深入了解传感器：定义、图形符号及命名法/代码

01

传感器的定义

所谓传感器是来自“感觉”一词，根据-2005，传感器（／）的定义为：

能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

传感器组成框图

02

传感器的图形符号

及命名法/代码

国标GB/T 14479-93规定传感器图用图形符号表示方法：

正方形表示转换元件,三角形表示敏感元件；X 表示被测量符号；* 表示转换原理。

如：电容式压力传感器

国标GB/T 7666-2005规定了传感器的命名方法：一种传感器产品的名称，应由主题词加四级修饰语构成。

例：传感器，压力，压阻式，[单晶]硅，。

注：当对传感器的产品名称命名时，除第一级修饰语外，其他各级可视产品的具体情况任选或省略。

同时，国标GB/T 7666-2005规定了传感器代号标记方法：规定用大写汉语拼音字母（或国际通用标志）和阿拉伯数字构成传感器完整的代号。

传感器的完整代码应包括以下四部分：

例：霍尔式电流传感器

03

传感器的特性与指标

3.1 传感器的静态特性

参考GB/-2001，静态特性表示被测量处于不变或缓慢情况下，输出与输入之间的关系。也就是当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系被称作静态特性。

静态特性曲线可通过实际测试获得，为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系，可采用硬件和软件的补偿进行线性化处理，当非线性误差不太大的情况下，通常采用直线拟合的方法线性化。

通常评价静态特性的指标如下：

1、线性度：在规定条件下，传感器测量曲线（校准曲线）与拟合直线间最大偏差与满量程（Full Scale）输出值的百分比称为线性度。

传感器线性度

注：线性度与拟合直线为基准，拟合直线不同，线性度不同。

2、灵敏度：传感器的灵敏度是指到达稳定工作状态时，输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。

注：非线性传感器的灵敏度用dy/dx表示，其数值等于所对应的最小二乘法拟合直线的斜率。

3、分辨力：传感器在规定的测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化值。有些时候，也会用该值相对满量程的百分数表示，此时则称为分辨率。（满量程=最大量程-最小量程）

4、迟滞（回差）：在相同工作条件和量程范围内，同一次测量中对应同一输入量的正行程和反行程其输出值间的最大偏差。

5、重复性：在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变动多次所得特性曲线的不一致性。数值上用各测量值正、反行程标准差的两倍或三倍与满量程的百分比。

注：迟滞和重复性的差异：

6、精度（静态准确度）

精度的指标：精密度、准确度、精确度

工程中，为了表示测量结果的可靠程度，引入精确度等级概念，用A表示。

7、其他特性

时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。

温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度漂移。

3.2 传感器的动态特性

小 结：

04

传感器相关通讯协议

CAN ( Area ), LIN (Local ), , MOST (Media ), PWM (Pulse Width ), PSI5 ( 5), 和 SPI ( )，SENT ( Edge )和 是在汽车传感器通讯协议中常用的几种技术，它们各自有不同的应用场景和特点：

1、CAN ( Area )：

2、LIN (Local )：

3、：

4、MOST (Media )：

5、：

6、PWM (Pulse Width )：

7、PSI5 ( 5)：

8、SPI ( )：

9、SENT ( Edge )：

小 结：

这些通讯协议在汽车传感器中的应用取决于传感器的类型、所需的通讯速度、数据完整性要求以及系统的复杂性。例如，CAN 和 LIN 适用于一般的汽车传感器通讯，而 和 更适合于需要高速、高精度数据传输的高级应用。PWM 适合于简单的模拟传感器，而 PSI5、SPI 和 SENT 更适合于需要高速、高精度数据传输的数字传感器。

05

汽车传感器

汽车传感器是把非电信号转换成电信号并向汽车传递各种工况信息的装置。在汽车运行中，汽车传感器能采集车身状态（如温度、压力、位置、转速等）和环境信息，并将采集到的信息转换为电信号传输至汽车的相关控制单元。

汽车传感器作为信息采集源，根据信息采集内容的不同可分为车身感知传感器和环境感知传感器。

注：MEMS传感器指将微型机械结构、微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路以及接口、通信和电源模块都集成于芯片上的微机电系统。

