淺談車身高度傳感器（一）

　　車身高度傳感器（英文Chassis Height Sensor，又叫軸高傳感器，車姿傳感器，懸架高度傳感器等），是汽車上用于測量車身前后懸架姿態(tài)變化必不可少的零部件。目前汽車的懸架控制系統(tǒng)（如主動懸架系統(tǒng)、懸架阻尼控制系統(tǒng)、空氣懸架系統(tǒng)等），前大燈自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)均需要通過該傳感器測量汽車行駛姿態(tài)的變化。

　　近些年來，高強(qiáng)度氣體放電燈（HID）在汽車上的應(yīng)用越來越流行。相比傳統(tǒng)的鹵素車燈，采用HID技術(shù)的汽車大燈具有亮度高、壽命長、耗電少的一系列優(yōu)點(diǎn)。但是由于HID的亮度過高，在不采取其他輔助措施的情況下，會造成會車時(shí)對面駕駛員的炫目，從而存在嚴(yán)重安全隱患。因此，國內(nèi)外一些國家和地區(qū)針對HID等高亮度車燈都制定或修訂了相關(guān)的法規(guī)，避免由于采用HID大燈所帶來的負(fù)面影響。其中，歐盟針對HID燈具修訂了ECE R48法規(guī)。中國也對原法規(guī)進(jìn)行了修訂，并頒布了《GB4785-2007 汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規(guī)定》?！禛B4785-2007》中規(guī)定：“如果近光燈使用光通量超過2000lm的光源，必須配備前照燈清洗裝置，并且4.3.2.6.2定義的手動前照燈調(diào)光機(jī)構(gòu)不適用”［1］。因此，如果使用2000lm以上的氣體放電燈，必須至少配備大燈水平自動調(diào)節(jié)裝置。同時(shí)，針對LED光源前大燈，強(qiáng)制安裝大燈水平自動調(diào)節(jié)裝置的法規(guī)也在制定中，預(yù)計(jì)在下一版的燈光法規(guī)修訂版中發(fā)布實(shí)施。

　　圖1 GB4785-2007中對近光燈照射角度的強(qiáng)制要求

　　大燈水平自動調(diào)節(jié)裝置由控制ECU、大燈調(diào)節(jié)執(zhí)行器、傳感器幾個(gè)部分組成，目前主流的技術(shù)方案如下圖所示：

　　圖2 汽車大燈自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案

　　從上圖中可以看出，車身高度傳感器為大燈水平自動調(diào)節(jié)裝置中必不可少的一個(gè)零部件，并且每輛車會用到1到2個(gè)傳感器?？梢?，隨著HID大燈以及LED大燈普及度的不斷提高，該車身高度傳感器的市場需求將非常巨大。

　　目前測量車身高度的方法主要采用如下圖所示機(jī)構(gòu)測量，其中汽車的下擺臂通過四連桿結(jié)構(gòu)與一個(gè)角度傳感器的旋轉(zhuǎn)臂連接，當(dāng)車身高度發(fā)生變化時(shí)，下控制臂會以旋轉(zhuǎn)軸為圓心發(fā)生旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動，角度傳感器的擺臂被帶動旋轉(zhuǎn)，角度傳感器的輸出信號發(fā)生變化，間接反映了車身高度的變化。所以，采用旋轉(zhuǎn)角度傳感器以及四連桿機(jī)構(gòu)就可以測量出車身高度的變化。也就是說這種車身高度傳感器的核心就是一個(gè)角度傳感器。

　　圖3 四連桿式車身高度傳感器

　　當(dāng)然，近年還出現(xiàn)過另外一種測量方法，不同于以上的四連桿結(jié)構(gòu)，其采用了電渦流測距的原理，可以完全非接觸式的測量車身高度的變化。其在實(shí)車上的安裝圖如下圖所示，這種測量方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了傳感器同被測體的完全非接觸測量，傳感器壽命更長，可靠性更高。

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　　電渦流測距原理示意圖

　　圖4 電渦流式車身高度傳感器

　　但是由于電渦流測量技術(shù)比較復(fù)雜，開發(fā)難度較大，同時(shí)傳感器成本也較高，目前在車上的普及度遠(yuǎn)不如四連桿式測量方案。

　　測量車身高度所用的傳感器已經(jīng)發(fā)展了好幾代，從最初的采用的接觸式電阻膜式角度傳感器到各種非接觸式角度傳感器。其中接觸式角度傳感器由于存在壽命短、精度低、抗干擾能力差等缺點(diǎn)已經(jīng)被淘汰。目前主流的非接觸式傳感器又分為線性霍爾型、磁阻型、電磁感應(yīng)型、差分霍爾型等幾種。

　　線性霍爾型是最早應(yīng)用在車身高度測量上的非接觸式傳感器，其利用了霍爾元件輸出與磁場成正比的特點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)一個(gè)特殊的磁路，確保在一定角度范圍內(nèi)，通過霍爾元件的磁場與轉(zhuǎn)軸角度呈正比關(guān)系。同時(shí)專用Hall ASIC的出現(xiàn)也使在一定角度范圍內(nèi)能夠?qū)敵鲞M(jìn)行編程及線性補(bǔ)償，提高了測量的精度。但是，由于線性霍爾只能直接測量一個(gè)方向磁場強(qiáng)度的原因，磁場強(qiáng)度的細(xì)微變化都會引起輸出的變化，這就需要在制造傳感器時(shí)確保很高的定位精度，已確保磁場與角度的線性度，同時(shí)還需要選用在汽車級工作溫度內(nèi)溫度系數(shù)很小的釤鈷磁鋼。這些都不利于傳感器精度的提高以及成本的控制。

　　磁阻型、電磁感應(yīng)型、以及差分霍爾型是近幾年新興起的技術(shù)，由于均采用了類似對原始測量信號的差分處理方式，因此在確保了很高的測量精度的同時(shí)，對傳感器的制造工藝以及磁鐵材料等卻沒有很高的要求，并且隨著IC技術(shù)的不斷發(fā)展，成本與線性霍爾元件已經(jīng)基本相當(dāng)，具有很廣闊的應(yīng)用前景。

　　圖5幾代車身高度傳感器技術(shù)對比