，并不能表达汽车减速度的大小。但是，汽车防抱死制动电子控制系统的基本控制策略通常只设置高附着系数路面、低附着系数路面两种，而这种开关式的传感器信号已满足对路面判断的需要。因此，这种结构简单、信号稳定可靠的开关式减速度传感器在汽车上的应用十分广泛。
1. 碰撞传感器概述
（1）碰撞传感器的作用
碰撞传感器也叫安全气囊传感器，用于检测汽车发生碰撞时的汽车减速度，安全气囊控制器根据此传感器的信号，判断汽车是否发生了碰撞和汽车碰撞的强度。开关式碰撞传感器也被用作安全传感器，串联在气囊点火器电源电路中，只是在汽车发生严重碰撞时才接通气囊点火器的电源电路，以避免汽车在使用与维修时产生气囊误爆。
（2）碰撞传感器的类型
碰撞传感器可分为机械触点式和电子式两大类。机械触点式碰撞传感器有偏心锤式、滚球式、滚柱式、水银开关式等形式，传感器内部的触点平时断开，当汽车发生碰撞时，传感器内部机械装置在惯性力的作用下使触点闭合，发出汽车碰撞信号或接通气囊点火器电源电路；电子式碰撞传感器主要有压电式和压敏电阻式，传感器可将汽车的减速度参数转换为相应的电信号。
2. 偏心锤式碰撞传感器
偏心锤式碰撞传感器是一种开关式减速度传感器，其结构如图1-57所示。
扭力弹簧力使重块、转盘动触点臂等停留在触点断开的位置。当汽车发生碰撞时，重块在惯性力作用下克服弹簧的扭力而移动，并通过转盘带动活动触点臂转动而使触点闭合，向安全气囊控制器发出汽车碰撞电信号，或将气囊点火器的电源电路接通（用作安全开关时）。
图1-57 偏心锤式碰撞传感器
1—心轴 2—扭力弹簧 3—重块 4—转盘 5—触桥 6、12、14—活动触点 7、11、13—固定触点 8—外壳 9—插头 10—止位块
3. 滚球式碰撞传感器
滚球式碰撞传感器也是一种开关式减速度传感器，如图1-58所示。
图1-58 滚球式碰撞传感器
1—传感器壳 2—O形密封圈 3—钢球 4—永久磁铁 5—固定板 6—触点 7—滚筒
汽车正常行驶时，钢球被永久磁铁吸引，触点处于断开状态。当汽车发生碰撞时，钢球在惯性力的作用下，摆脱磁铁的吸引力滚向触点端，将触点接通，向安全气囊控制器发出汽车碰撞电信号，或将气囊点火器的电源电路接通。
4. 压敏电阻式碰撞传感器
压敏电阻式碰撞传感器的结构和测量原理如图1-59所示。
传感器的敏感元件在受力变形后，其电阻会相应改变的电阻应变片，被固定在传感器测量悬臂端部。当汽车发生碰撞时，测量悬臂受减速惯性力的作用而使其端部变形，使布置在测量悬臂端部的电阻应变片产生形变，其电阻相应改变，通过测量电路产生相应的电压信号（ U S ）。
图1-59 压敏电阻式碰撞传感器
a）结构 b）测量电路
1—集成电路 2—测量悬臂 3—电阻应变片 4—悬臂架
1. 光照度传感器概述
（1）光照度传感器的作用
光照度传感器用于将光照强度转变为相应的电信号，传感器可在日光或灯光的照射下产生与光照度相对应的电信号。光照度传感器在空调自动控制系统中用于制冷量的自动控制；光照度传感器在前照灯自动变光控制电路和自适应前照灯中，则分别用于自动变光控制和前照灯自动亮起/熄灭控制。
在汽车空调中用于检测阳光光照强度的光照度传感器也被称为日光传感器或阳光传感器。
（2）光照度传感器的类型
在汽车上应用的光照度传感器主要有光电池式和光敏电阻式两种类型。光敏电阻式光照度传感器根据其结构形式与工作原理的不同，可分为半导体光敏电阻式、光电二极管式和光电晶体管式等不同的类型。
光电池式光照度传感器根据光照强度，直接产生与光照强度相对应的电压信号；光电电阻式光照度传感器则是将光照强度转换为相应的导电率（电阻）变化，再通过测量电路转换为相应的电压信号。在汽车上，光敏电阻式光照度传感器应用更多。
2. 半导体光敏电阻式光照度传感器