汽车传感器产业链简图

可以看出，当前传感器技术我国仍处于技术追赶阶段，诸如：纳芯微、琻捷电子、保隆、安培龙、华为、森思泰克等芯片、传感器企业打破国外垄断技术，逐步缩短和国外厂商的差距。

注：上图及表格仅为个人观点，如有错误，烦请批评指正

博世传感器布局

Conti高压电流传感器模块

Conti电机转子位置传感器

小 结：

06

系统级传感器的作用介绍

汽车主要传感器构成

系统

传感器

作用

制动系统

轮速传感器

用于测量车轮的转速。这些信息对于防抱死刹车系统（ABS）至关重要，因为它们帮助系统识别车轮是否即将抱死，从而调整制动力以保持车轮旋转。

制动系统

制动压力传感器

监测制动系统中的液压压力。这些传感器确保刹车踏板的力量转化为适当的制动力，同时也可以检测制动系统是否存在泄漏或其他问题。

制动系统

加速度传感器

检测车辆在各个方向上的加速度。这些传感器有助于判断车辆的运动状态，如加速、减速或转弯，从而优化制动控制。

制动系统

位移传感器

安装在刹车踏板上，测量踏板的移动距离。这些传感器有助于确定驾驶员的制动意图，从而调整制动力度。

制动系统

转向角传感器

测量方向盘的转向角度。这些数据有助于车辆动态控制系统了解车辆的行驶方向，从而在转弯时优化制动力分配。

制动系统

温度传感器

监测制动系统的温度，如刹车片、刹车盘和液压油的温度。这些传感器有助于防止制动系统过热，保证制动效能。

制动系统

油壶液位传感器

主要用于监测液压制动系统中的液体水平，确保液压油或制动液的充足。

这些传感器通过提供实时的车辆状态信息，帮助电动车的制动系统更安全、更有效地工作。

Ø控制单元：制动系统由制动主缸、制动分缸、制动盘、制动鼓、刹车踏板、制动油管和制动液等组成。控制单元包括电子控制单元(ECU)和机械连接。

Ø输入：驾驶员通过踩下刹车踏板，将制动信号输入到制动系统。ECU通过踏板传感器获取制动压力信号。

Ø信号处理：ECU根据制动压力信号计算所需的制动力，并控制制动分缸的液压输出，以实现精确的制动效果。

Ø执行：制动分缸通过液压油将制动力传递到制动盘或制动鼓，产生摩擦力，减缓或停止车轮的旋转。

Ø反馈：ECU通过轮速传感器获取车轮速度信息，并根据需要调整制动力，以确保制动效果。

Ø辅助功能：现代制动系统通常配备ABS、EBD、TCS等电子辅助功能，以提高制动效率和安全性。

转向系统

转向角传感器

测量方向盘的转向角度。这些数据对于车辆的动态控制系统（如电子稳定控制系统，ESC）非常重要，帮助系统了解车辆的行驶方向，从而在转弯时优化车辆稳定性。

转向系统

转向力矩传感器

测量驾驶员施加在方向盘上的力。这些传感器有助于判断驾驶员的转向意图，并可以用来调整助力转向系统，以提供更舒适或更直接的转向反馈。

转向系统

转向速度传感器

监测方向盘的转动速度。这些数据对于车辆的转向辅助系统（如车道保持辅助系统）至关重要，帮助系统快速响应驾驶员的转向操作。

这些传感器通过提供实时的车辆状态信息，帮助电动车的转向系统更安全、更有效地工作。

转向系统工作原理如下：

Ø控制单元：转向系统由方向盘、转向柱、转向机、转向拉杆、转向节、轮胎等组成。控制单元包括电子控制单元（ECU）和机械连接。

Ø输入：驾驶员通过转动方向盘，将转向信号输入到转向系统。ECU通过方向盘角度传感器获取转向角度信号。

Ø信号处理：ECU根据转向角度信号计算所需的转向角度，并控制转向机的转向角度输出，以实现精确的转向效果。

Ø执行：转向机通过转向拉杆和转向节，将转向角度传递到前轮，实现车辆的转向。

Ø反馈：ECU通过轮速传感器和转向角度传感器获取车轮速度和转向角度信息，并根据需要调整转向角度，以确保转向效果。

