传感器：车轮转速、加速度和横摆传感器的应用

1.操纵用行程传感器

行程传感器用于制动辅助。在操纵时行程传感器检测出一个电信号，据此可推算出制动踏板当前的位置和操纵制动踏板的速度。行程传感器是一个线性特性的滑动式电位器。根据滑动式电位器的位置可以向制动辅助电控单元输出要处理的定义的电压（图7.2-36）。

图7.2-36 操纵行程传感器

2.车轮转速传感器

车轮转速传感器检测当前车轮的转速。固定在桥臂上的传感器和随车轮一起转动的脉冲轮构成一个传感器组件（图7.2-37）。

在后桥驱动的汽车上，也可用一个传感器检测后桥车轮转速。该传感器安装在差速器的驱动侧，这时传感器信号是两个后车轮转速的算术平均值。

按传感器的安装状况和脉冲轮结构，传感器可轴向或径向安装。这样就有两种传感器的结构型式（有源和无源）。

（1）感应式（无源）车轮转速传感器　无源车轮转速传感器按电磁感应原理工作。传感器头部（喷塑防水）有永久磁铁、线圈和电线接头（图7.2-38）。

图7.2-37 径向安装车轮转速传感器

1—传感器 2—脉冲轮 3—制动盘

图7.2-38 传感式车轮转速传感器

1—永久磁铁 2—线圈 3—电线接头

车轮转动时，即脉冲轮转动时，铁磁材料的脉冲轮的各个齿扫过传感器，使传感器的磁通量变化而引起电磁感应产生交流电压（图7.2-39）。交流电压的频率与车轮转速成正比。如果电压信号幅值在规定的电压信号幅值以内，要在电控单元中进行处理。为保证信号的电压范围，需保证传感器和脉冲轮间的规定距离。

（2）磁阻式（有源）车轮转速传感器　传感器组件（图7.2-40）由桥式布置的薄磁阻金属层（传感元件）与电子随动控制电路组合成信号处理电路。传感元件的工作原理是：只要通过这些磁阻金属层的磁场平行移动，磁阻层的电阻就会变化。

图7.2-39 感应式车轮转速传感器工作原理

1、2—永久磁铁 3—软铁心 4—线圈 5—脉冲轮 t—时间 U—电压

有源车轮转速传感器有两种型式。一种是为产生磁场，在传感元件后面放置一个永久磁铁。通过磁铁脉冲轮（即磁铁齿轮）改变基质中的磁场强度。另一种是磁性编码器在传感器前转动。传感器包括传感元件和小的支点磁铁，在很小的空气间隙时产生的支点磁场阻止传感元件的双倍频率效应。结果是同类的、相互交替的N极区和S极区形成磁性编码器痕迹。两个相互跟随的N极、S极形成一个增量和相应于铁磁脉冲轮中的一个齿。在检测时，电控单元供给传感器电能，传感器产生矩形信号电流。信号电流的频率与车轮转速成正比。与感应式车轮转速传感器相比，磁阻式车轮转速传感器的优点是：

1）灵敏，转速测量范围直至静止状态（v=0km/h）。

2）改善信号品质（高分辨率的数字信号允许有大的空气间隙）。

3）信号对温度的波动和振动的不敏感性。

4）可减小重量和结构空间。

3.加速度传感器（纵向和横向）(www.xing528.com)

图7.2-40 磁阻车轮转速传感器断面

1—传感器 2—支撑磁铁 3—电线连接

加速度传感器（图7.2-41）产生与汽车加速度成比例的电信号。与横摆率传感器一起可提供ESP横摆力矩闭环控制所需的汽车横向动力学状态的信息。加速度传感器由一组微机械弯片（梁）组成。它们在加速度作用下改变位置，并导致与固定的一组弯片组成的电容器的电容发生变化。将电容的变化信号进行处理，并通过CAN总线传输到电控单元。

图7.2-41 （横向）加速度传感器

1—外电极 2—弯片（振动质量） 3—电极的绝缘子和连接件 4—中心电极

4.横摆率传感器

横摆率传感器检测汽车绕垂直轴（高轴）的转动角速度，即横摆率，从而产生与横摆率成比例的信号，并与横向加速度传感器一起传输给ESP横摆力矩闭环控制所需的汽车行驶状态信息。

两个相互连接的、与汽车垂直轴平行的石英音叉组成传感元件。电子线路激励上部音叉产生正弦状振动。在汽车横摆时与横摆率有关的哥氏力作用在音叉上部，并传递到音叉下部使音叉下部产生正弦状振动，经放大后转换成与横摆率成比例的信号。电路设计除为上部音叉产生振动外，还包括信号处理和为识别传感器内部故障的安全性元件。

图7.2-42 传感器组合，加速度传感器和横摆传感器组合在一个体中

在理想情况下，横摆率传感器位于汽车重心。将横摆率传感器与汽车横向加速度传感器组合在带有插头的一个共同体中的部件称为传感器组合部件（Sensor Cluster），见图7.2-42。与检测横摆率相似，检测翻滚率也用同样的传感器原理（见7.2.4小节）。

5.转向盘角度传感器

转向盘角度传感器向ESP电控单元传输转向盘当前的转向角度信息和所期望的行驶方向。通过合理布置多个光电管和光栅可以光学测量转向盘角度并译成数据词组。出于安全考虑，翻译数据词组在两个微处理器中进行。通过如CAN数据总线将数据词组传输到电控单元。除了对转向盘角度传感器（图7.2-43）有高的角度分辨率要求外，还要求安全性、可靠性和尽可能小的尺寸。因为在转向柱周围的安装空间很小。

6.压力传感器

压力传感器测量由制动踏板控制的制动压力。在ESP控制系统中，压力传感器用以检测驾驶人操纵制动踏板的意图。压力传感器的传感元件在压力冲击下改变距离而引起电容的变化。陶瓷测量元件与信号处理电路组合在金属体中。

图7.2-43 转向盘角度传感器

7.距离传感器

配备雷达或红外传感装置的距离测量　采用按多普勒脉冲原理（Puls-Doppler-Prinzip）的77GHz雷达或红外传感装置的自适应巡航速度控制（ACC）传感器可以测量本车到前车的距离（图7.2-44）。在未来，较贵的雷达装置在高工作能力的一些场合仍是无可比拟的，它特别适用于一些高档乘用车。

图7.2-44 ACC传感器（左为雷达传感器，右为红外传感器）

目前，在中档和紧凑型汽车等级的ACC系统上首次较大量地采用廉价的红外传感装置。另外ACC系统还提供了与安全性有关的其他功能：在雾天、下雪或大雨情况下红外传感装置可以真实地识别能见的视距和建议驾驶人采用与天气状况相适应的行驶速度。