汽车传感器技术中电磁感应现象的应用

吕露

摘要：汽车传感器技术对汽车功能产生重要影响，而电磁感应现象则是影响传感器技术发展的重要因素。在本次研究中，本文详细分析了汽车传感器技术现状，并对其智能化、集成化等技术发展方向进行分析;之后从技术角度出发，详细研究电磁感应现象在汽车传感器技术中的应用路径，包括在扭矩传感器方向、轮速传感器方面的应用等，希望为进一步完善汽车传感器性能提供支持。

关键词：汽车传感器;电磁感应现象;扭矩传感器

0  引言

汽车电子技术的发展对于推动整个行业的革新具有重要影响，汽车电子控制主要是依靠信号输入装置（即传感器），在经过电控单元处理信号后，命令执行元件，确保车辆的功能得以实现。电磁感应现象在汽车传感器技术中占据重要位置，随着我国汽车市场发展，为了能够更好的适应未来需求，需要从电磁感应现象角度探索汽车传感器技术的发展新方向。

1  汽车传感器技术现状

结合当前汽车传感器技术现状来看，其发展趋势主要体现为：

1.1 智能化

随着汽车的不断更新换代，汽车传感器技术也表现出了较为明显的变化[1]。结合当前新型汽车中的传感器技术应用状况来看，引入智能化传感器的汽车产品数量明显增加。这一改变标志着汽车传感器技术正朝向智能化方向发展。

1.2 集成化

近年来，易于集成的传感器逐渐成为汽车生产中选择传感器技术的主要依据。以MEMS传感器为例，这种新型传感器具有良好易集成特性。上述优势为其在汽车生产领域的普及奠定了良好的基础。

1.3 微型化

体积限制性特征也是汽车传感器技术的主要发展趋势之一。与传统大体积汽车传感器相比，小体积传感器的优势在于：其空间耗用更少，可适用于不同条件、位置，其适用范围更加广阔。此外，小体积的汽车传感器更加契合消费者的实际要求。

2  电磁感应现象在汽车传感器技术中的运用

这里主要从以下几方面入手，针对电磁感应现象在汽车传感器技术中的运用进行分析：

2.1 轮速传感器方面

轮速传感器的功能以采集车轮转速信息为主[2]。该设备的转子通常被安装于汽车中随车轮共同运转的从动轮、驱动车轮等设备中，而其本体则被安装于不受车轮转速影响的部件中（同样位于车轮周围）。

基于电磁感应现象的轮速传感器的磁通量、电动势参数的变化规律为：汽车运行状态下，该传感装置信号转子内部的磁芯、齿圈均沿顺时针方向逐渐开始转动。随着转动的持续，磁头、转子齿圈的空气间隙明显缩小，引发传感装置磁路内磁阻参数的下降，此时，通过传感装置感应线圈的磁通量参数呈升高趋势，而其变化率则按照先增大、后减小（与磁头、齿圈间间隙的持续变化有关）的顺序不断变化。而当齿圈运行至与磁头相对应方向时，磁路的磁阻参数达到最小值，而磁通量参数则为最大值，因此，磁通量变化率及轮速传感器的感应电动势均为0。随着转子的进一步旋转，齿圈与磁头间隙逐渐拉大，磁阻明显增大，磁通量减少，磁通量变化率转为负值，变化率参数的绝对值呈先升高后降低趋势，该时段的感应电动势则保持先下降后升高趋势。随着电磁感应现象的引导作用，轮速传感器的转子可逐渐随汽车车轮正常旋转，并将所采集的轮速信息传输至电脑内，由电脑通过对轮速信息的识别及分析做出相应指令。

2.2 扭矩传感器方面

电磁感应式扭矩传感器属于一类经典非接触式传感器。这类汽车传感器主要由扭杆、输入轴、输出轴、线圈以及线轴套等元件构成。其中，该传感装置的输出轴、输入轴由一根相同扭杆连接;输入轴表面设置两排键槽（材料类型为非磁性材料），而输出轴表面则配置以磁性材料制成的花键。键槽、花键外部分别设置相对应的感应线圈、线轴套等元件。

汽车运行状态下，该传感装置受扭矩作用影响，促使扭杆出现变形，进而引发分布于输入轴、输出轴表面的键槽、花键随之转动。以磁性材料制成的花键的磁感强度参数迅速出现变化，并造成与之对应线圈电压信号参数的变化。上述变化（扭矩变化）可促使扭矩传感器获得相应扭矩数据信息。由该传感装置将上述信息传输至汽车电脑后，电脑可根据所接收参数状况，向外发出相应指令。

与传统传感器相比，基于电磁感应原理的扭矩传感器的优势在于：其采集扭矩信息的精度水平较高。此外，该设备的运行可靠性较强，使用寿命较长，其运行期间出现故障问题的风险水平较低。