Ø辅助功能：现代转向系统通常配备EPS（电动助力转向系统）等电子辅助功能，以提高转向效率和舒适性。

悬架系统

车身高度传感器

用于监测车身相对于地面的高度。这些传感器对于调整空气悬架系统尤为重要，确保车辆在不同负载和路况下保持适当的高度。

悬架系统

加速度传感器

测量车辆在垂直方向上的加速度，即车辆的颠簸情况。这些数据用于实时调整悬架的硬度，以减少颠簸和提升乘坐舒适性。

这些传感器通过提供实时的车辆状态信息，帮助悬架系统更安全、更有效地工作，从而提升整体驾驶体验。

空气弹簧悬架系统工作原理如下：

Ø控制单元：空气弹簧悬架系统由空气弹簧、气压控制单元（ECU）、压缩机、储气罐、阀门和传感器等组成。控制单元包括ECU和机械连接。

Ø输入：ECU通过车身加速度传感器、高度传感器等获取车辆状态信息，如车身高度和行驶路况。

Ø信号处理：ECU根据车辆状态信息计算所需的空气弹簧压力，以实现车身高度和悬架刚度的调整。

Ø执行：ECU通过控制压缩机、储气罐和阀门，调节空气弹簧内的气体压力，以调整车身高度和悬架刚度。

Ø反馈：ECU通过车身高度传感器和悬架压力传感器获取车身高度和悬架压力信息，并根据需要调整空气弹簧压力，以确保悬架性能。

Ø辅助功能：现代空气弹簧悬架系统通常配备高度调节、刚度调节、自适应调节等辅助功能，以提高悬架性能和驾驶舒适性。

电驱动系统

电流传感器

监测流经电动机的电流。这些数据对于控制电动机的输出功率和效率至关重要。

电驱动系统

电压传感器

测量电动机和电池的电压水平。这些信息用于确保电池和电动机在安全的工作电压下运行。

电驱动系统

温度传感器

监测电动机、逆变器和其他关键电驱动组件的温度。这些传感器有助于防止过热，确保系统稳定性和寿命。

电驱动系统

位置传感器

在某些电动机中，用于检测电动机转子的位置。这些数据对于精确控制电动机的运行至关重要。

电驱动系统

速度传感器

测量电动机的转速。这些数据用于控制电动机的扭矩输出，确保车辆按照驾驶员的意图加速和减速。

这些传感器通过提供实时的电驱动系统状态信息，帮助电动车更安全、更有效地运行。

电驱动系统工作原理如下：

Ø控制单元：电驱动系统主要由电机、电机控制器、电池组、DC-DC转换器、充电设备等组成。控制单元包括电机控制器和车载信息娱乐系统。

Ø输入：驾驶员通过加速踏板、制动踏板和方向盘等操作，将控制信号输入到电驱动系统。车载信息娱乐系统接收驾驶员的行驶指令和导航信息。

Ø信号处理：电机控制器根据驾驶员的输入信号，结合车载信息系统的导航信息，计算出电机所需的扭矩和转速，以实现车辆的加减速和转向。

Ø执行：电机控制器向电机发送控制信号，使电机产生所需的扭矩和转速，通过传动系统将动力传递到车轮，以驱动车辆行驶。

Ø反馈：电机控制器通过速度传感器、转矩传感器等获取电机的实际运行参数，并根据需要调整电机的控制信号，以确保电机的稳定运行。

Ø辅助功能：现代电驱动系统通常配备再生制动、能量管理、故障诊断等辅助功能，以提高电机的运行效率和系统的可靠性。

热管理系统

电机温度传感器

专门监测电机的温度。由于电机在运行时会产生热量，因此监测温度对于防止过热和保持效率非常重要。

热管理系统

逆变器温度传感器

逆变器是电驱动系统中的关键组件，它将电池的直流电转换为交流电以驱动电机。监测逆变器的温度对于防止故障和延长使用寿命非常重要。

热管理系统

转矩传感器

测量电机输出的转矩，这些数据对于控制车辆的加速和爬坡能力至关重要。

热管理系统

逆变器温度传感器

逆变器是电驱动系统中的关键组件，它将电池的直流电转换为交流电以驱动电机。监测逆变器的温度对于防止故障和延长使用寿命非常重要。