半导体光敏电阻式光照度传感器的敏感元件为半导体元件，硫化镉半导体光敏电阻式光照度传感器一例如图1-60所示。
图1-60 硫化镉半导体光敏电阻式光照度传感器
a）传感器结构 b）测量电路
1—玻璃罩 2—金属盖 3—金属底板 4—电极引线 5—陶瓷基片 6—硫化镉半导体材料 7—电极
硫化镉半导体材料的电阻率随光照度增强而下降，将其连接到图1-61b所示的测量电路中，硫化镉在灯光照射下其电阻改变时，就会从输出端输出相应的电压信号 U O ，控制电路或电子控制器根据 U O 判断光照度，进行相关的自动控制。
3. 二极管光敏电阻式光照度传感器
二极管光敏电阻式光照度传感器以二极管为敏感元件，此类光照度传感器一例如图1-61所示。光电二极管的PN结与普通二极管一样，具有单向导电性，但在阳光照射下，其反向电阻会明显减小。阳光越强，光电二极管的反向电阻就越小，将其连接到图1-61b所示的测量电路中，当光敏二极管受到阳光照射而其反向电阻下降时，测量电路就会有与日光量相对应的电流产生，并可从输出端输出相应的电压信号 U O 。空调控制器可根据光照度传感器输出的 U O 判断车外阳光的照射强度，并进行相应的控制。
图1-61 二极管光敏电阻式光照度传感器
a）传感器结构 b）测量电路 1—滤波器 2—光电二极管
1. 角速度传感器概述
（1）角速度传感器的作用
角速度传感器是将汽车转弯时车身旋转角速度转换为相应的电信号。角速度传感器应用在汽车行驶稳定系统中，角速度传感器所提供的汽车旋转速度信号，是ECU实施汽车行驶稳定性控制的重要依据。
（2）角速度传感器的类型
汽车电子控制系统所用的角速度传感器按其结构与工作原理的不同分，主要有振动式和音叉式等类型。
2. 振动型角速度传感器
振动型角速度传感器的工作原理如图1-62所示。在作为振子的四方体的相邻两面上，粘贴有兼起驱动和检测作用的压电元件，当对压电元件施加交流电压时，就会在负压电效应的作用下，使振子振动。当振动着的振子又旋转时，就会产生一个与旋转速度相对应的哥氏力。
图1-62 振动型角速度传感器的工作原理
a）结构 b）无旋转时 c）旋转时
1—压电元件 2—振子振动成分 3—电流检测 4—振动信号 5—哥氏力成分 6—输入信号 7—哥氏力信号
哥氏力是指旋转坐标内具有速度的物体所受到的力，力的方向既与旋转轴垂直，也与物体的速度方向垂直，而力的大小与物体的速度与系统的转速成正比。
当车辆旋转时，传感器振子随之转动。这时，测出的压电元件电流包括振动和哥氏力两部分。传感器内部信号处理电路是相邻两压电元件输出信号的相减，这样，就消除了振动部分同频又同相两个信号（图1-62b），只剩下反映哥氏力的信号（图1-62c）。将电流信号转换为电压信号，就可得到与旋转角速度呈一一对应关系的输出信号。
3. 音叉式角速度传感器
音叉式角速度传感器的结构如图1-63所示。传感器的本体为音叉形，振子由振动（激振）和检测两部分组成，两者互成90°。音叉上粘贴有压电陶瓷片（PTZ）。
音叉式角速度传感器的工作原理如图1-64所示。当交流电压加于激振PTZ时，检测PTZ也总是在左右方向（ V 方向）振动。当车辆转弯（ ω 方向）时，哥氏力作用于检测PTZ，在与激振方向垂直的 F 方向的力，使检测PTZ产生交流电压信号。此信号包含激振PTZ产生的振荡波，经放大后进入检波电路，检波后输出反映旋转方向和旋转速度的信号，再经整形电路整形后，输出与车辆旋转角速度呈线性关系的电压信号。
图1-63 音叉式角速度传感器的结构
1—缓冲器 2、4—传感器本体 3—电压元件 5—专用集成电路
图1-64 音叉式角速度传感器的工作原理
音叉式角速度传感器的优点是：两个振子是反向运动的，其产生的哥氏力的方向也相反，因此，车辆前后、左右方向加速度所形成的挠曲变形可以互相抵消，从而提高了测量精度。