動力傳動系統(tǒng)傳感器的性能、作用及基本注意事項

正如我們所知，無論是提高內(nèi)燃機的效率，還是設(shè)計電動汽車 （EV） 或混合動力電動汽車 （HEV），電氣化都有助于動力傳動系統(tǒng)取得重大進展。下面我們除了介紹汽車電氣化能夠為內(nèi)燃機 （ICE） 中的動力傳動系統(tǒng)傳感器以及 EV 和 HEV 中的傳感器帶來的光明前景之外，還將說明電氣化在優(yōu)化動力傳動系統(tǒng)以便有效地管理電池、逆變器和電機構(gòu)建塊方面發(fā)揮的重要作用。

動力傳動系統(tǒng)感應(yīng)簡介

在下圖所示的動力傳動系統(tǒng)中，極其精確的電子傳感器負責監(jiān)控各種情況以提高效率。

HEV 中的動力傳動系統(tǒng)

動力傳動系統(tǒng)由多個模塊組成；每個模塊單獨運行，并具有不同類型的傳感器和反饋控制機制。汽車的效率主要取決于動力傳動系統(tǒng)傳感器和傳動器的準確性、精度和響應(yīng)時間。

這些傳感器有助于實現(xiàn)閉環(huán)運行，這樣才能傳達用于管理發(fā)動機和控制變送器的感應(yīng)信息。動力傳動系統(tǒng)的主要推動因素是經(jīng)濟性和排放，它們會影響性能和操縱靈活性。在發(fā)動機和變速器系統(tǒng)中，傳感器及其反饋控制機制能夠精確地監(jiān)控激勵，因此有助于提高效率，進而提高燃燒過程的效率以減少排放。傳感器及其反饋控制機制可精確地監(jiān)控激勵以提高燃燒過程的效率，從而提高發(fā)動機和變速器系統(tǒng)的整體效率。

一臺傳統(tǒng)的內(nèi)燃機

要在 EV 和 HEV 車輛中提高電氣化程度，工程師需要重新定義動力傳動系統(tǒng)的架構(gòu)和控制。動力傳動系統(tǒng)傳感器在 ICE 車輛中發(fā)揮著同樣重要的作用。如上圖所示，車輛的電氣化始于智能傳感器。在 ICE 車輛中，主要依靠動力傳動系統(tǒng)傳感器及其性能來減少排放。

動力傳動系統(tǒng)傳感器概述

動力傳動系統(tǒng)傳感器根據(jù)它們提供的計量功能分類，如下圖所述。

根據(jù)測量原理劃分的動力傳動系統(tǒng)傳感器類別

動力傳動系統(tǒng)傳感器通常應(yīng)具備以下特性：

? 低功耗（約 10mA）。

? 高精度意味著精確的控制機制。

? 對激勵變化非常敏感。

? 在汽車環(huán)境內(nèi)的穩(wěn)健性。

? 電磁干擾 （EMI） 電磁兼容性。

動力傳動系統(tǒng)溫度傳感器

動力傳動系統(tǒng)中有三種主要的溫度傳感器：

? 熱電偶。隨著新型柴油發(fā)動機的出現(xiàn)，市場越來越需要高溫傳感器，這是因為排氣系統(tǒng)位于發(fā)動機的正下方。這種配置要求以高精度、高分辨率和高集成度執(zhí)行溫度檢測。 能夠承受和檢測高溫的排氣系統(tǒng)溫度傳感器通常使用基于熱電偶的工作原理，并具有多個熱電偶溫度傳感器和一個用于控制這些傳感器的獨立模塊。

? 熱敏電阻。市場中出現(xiàn)的新型熱敏電阻支持高溫范圍，以滿足高溫傳感器的需求。硅基線性熱敏電阻取代具有負溫度系數(shù)和正溫度系數(shù)的標準熱敏電阻也是大勢所趨。 使用這些新型智能熱敏電阻，可以在較大的動態(tài)范圍內(nèi)實現(xiàn)高線性度，這是汽車動力傳動系統(tǒng)的一個特殊需求。

? 硅。硅溫度傳感器正在 HEV/EV 和 ICE 車輛中發(fā)揮著重要作用。

動力傳動系統(tǒng)壓力傳感器

集成式動力傳動系統(tǒng)壓力傳感器使用基于電容和電阻的工作原理。信號調(diào)節(jié)以及放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器/數(shù)字接口全部在一個芯片上。壓力傳感元件在溫度范圍內(nèi)通常具有非線性特征，因此傳統(tǒng)的壓力傳感器信號調(diào)節(jié)電路包含溫度和線性補償機制。