热管理系统

车载充电器温度传感器

对于配备车载充电器的电动车，监测充电器的温度对于确保充电安全和效率至关重要。

热管理系统

冷却液温度传感器

监测发动机或电池冷却液的温度。这些数据用于控制冷却系统的运行，确保温度保持在最佳工作范围内。

热管理系统

电池温度传感器

测量电池组的温度。这些传感器对于电池的健康和性能至关重要，因为电池在过热或过冷的情况下性能会下降。

热管理系统

空调系统温度传感器

测量车内空气的温度，确保空调系统提供适宜的温度。

热管理系统

散热器温度传感器

监测散热器的温度，以确保散热效率。

热管理系统

空调压力传感器

监测空调系统的制冷剂压力。这些数据对于确保空调系统正常运行和预防压缩机损坏至关重要。

电动汽车热管理系统工作原理如下：

Ø控制单元：电动汽车热管理系统主要由电池热管理系统、电机热管理系统、空调系统和充电系统组成。控制单元包括电池管理系统(BMS)、电机控制器、空调控制器和充电控制器。

Ø输入：BMS、电机控制器、空调控制器和充电控制器通过温度传感器、电流传感器等获取电池、电机、车内温度和充电状态等信息。

Ø信号处理：BMS、电机控制器、空调控制器和充电控制器根据采集的信息，计算出所需的冷却或加热功率，以实现电池、电机和车内温度的调节。

Ø执行：电池热管理系统通过冷却液循环系统或空气循环系统，调节电池的温度；电机热管理系统通过冷却液循环系统，调节电机的温度；空调系统通过制冷剂循环系统，调节车内温度；充电系统通过调节充电功率，控制电池的充电温度。

Ø反馈：BMS、电机控制器、空调控制器和充电控制器通过温度传感器等获取电池、电机、车内温度和充电状态的实际值，并根据需要调整冷却或加热功率，以确保电池、电机和车内温度在最佳工作范围内。

Ø辅助功能：现代电动汽车热管理系统通常配备故障诊断、远程监控、自适应调节等辅助功能，以提高热管理系统的可靠性和智能化水平。

胎压监测系统

直接式胎压传感器

这些传感器安装在轮胎内部，直接测量轮胎的气压和温度。它们通常具有无线传输功能，能够将数据发送到车辆仪表板上的接收器。

胎压监测系统

间接式胎压传感器

这些传感器不是直接测量轮胎气压，而是通过监测轮胎的转速差异来推断气压。当轮胎气压下降时，轮胎的直径会减小，导致转速增加。这些系统通常依赖于车辆的ABS系统来监测轮胎转速。

胎压监测系统工作原理如下：

Ø控制单元：胎压监测系统主要由轮胎压力传感器、信号发射器、接收器和显示器组成。控制单元包括ECU和信号处理单元。

Ø输入：轮胎压力传感器实时监测轮胎的气压和温度，并将数据通过无线信号发送到信号发射器。

Ø信号处理：信号发射器将接收到的气压和温度数据通过无线信号发送到接收器。接收器将无线信号转换为数字信号，并通过ECU进行处理和分析。

Ø执行：ECU根据处理和分析的结果，判断轮胎的气压是否正常，并通过显示器向驾驶员显示轮胎的实时气压和温度信息。

Ø反馈：ECU通过显示器向驾驶员提供轮胎的实时气压和温度信息，以提醒驾驶员及时调整轮胎气压或进行维护。

Ø辅助功能：现代胎压监测系统通常配备故障报警、历史数据记录、轮胎位置显示等辅助功能，以提高系统的可靠性和用户友好性。

低压管理系统

电池状态传感器

监测车载电池的电量。启停系统需要电池来重新启动动力系统，因此必须确保电池有足够的电量来支持这一功能。

汽车低压管理系统工作原理从系统的角度说明如下：

Ø控制单元：汽车低压管理系统主要由低压电源系统（例如12V/24V电池组）、发电机、稳压器、电压调节器、熔断器、低压用电设备（例如照明、喇叭、仪表盘、车窗升降器等）组成。控制单元通常包括电池管理系统（BMS）和发电机控制单元（GCU）。

