在新能源汽车的动力系统中，精确测量力与扭矩是确保车辆性能、安全与效率的基础环节。这些物理量的获取并非直接可得，而是依赖于一系列精密传感器的转换。其中，扭力传感器与测力传感器构成了这一感知体系的核心。它们的功能虽有关联，但在物理原理和应用场景上存在明确分野。理解这种分野，是剖析其如何协同服务于新能源汽车动力系统测控的关键起点。
一 ▍物理本质的区分：扭矩与力的不同维度
扭力传感器与测力传感器最根本的区别，在于它们所测量的物理量维度不同。扭矩，或称转矩，是一个旋转效应量。它描述的是使一个物体绕轴发生转动趋势的物理量，其大小等于作用力与力臂的乘积，单位是牛顿·米。这意味着，扭矩的测量始终与一个旋转轴或潜在的旋转趋势相关联。例如，电动机输出的旋转动力、传动轴传递的扭转力矩，都属于扭矩范畴。
相比之下，力是一个矢量，描述物体之间的相互作用，其直接效应是改变物体的运动状态或形状，单位是牛顿。在汽车领域，力更多地表现为直线或非旋转的相互作用，例如刹车卡钳对刹车盘的夹紧力、电池包在碰撞中受到的冲击力、悬挂系统承受的载荷等。从测量对象上看，扭力传感器面向旋转系统的“转动劲道”，而测力传感器面向直线或静态系统的“推拉负荷”。
二 ▍传感原理的路径差异：应变与磁弹的殊途
基于测量维度的不同，两类传感器在核心传感原理的选取上，也发展出不同的技术路径。测力传感器，尤其是高精度的静态或准静态力测量，普遍采用电阻应变片原理。其核心是将力学形变转化为电阻变化。当弹性体受到外力作用产生微小形变时，粘贴在其表面的应变片随之变形，其电阻值发生相应改变。通过惠斯通电桥电路，可将这种微小的电阻变化转换为电压信号输出，经过标定即可精确反推出作用力的大小。这种方法技术成熟，线性度好，适用于多种力值范围和安装环境。
扭力传感器的原理则更为多样，且更侧重于动态旋转信号的获取。其中，应变片原理同样可用于旋转轴的扭矩测量，但需要解决旋转部件上的供电和信号无线传输问题，例如采用滑环或无线遥测技术。另一种在旋转扭矩测量中常见的技术是磁弹性原理。某些铁磁材料在受到机械应力时，其磁导率会发生改变。通过在旋转轴上制作特殊的磁弹性敏感区域，并利用非接触式的拾波线圈检测其磁特性变化，即可间接测得轴承受的扭矩。这种方法无接触、无磨损，尤其适合高速旋转和长期工作的场合。相位差原理也被广泛应用，通过测量安装在转轴两端齿轮或光栅产生的脉冲信号的相位差来计算扭矩。这些原理的共同特点是，多元化解决在动态旋转状态下信号的可靠采集与传输这一核心挑战。
三 ▍在新能源汽车动力系统中的协同定位
新能源汽车的动力系统是一个复杂的机电一体化系统，其测控需求覆盖了从能量转换、传输到最终作用于车轮的全过程。扭力传感器与测力传感器在此系统中并非替代关系，而是根据其特性，被部署在不同的功能模块，形成互补的测控网络。
扭力传感器的核心应用场景直接关联旋转动力流。它主要被部署在驱动电机输出端、减速器输入/输出轴以及半轴等关键旋转传动部位。其核心职能是实时监测驱动电机的输出扭矩，这是整车控制器进行扭矩精确控制、实现驾驶员踏板需求响应的最直接依据。监测传动链路上的扭矩，可以用于评估传动效率、诊断异常振动或打滑，并为能量回收系统提供控制基准。例如，在制动能量回收时，需要准确知道驱动轴上的反向扭矩，以协调电制动与机械制动的比例。
测力传感器的应用则更为分散，主要针对系统中的静态或直线作用力。一个典型应用是在电池管理系统中的电池模组膨胀力监测。锂离子电池在充放电循环中会产生体积膨胀，对电池包壳体产生持续的静态压力。通过集成在模组间的测力传感器，可以实时监测这种膨胀力，用于评估电池健康状态、预警潜在热失控风险，并为电池包的结构设计提供数据反馈。另一个关键应用是在线控制动系统中。虽然主缸压力通常由压力传感器监测，但在一些冗余设计或特定测试中，直接测量制动踏板力或卡钳夹紧力仍需用到高动态响应的测力传感器。在底盘测试、悬挂载荷分析等领域，测力传感器也是不可或缺的工具。
