在汽車制造領域,從動力總成裝配到整車性能測試,從傳統燃油車到新能源汽車,扭矩控制貫穿車輛運行的全流程,直接影響動力輸出穩定性、駕駛安全性與能源利用效率。扭矩傳感器作為汽車動力系統的重要組件,與壓力傳感器形成功能互補,共同構建汽車工業的智能控制體系。
在汽車動力系統中,扭矩控制直接影響關鍵性能指標。例如,發動機曲軸扭矩波動過大會導致動力輸出不均,使加速響應延遲;變速箱換擋時的扭矩突變會造成傳動系統沖擊,縮短齒輪壽命。傳統機械扭矩控制依賴經驗參數調節,而現代智能汽車通過扭矩傳感器構建的閉環系統,可將扭矩波動精準控制在較低水平,使動力輸出響應速度與傳動系統可靠性得到有效提升。
壓力控制在汽車液壓與氣動系統中同樣關鍵。液壓制動系統的壓力波動會導致制動距離延長;氣動懸掛的壓力不穩會造成車身抖動,影響駕乘舒適性。壓力傳感器通過實時監測系統壓力,確保液壓制動的響應速度與氣動懸掛的平順性得到提升。
扭矩與壓力控制的協同價值體現在三個核心場景:
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動力總成:扭矩傳感器監測電機輸出扭矩,壓力傳感器反饋液壓離合器壓力,共同保障動力傳輸的穩定性;
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底盤調校:扭矩傳感器實現轉向系統的力矩反饋,壓力傳感器控制減震器壓力,確保車輛操控的精準性;
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安全冗余:扭矩傳感器檢測異常扭矩突變,壓力傳感器監測制動系統壓力,構建雙重安全防護機制。
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扭矩傳感器:基于應變片、磁致伸縮或光纖布拉格光柵原理,通過彈性體形變感應旋轉軸的扭矩變化。例如應變片式傳感器,在扭矩作用下彈性體產生微形變,應變片電阻值變化經電橋轉換為電壓信號,精度可達 ±0.05% FS,適用于 0.1N?m 至 10kN?m 的寬扭矩范圍。
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壓力傳感器:基于壓阻效應或壓電效應,測量氣體或液體的壓強。壓阻式傳感器在壓力作用下硅膜片形變導致電阻變化,經信號調理輸出標準信號,精度 ±0.2% FS,適用于 0.1MPa 至 200MPa 的寬壓力范圍。
扭矩傳感器是汽車旋轉動力的重要測量工具,直接決定動力輸出的力矩均衡;壓力傳感器是流體動力的關鍵監測部件,保障液壓 / 氣動系統的壓力穩定。二者在新能源汽車中形成高效協同:扭矩傳感器監測電機輸出扭矩以調整轉速,壓力傳感器檢測電池冷卻系統壓力以控制散熱效率,共同實現 “扭矩 - 壓力” 的雙重精準控制,確保整車能源利用效率提升。
基于電阻應變原理,采用鋁合金或鈦合金彈性體,表面粘貼高精度應變片,通過全橋電路實現扭矩信號轉換。其優勢在于成本與性能平衡、響應速度快,適用于發動機測試、變速箱調校等中負載場景。在汽車生產線的發動機裝配中,該傳感器實時監測曲軸扭矩,通過 ECU 系統動態調整燃油噴射量,使發動機的動力輸出波動顯著降低,滿足高標準排放要求。
利用鐵基合金的磁致伸縮效應,扭矩作用下內部磁路變化通過感應線圈輸出信號。其抗振動、耐粉塵、耐高溫的特性,使其成為鑄造、焊接等惡劣環境的理想選擇。在商用車底盤生產線中,磁彈性式傳感器監測傳動軸扭矩,配合抗電磁干擾設計,將傳動系統的異常扭矩預警響應時間大幅縮短,顯著提升車輛運行的安全性。
基于光纖布拉格光柵技術,扭矩導致光纖光柵軸向應變,反射光波長漂移經解調儀實現測量。其抗電磁干擾、體積小、精度高的優勢,特別適合新能源汽車的電池管理與電機控制。在新能源汽車的電機軸端,分布式光纖傳感器以高頻采樣頻率監測扭矩,通過邊緣計算實時調整電機電流,將扭矩控制精度有效提升,助力整車續航里程增加。
在新能源汽車的電機裝配線,扭矩傳感器與六維力傳感器協同工作,實時監測電機軸的扭矩與力信號。當檢測到裝配扭矩超過設定值時,系統自動停止操作并反饋補償角度,將電機裝配的良品率提升,同時避免因過扭矩導致的電機損壞。
在 L3 級自動駕駛汽車的轉向系統,扭矩傳感器實時監測方向盤扭矩。當檢測到駕駛員脫手導致扭矩低于安全閾值時,系統快速觸發警報并切換至應急模式,將自動駕駛的安全響應速度提升,滿足功能安全標準。
在電動汽車的電池包測試中,扭矩傳感器與壓力傳感器聯動控制。傳感器實時監測電池包固定螺栓扭矩,當檢測到扭矩不均時,系統自動調整液壓夾具的壓力分布,將電池包的安裝精度提升,確保電池包的密封性與安全性。
隨著汽車向輕量化、智能化發展,需在有限空間內實現高精度扭矩測量。未來將聚焦:
針對高溫、振動、電磁干擾等場景,需提升傳感器的環境耐受性:
隨著汽車向自動駕駛升級,扭矩傳感器正從 “數據采集” 向 “智能分析” 進化:
全球汽車扭矩傳感器市場呈現三大發展特征:
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新能源汽車驅動增長:電動化、智能化需求推動高精度扭矩傳感器市場規模持續擴大;
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本地化技術發展加速:行業內企業在中低端市場的自主研發能力不斷增強,產品的技術水平逐步提升;
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綠色制造需求升級:低功耗傳感器與節能伺服系統的協同,幫助企業降低控制能耗,成為行業發展的重要方向。
在汽車工業向電動化、智能化、網聯化發展的進程中,扭矩傳感器作為動力控制的重要元件,正從 “輔助測量” 升級為 “智能決策” 的關鍵環節。隨著新材料技術、微納制造與邊緣計算的深度融合,未來扭矩傳感器將以更高的精度、更強的環境適應性和更智能的協同能力,持續賦能汽車制造,推動全球汽車產業向高效化、安全化、綠色化方向邁進。
2025第十一屆中國國際機電產品交易會 暨先進制造業博覽會
展會城市:合肥市展會時間:2025-09-20