Ø输入：BMS和GCU通过电压和电流传感器等获取电池组、发电机以及低压用电设备的电压和电流信息。

Ø信号处理：BMS和GCU根据采集的信息，计算出所需的发电功率和电压，以维持低压系统的稳定运行。

Ø执行：发电机根据GCU的控制信号，产生所需的电能，并通过稳压器和电压调节器，为低压系统提供稳定和适当的电压。同时，熔断器起到过载保护的作用。

Ø反馈：BMS和GCU通过电压和电流传感器等获取低压系统的实际电压和电流信息，并根据需要调整发电机的输出功率，以确保低压系统的稳定运行。

Ø辅助功能：现代低压管理系统通常配备电池电量管理、故障诊断、充电模式控制等辅助功能，以提高系统的可靠性和智能化水平。

智能驾驶系统

摄像头

用于捕捉车辆前方的视觉信息，包括交通信号、行人、其他车辆等。

智能驾驶系统

雷达

通过发射无线电波并分析反射回来的信号，检测车辆周围物体的速度和距离。

智能驾驶系统

激光雷达

发射激光并测量反射回来的光的时间差，提供车辆周围环境的三维图像。

智能驾驶系统

超声波传感器

用于停车辅助系统，检测车辆周围的障碍物。

智能驾驶系统

定位系统

提供车辆的精确位置信息，对于导航和自动驾驶功能至关重要。

汽车智能驾驶系统工作原理如下：

Ø控制单元：汽车智能驾驶系统主要由感知系统、决策系统、执行系统和人机交互界面组成。控制单元包括感知模块、决策模块、执行模块和界面模块。

Ø输入：感知模块通过传感器（如摄像头、雷达、激光雷达、超声波传感器等）实时采集车辆周边环境信息，并将数据传输至决策模块。

Ø信号处理：决策模块对采集的环境信息进行处理和分析，判断当前行驶环境，并规划行驶路径。同时，决策模块会根据驾驶员的操作指令，调整行驶策略。

Ø执行：执行模块根据决策模块的指令，通过控制转向、加速、制动等系统，实现车辆的智能行驶。例如，自动转向系统控制方向盘，自动加速系统控制油门，自动制动系统控制刹车。

Ø反馈：执行模块将车辆的实际运行状态反馈给决策模块，以便决策模块根据实际情况调整行驶策略。同时，界面模块通过显示屏、声音提示等方式，向驾驶员展示系统的运行状态和预警信息。

Ø辅助功能：现代智能驾驶系统通常配备自适应巡航、车道保持、自动泊车、紧急制动等辅助功能，以提高驾驶安全性和舒适性。

智能座舱系统

车内摄像头

用于监控驾驶员和乘客，实现面部识别、情绪分析和疲劳监测。

智能座舱系统

生物识别传感器

（摄像头、雷达）

包括指纹识别、面部识别和心率监测传感器，用于身份验证和安全控制。

智能座舱系统

环境传感器

监测车内的温度、湿度、光照和空气质量，以调节气候控制和氛围灯系统。

智能座舱系统

触摸屏和触控传感器

用于控制智能座舱的各种功能，如音响、导航和座椅调节。

智能座舱系统

语音识别传感器

识别和理解乘客的语音指令，控制车辆的智能系统。

智能座舱系统

头部和身体姿势传感器（摄像头、雷达）

监测驾驶员和乘客的头部和身体姿势，用于安全带提醒和座椅调节。

智能座舱系统

乘客存在传感器

（摄像头、雷达）

检测车内是否有乘客，以及乘客的位置和数量，以便于调整座椅和安全带提醒。

智能座舱系统

手势识别传感器

（摄像头）

允许乘客通过手势来控制车辆的某些功能，如调节音乐音量或导航系统。

汽车智能座舱系统工作原理如下：

Ø控制单元：汽车智能座舱系统主要由信息娱乐系统、导航系统、车载通信系统、智能座椅、氛围灯、语音交互系统、车载摄像头、智能显示器等组成。控制单元包括车载信息娱乐系统主机和车载操作系统。