由于壓力傳感器模塊導線需要多條線束，因此防止此模塊出現(xiàn)過流、過壓或短路等線束故障始終是一種很好的做法。在汽車應(yīng)用中，動力傳動系統(tǒng)壓力傳感器的信號調(diào)節(jié)應(yīng)使傳感器能夠在極其惡劣的環(huán)境中運行，并承受多種振動、溫度波動、各種電磁條件和沖擊。

動力傳動系統(tǒng)液位和濃度傳感器

動力傳動系統(tǒng)液位和濃度傳感器通常使用基于超聲波和電容的工作原理。必須在車輛內(nèi)的多個位置測量液位：例如，水箱、燃油箱、液壓油油箱、油箱和尿素罐都位于汽車的動力傳動系統(tǒng)中。必須監(jiān)控這些油液的液位和濃度，才能實現(xiàn)高效的控制回路運行。

在排氣系統(tǒng)中，在柴油微粒濾清器 （DFP） 濾清之后噴射車用尿素溶液，以降低排放物中的氨濃度。油液濃度和液位傳感器在測量油液濃度和車用尿素溶液液位方面發(fā)揮著重要的作用。

動力傳動系統(tǒng)位置傳感器

位置傳感器是另一類服務(wù)于 ICE、HEV 和 EV 動力傳動系統(tǒng)的重要傳感器。它們可測量速度、角度、關(guān)鍵操作（例如電動動力轉(zhuǎn)向、牽引逆變器、自動變速器和防鎖死制動系統(tǒng)）中的開/關(guān)位置。電感式位置傳感器可提供更高的穩(wěn)健性和精確性，并減少了維護工作。

動力傳動系統(tǒng)排氣傳感器

所有 ICE 車輛，包括混合動力電動汽車，都采用了排氣傳感器。隨著新排放標準的出臺，對于排氣感應(yīng)的要求變得更加嚴格，越來越多的國家/地區(qū)實際上都在強制實施排放限制。

汽車排氣系統(tǒng)中的傳感器類型

如上圖所示，車輛排氣系統(tǒng)中存在不同類型的傳感器。這些傳感器通常使用化學工作原理，具有兩個電極并使用電極電勢原理進行感應(yīng)。這些類型的化學傳感器可能具有更高的維護成本和更長的響應(yīng)時間。

新型射頻 （RF） 排氣傳感器可實現(xiàn)更短的響應(yīng)時間、更低的維護成本和更高的精確性。這些傳感器的工作原理是，當使用一根發(fā)射天線引起共振時， 每種氣體都有各自的吸收頻率；一根接收天線可完成所有的氣體感應(yīng)工作。

動力傳動系統(tǒng)電流傳感器

電流傳感器是內(nèi)燃機、HEV 或 EV 車輛的動力傳動系統(tǒng)中最重要的傳感器之一。磁分流原理可滿足汽車中的電流感應(yīng)需求。您可以根據(jù)傳感器的位置選擇合適的原理。內(nèi)燃機車輛的電流感應(yīng)電壓通常是 12V；在HEV/EV 車輛中，通常是 48V，在 EV 中介于 400V 到600V 或 800V 之間。

動力傳動系統(tǒng)中的傳感器的基本注意事項

新汽車技術(shù)的出現(xiàn)和車輛的持續(xù)電氣化正在影響動力傳動系統(tǒng)傳感器及其配套電子產(chǎn)品。在 HEV 和 EV中，對于電流和位置傳感器的設(shè)計要求明顯變得更加嚴格。

為使動力傳動系統(tǒng)傳感器能夠在惡劣的汽車環(huán)境中可靠地運行，極其精確的信號調(diào)節(jié)器和高精度運算放大器發(fā)揮著極其重要的作用。傳感器信號調(diào)節(jié)電子產(chǎn)品能夠幫助化解的挑戰(zhàn)包括高溫和振動條件、EMI 保護以及符合汽車安全標準。

在最終分析中，動力傳動系統(tǒng)傳感器有可能成為汽車電氣化領(lǐng)域的最大技術(shù)突破之一。不過，當選擇動力傳動系統(tǒng)傳感器和它們的配套信號調(diào)節(jié)電子產(chǎn)品時，您應(yīng)仔細審核基本設(shè)計注意事項。

責任編輯：gt