2.3 曲軸位置传感器方面

作为一种以电磁感应为基本原理的常用传感器，曲轴位置传感器的主要构成包含永久磁铁、信号转子（以导磁材料制成）等[3]。曲轴位置传感器的功能以监控曲轴及发电机转动状况为主。上述两种被监控设备的运行原理为：发电机启动后，曲轴位置传感器可促使活塞的往复性运动（上下方向）转变为以自身为中心的圆周运动。随着活塞产生动力参数的变化（呈增长趋势），该传感器可借助离合器等相关传动机制，将动力传输至驱动轮，实现汽车行驶目的。在曲轴飞轮组运行过程中，曲轴位置传感器的作用为：该传感装置可动态收集来自发动机、曲轴的转速信号、转动角度信号，并将所采集信号信息转入发动机电脑内，便于发动机电脑根据上述原始信息，确定汽车各气缸的点火顺序及喷油顺序。如该传感装置受故障因素影响而未能正常运行，发动机电脑无法获取相应转速、转动角度信号，其可自动判定发动机处于停滞状态，此时，发动机电脑迅速向外发出切断喷油指令，进而造成汽车熄火。

传感装置运行期间，电磁感应现象对其运行状况的影响主要体现为：

第一，传感装置信号转子与永久磁铁间隔缩小。曲轴位置传感装置运行后，内部信号转子与永久磁铁磁头的间隔逐渐缩短，在这一过程中，磁头与转子之间的空气间隙持续缩小，导致磁通量参数持续增长。此时，传感装置磁通量变化率参数处于>0范围内。随着该参数的增大，传感装置产生的感应电动势也逐渐增加，并呈现出迅速上升变化规律。

第二，信号转子与磁铁间距持续缩短。随着信号转子的持续贴近，其凸齿与磁头间距进一步缩小，在该过程中，虽然磁通量参数呈增加趋势，但其变化率缓慢降低，同时，感应电动势参数也逐渐降低。因此，该阶段感应电动势的变化规律为逐渐降低。

第三，转子与磁头处于同一直线（水平面）。当转子凸齿运动至与磁头相同平面内时，二者间隙达到最小值，此时，磁通量为最大值，由于整个变化过程中磁场强度无变化，因此，磁通量变化率、感应电动势均为0。

第四，转子离开磁头。转子脱离与磁头同平面状态后，其与磁头间距逐渐增大，此时，磁通量不断缩小，变化率逐渐增大，而感应电动势也逐渐缩小。上述变化规律构成了完整的正弦波形。

2.4 转角传感器方面

汽车电磁感应转角传感器也是电磁感应现象在汽车传感器技术中应用的主要体现。这类传感装置的构成为：转子、激励线圈、感应线圈及辅助电路等。具体而言，激励线圈与感应线圈的材料相同，前者为细导线绕制而成，而后者则以转子轮廓为参照，通过导线的合理绕制获得两条呈极性相反状态的线圈。

在汽车启动状态下，这类传感装置的运行原理为：启动后，转角传感器内置的激励电路可持续产生交流电压信号（具有高频性特征），上述信号信息直接作用于激荡线圈，使其产生磁场。随着传感装置的运行，感应线圈与激励线圈的间距不断缩小，并逐渐进入后者形成的磁场范围内。在电磁感应耦合机制的影响下，感应线圈立即形成感生电压，此时，与感应线圈相连的转子（以导电材料制成）也会受到激励线圈形成交变磁场的影响。随着传感装置转轴的持续变化，转子所处的空间位置随之改变，上述变化可对传感装置内部激励线圈、感应线圈间的感应耦合机制形成一定影响，此时，感应线圈基于电磁感应作用产生的感生电压参数逐渐变化（与转子空间位置改变有关），即形成特定的转角、感生电压幅值映射关系。由感应线圈向外输出的感生电压经过传感装置内置的处理电路进行处理后，可形成准确的信号信息。此时，参照既定算法规律，即可确定不同转子旋转角度下产生的电量信息。在上述变化过程中，转子转动引发的感应线圈输出信号峰值变化规律，与正弦波周期特征相符。当汽车电脑接收到转角传感器提供的原始信息后，可随之发出相应指令，以保障汽车的安全运行。

与其他可用于转角参数监测的汽车传感器技术相比，以电磁感应为原理的转角传感器的优势在于：

第一，成本低。该传感装置内部构成简单，整体成本较低，符合推广要求。

第二，转角参数测量精度高。以该传感装置监测汽车的转角参数，其所得监测结果的精度水平较高，上述优势可为汽车正常运行提供良好保障。

3  结论

汽车传感器作為汽车的重要组成部分，在未来呈现出多样化发展趋势，从本文的研究结果可知，电子感应现象在汽车传感器技术中具有广泛的应用，其技术发展直接影响了传感器技术水平，因此相关人员需要根据现有技术要求，探索电磁感应现象新的应用路径，争取能够实现汽车传感器技术变革，最终为实现汽车制造工艺发展奠定基础。

参考文献：

[1]谷星莹，汤其富，彭东林，等.一种双边传感型电磁感应式直线位移传感器[J].仪表技术与传感器，2020（04）：1-5，10.

[2]翁道纛，汤其富，彭东林，等.一种互补耦合型电磁感应式直线位移传感器的研究[J].传感技术学报，2019，32（07）：996-1002.

[3]于淑霞.汽车传感器技术中电磁感应现象的应用[J].中学物理教学参考，2017，46（18）：40-41.