Ø输入：驾驶员和乘客通过触摸屏、语音、手势等方式与智能座舱系统进行交互，输入各种指令和请求。

Ø信号处理：车载信息娱乐系统主机接收输入信号，并调用相应的软件应用和服务，如导航、音乐播放、等，以响应用户需求。

Ø执行：车载操作系统根据信息娱乐系统主机的指令车内空气质量监测系统，通过车载显示屏、扬声器、氛围灯等设备，展示信息和服务，为用户提供视听享受。

Ø反馈：车载摄像头、传感器等设备实时监测车内环境和乘客状态，并将数据反馈给车载信息娱乐系统主机，以实现自适应功能，如自动调节座椅、氛围灯、温度等。

Ø辅助功能：现代智能座舱系统通常配备智能语音助手、人脸识别、情绪识别、健康监测等辅助功能，以提高用户交互体验和个性化服务。

小 结：

底盘和电驱动系统、热管理系统和悬架系统、智能驾驶、智能座舱传感器是汽车传感器系统的重要组成部分，它们在确保车辆性能、安全性和舒适性方面发挥着关键作用。

下面是对这些传感器类型的总结：

1、底盘系统传感器：

2、热管理系统传感器：

3、悬架系统传感器：

4、电驱动系统传感器：

5、智能驾驶传感器：

6、智能座舱传感器：

这些传感器类型在汽车中的应用不断发展和扩展，随着汽车技术的进步，它们在提高车辆性能、安全性和舒适性方面发挥着越来越重要的作用。随着传感器技术的不断进步和成本的降低，我们有理由相信这些传感器将在汽车中得到更广泛的应用，为汽车行业的发展做出更大的贡献。

07

未来发展趋势

汽车传感器的发展趋势受到汽车行业整体技术进步的推动，同时也响应了消费者对于更安全、高效、舒适驾驶体验的需求。以下是一些关键趋势：

1、集成化和智能化：随着汽车电子架构的演变，传感器将更加集成化，通过车载计算平台实现更高级的数据处理和分析。同时，传感器将变得更加智能化，能够自主学*和适应不同的驾驶环境和用户需求。

2、多传感器融合：为了实现更高级的自动驾驶功能，未来的汽车将越来越多地采用多传感器融合技术，包括摄像头、雷达、激光雷达和超声波传感器的组合，以提高感知能力和准确性。

3、长寿命和高可靠性：随着电动车和自动驾驶技术的发展，传感器需要能够在极端条件下长期稳定工作，因此对于传感器的耐用性和可靠性的要求将越来越高。

4、小型化和轻量化：为了适应汽车轻量化趋势，传感器将向小型化和轻量化发展，同时保持或提升性能。

5、低功耗和高能效：随着电动车对能源效率的重视，传感器将更加注重低功耗设计，以延长续航里程。

6、无线传感技术：无线传感器技术的发展将减少车辆的布线复杂性，提高安装和维护的便利性。

7、新材料和新工艺：新型材料和制造工艺的应用将进一步提升传感器的性能和成本效益。

8、数据安全和隐私保护：随着车联网技术的发展，传感器数据的安全性和用户隐私保护将成为重要的研究方向。

9、人工智能和机器学*：人工智能和机器学*技术将被广泛应用于传感器数据的分析和处理，以实现更智能的驾驶决策和车辆管理。

10、法规和标准：随着新技术的应用，相关的法规和标准也将不断完善，以保障传感器系统的安全性和可靠性。

这些趋势预示着汽车传感器技术的未来发展方向，也将推动汽车行业的整体技术进步和产业升级。