四 ▍面向新能源汽车的专用性设计考量
通用工业传感器若直接应用于新能源汽车，往往会面临严峻挑战。针对该领域的专用传感器需进行一系列特定的设计优化。这些优化并非单一技术的突破，而是围绕环境适应性、系统集成度和数据价值三个维度的综合考量。
环境耐受性是基础门槛。新能源汽车的传感器工作环境比传统工业环境更为严苛。驱动系统附近的传感器需要耐受高强度的电磁干扰，因为大功率电机和逆变器会产生强烈的电磁场。它们可能暴露在更宽的温度范围、更高的振动冲击以及可能的油污、水汽环境中。专用传感器多元化在电磁兼容设计、密封等级、材料耐温性等方面达到车规级要求，确保长期可靠性和测量稳定性。
集成化与轻量化是重要趋势。新能源汽车对空间利用率和能效极为敏感。专用的扭力与测力传感器在设计上趋向于结构紧凑、重量更轻。例如，将传感器与传动轴、轴承座或壳体进行一体化设计，减少额外的连接件和占用空间。这种集成化设计不仅节省了空间和重量，也减少了因安装不当引入的测量误差，提高了系统的整体刚性。
从信号输出到数据服务的转变是关键差异。传统传感器通常只提供模拟电压或数字协议信号。而面向新能源汽车的专用传感器，正越来越多地集成初步的智能功能。例如，在传感器内部集成微处理器，对原始信号进行本地化处理、温度补偿、非线性校正，甚至直接输出经过处理的标准化工程数据。更进一步，传感器可以具备状态自诊断、故障代码上报等功能，使其从一个简单的信号转换单元，升级为动力系统状态感知网络中的一个智能节点，为更高层级的系统健康管理和预测性维护提供数据基础。
五 ▍测控闭环的构建与系统价值
单个传感器的精确测量是基础，但其最终价值体现在融入整个动力系统的测控闭环之中。新能源汽车的电气化架构为这种深度集成提供了便利。扭力传感器提供的实时扭矩数据，是驱动电机控制器的核心反馈输入。控制器将此信号与目标扭矩指令进行对比，通过高频调节电流，实现对电机输出扭矩的毫秒级精确闭环控制。这直接关乎车辆的加速平顺性、扭矩响应速度以及行驶质感。
测力传感器提供的力数据，则更多地服务于安全监控与系统优化闭环。电池膨胀力数据汇入电池管理系统，参与电池状态估算和热管理策略的调整，形成一个以维持电池机械安全和化学稳定为目标的监控闭环。在测试和开发阶段，遍布底盘和车身的测力传感器数据，与车辆动力学模型相结合，用于优化悬挂调校、车身结构设计和碰撞安全策略，形成一个设计与验证的迭代优化闭环。
将扭力与测力传感器的数据流在整车域控制器层面进行融合分析，能够产生更深层次的洞察。例如，结合驱动轴扭矩和车轮受力情况，可以更精确地估算路面附着系数；分析电机扭矩波动与车身特定部位振动力的相关性，有助于诊断和抑制异响。这种多物理量数据的交叉验证与融合，提升了整个动力系统状态感知的维度和可靠性。
新能源汽车动力系统的精密测控，依赖于对扭矩和力这两类不同维度物理量的精确感知。扭力传感器与测力传感器基于不同的物理原理和技术路径，分别专注于旋转动力与直线静态作用的测量。它们在车辆系统中各司其职又相互补充，构成了优秀的力觉感知网络。面向这一新兴领域的专用传感器，其发展重点已便捷了单纯的测量精度，更在于满足严苛的车规环境、实现轻量化集成，并逐步向提供预处理数据和智能诊断功能的智能感知单元演进。这些传感器的价值，最终通过嵌入从电机控制到电池安全、从整车测试到状态监控的多个闭环系统中得以实现，成为提升新能源汽车性能、安全与可靠性的底层关键部件。这一技术体系的持续演进，为新能源汽车的智能化与精细化发展提供了不可或缺的数据基石。
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