【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)更好的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是減少汽車排放的最有效方法。正如我們所知，無論是提高內(nèi)燃機(jī)的效率，還是設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車 （EV） 或混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 （HEV），電氣化都有助于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)取得重大進(jìn)展。下面我們除了介紹汽車電氣化能夠?yàn)閮?nèi)燃機(jī) （ICE） 中的動(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)以便有效地管理電池、逆變器和電機(jī)構(gòu)建塊方面發(fā)揮的重要作用。
動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)感應(yīng)簡介
在下圖所示的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，極其精確的電子傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)控各種情況以提高效率。
HEV 中的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)
動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由多個(gè)模塊組成；每個(gè)模塊單獨(dú)運(yùn)行，并具有不同類型的傳感器和反饋控制機(jī)制。汽車的效率主要取決于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)傳感器和傳動(dòng)器的準(zhǔn)確性、精度和響應(yīng)時(shí)間。
這些傳感器有助于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)行，這樣才能傳達(dá)用于管理發(fā)動(dòng)機(jī)和控制變送器的感應(yīng)信息。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的主要推動(dòng)因素是經(jīng)濟(jì)性和排放，它們會(huì)影響性能和操縱靈活性。在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器系統(tǒng)中，傳感器及其反饋控制機(jī)制能夠精確地監(jiān)控激勵(lì)，因此有助于提高效率，進(jìn)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(jī)制可精確地監(jiān)控激勵(lì)以提高燃燒過程的效率，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器系統(tǒng)的整體效率。
一臺(tái)傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)
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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的架構(gòu)和控制。動(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)傳感器及其性能來減少排放。
動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)傳感器概述
動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)傳感器根據(jù)它們提供的計(jì)量功能分類，如下圖所述。
根據(jù)測量原理劃分的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)傳感器類別
動(dòng)力傳動(dòng)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(jī)制。
• 對激勵(lì)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)溫度傳感器
動(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，市場越來越需要高溫傳感器，這是因?yàn)榕艢庀到y(tǒng)位于發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)熱電偶溫度傳感器和一個(gè)用于控制這些傳感器的獨(dú)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(fù)溫度系數(shù)和正溫度系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)態(tài)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高線性度，這是汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)壓力傳感器
集成式動(dòng)力傳動(dòng)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(gè)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(bǔ)償機(jī)制。
由于壓力傳感器模塊導(dǎo)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(dòng)力傳動(dòng)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(yùn)行，并承受多種振動(dòng)、溫度波動(dòng)、各種電磁條件和沖擊。
動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)液位和濃度傳感器
動(dòng)力傳動(dòng)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(gè)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中。必須監(jiān)控這些油液的液位和濃度，才能實(shí)現(xiàn)高效的控制回路運(yùn)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(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)力傳動(dòng)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(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向、牽引逆變器、自動(dòng)變速器和防鎖死制動(dòng)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(hù)工作。
動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)排氣傳感器
所有 ICE 車輛，包括混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，都采用了排氣傳感器。隨著新排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，對于排氣感應(yīng)的要求變得更加嚴(yán)格，越來越多的國家/地區(qū)實(shí)際上都在強(qiáng)制實(shí)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(xué)工作原理，具有兩個(gè)電極并使用電極電勢原理進(jìn)行感應(yīng)。這些類型的化學(xué)傳感器可能具有更高的維護(hù)成本和更長的響應(yīng)時(shí)間。
新型射頻 （RF） 排氣傳感器可實(shí)現(xiàn)更短的響應(yīng)時(shí)間、更低的維護(hù)成本和更高的精確性。這些傳感器的工作原理是，當(dāng)使用一根發(fā)射天線引起共振時(shí)， 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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)電流傳感器
電流傳感器是內(nèi)燃機(jī)、HEV 或 EV 車輛的動(dòng)力傳動(dòng)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(jī)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的傳感器的基本注意事項(xiàng)
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(dòng)力傳動(dòng)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(jì)要求明顯變得更加嚴(yán)格。
為使動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)傳感器能夠在惡劣的汽車環(huán)境中可靠地運(yùn)行，極其精確的信號調(diào)節(jié)器和高精度運(yùn)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(dòng)條件、EMI 保護(hù)以及符合汽車安全標(biāo)準(zhǔn)。
在最終分析中，動(dòng)力傳動(dòng)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(dāng)選擇動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)傳感器和它們的配套信號調(diào)節(jié)電子產(chǎn)品時(shí)，您應(yīng)仔細(xì)審核基本設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。
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