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汽車傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
2024-10-18
汽車傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
汽車
傳感器
作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源,是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。目前,一輛普通家用轎車上大約安裝幾十到近百只傳感器,而豪華轎車上的傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。
1、汽車傳感器的應(yīng)用分類:
汽車傳感器在汽車上主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中。它的應(yīng)用,大大提高了汽車電子化的程度,增加了汽車駕駛的安全系數(shù)。
1.1發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器
發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器是整個(gè)汽車傳感器的核心,種類很多,包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元(ECU)提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息,供ECU對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制,以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、降低油耗、減少廢氣排放和進(jìn)行故障檢測(cè)!
由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高溫(發(fā)動(dòng)機(jī)表面溫度可達(dá)150℃、排氣歧管可達(dá)650℃)、振動(dòng)(加速度30g)、沖擊(加速度50g)、潮濕(100RH,-40℃-120℃)以及蒸汽、鹽霧、腐蝕和油泥污染的惡劣環(huán)境中,因此發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器耐惡劣環(huán)境的技術(shù)指標(biāo)要比一般工業(yè)用傳感器高1-2個(gè)數(shù)量級(jí),其中最關(guān)鍵的是測(cè)量精度和可靠性。否則,由傳感器帶來的測(cè)量誤差將最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)難以正常工作或產(chǎn)生故障。
1.溫度傳感器:
溫度傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點(diǎn),其應(yīng)用場(chǎng)合也略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高,但響應(yīng)特性差;熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高,響應(yīng)特性較好,但線性差,適應(yīng)溫度較低;熱偶電阻式溫度傳感器的精度高,測(cè)量溫度范圍寬,但需要配合放大器和冷端處理一起使用!
已實(shí)用化的產(chǎn)品有熱敏電阻式溫度傳感器(通用型-50℃~130℃,精度1.5,響應(yīng)時(shí)間10ms;高溫型600℃~1000℃,精度5,響應(yīng)時(shí)間10ms)、鐵氧體式溫度傳感器(ON/OFF型,-40℃~120℃,精度2.0)、金屬或半導(dǎo)體膜空氣溫度傳感器(-40℃~150℃,精度2.0、5,響應(yīng)時(shí)間20ms)等!
2.壓力傳感器:
壓力傳感器主要用于檢測(cè)氣缸負(fù)壓、大氣壓、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的升壓比、氣缸內(nèi)壓、油壓等。吸氣負(fù)壓式傳感器主要用于吸氣壓、負(fù)壓、油壓檢測(cè)。汽車用壓力傳感器應(yīng)用較多的有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式(LVDT)、表面彈性波式(SAW)!
電容式壓力
傳感器
主要用于檢測(cè)負(fù)壓、液壓、氣壓,測(cè)量范圍20~100kPa,具有輸入能量高,動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn);壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大,需要另設(shè)溫度補(bǔ)償電路,但適應(yīng)于大量生產(chǎn);LVDT式壓力傳感器有較大的輸出,易于數(shù)字輸出,但抗干擾性差;SAW式壓力傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字輸出等特點(diǎn),用于汽車吸氣閥壓力檢測(cè),能在高溫下穩(wěn)定地工作,是一種較為理想的傳感器!
3.流量傳感器:
流量傳感器主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量和燃料流量的測(cè)量。空氣流量的測(cè)量用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)確定燃燒條件、控制空燃比、起動(dòng)、點(diǎn)火等?諝饬髁總鞲衅饔行D(zhuǎn)翼片式(葉片式)、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等四種類型。旋轉(zhuǎn)翼片式(葉片式)空氣流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,測(cè)量精度較低,測(cè)得的空氣流量需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償;卡門渦旋式空氣流量計(jì)無可動(dòng)部件,反映靈敏,精度較高,也需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償;熱線式空氣流量計(jì)測(cè)量精度高,無需溫度補(bǔ)償,但易受氣體脈動(dòng)的影響,易斷絲;熱膜式空氣流量計(jì)和熱線式空氣流量計(jì)測(cè)量原理一樣,但體積少,適合大批量生產(chǎn),成本低?諝饬髁總鞲衅鞯闹饕夹g(shù)指標(biāo)為:工作范圍0.11~103立方米/min,工作溫度-40℃~120℃,精度≤1。
燃料流量傳感器用于檢測(cè)燃料流量,主要有水輪式和循環(huán)球式,其動(dòng)態(tài)范圍0~60kg/h,工作溫度-40℃~120℃,精度±1,響應(yīng)時(shí)間小于10ms!
4.位置和轉(zhuǎn)速傳感器:
位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測(cè)曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開度、車速等。目前汽車使用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式等,其測(cè)量范圍0°~360°,精度±0.5°以下,測(cè)彎曲角達(dá)±0.1!
車速傳感器種類繁多,有敏感車輪旋轉(zhuǎn)的、也有敏感動(dòng)力傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的,還有敏感差速從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的。當(dāng)車速高于100km/h時(shí),一般測(cè)量方法誤差較大,需采用非接觸式光電速度傳感器,測(cè)速范圍0.5~250km/h,重復(fù)精度0.1,距離測(cè)量誤差優(yōu)于0.3!
5.氣體濃度傳感器
氣體濃度傳感器主要用于檢測(cè)車體內(nèi)氣體和廢氣排放。其中,最主要的是氧傳感器,實(shí)用化的有氧化鋯傳感器(使用溫度-40℃~900℃,精度1)、氧化鋯濃差電池型氣體傳感器(使用溫度300℃~800℃)、固體電解質(zhì)式氧化鋯氣體傳感器(使用溫度0℃~400℃,精度0.5),另外還有二氧化鈦氧傳感器。和氧化鋯傳感器相比,二氧化鈦氧傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧、便宜,且抗鉛污染能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
6.爆震傳感器:
爆震傳感器用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng),通過調(diào)整點(diǎn)火提前角控制和避免發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震。可以通過檢測(cè)氣缸壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)和燃燒噪聲等三種方法來檢測(cè)爆震。爆震傳感器有磁致伸縮式和壓電式。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40℃~125℃,頻率范圍為5~10kHz;壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417kHz處,其靈敏度可達(dá)200mV/g,在振幅為0.1g~10g范圍內(nèi)具有良好線性度。
1.2底盤控制用傳感器
底盤控制用
傳感器
是指用于變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等底盤控制系統(tǒng)中的傳感器。這些傳感器盡管分布在不同的系統(tǒng)中,但工作原理與發(fā)動(dòng)機(jī)中相應(yīng)的傳感器是相同的。而且,隨著汽車電子控制系統(tǒng)集成化程度的提高和CAN-BUS技術(shù)的廣泛應(yīng)用,同一傳感器不僅可以給發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)提供信號(hào),也可為底盤控制系統(tǒng)提供信號(hào)。 自動(dòng)變速器系統(tǒng)用傳感器主要有:車速傳感器、加速踏板位置傳感器、加速度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器等。制動(dòng)防抱死系統(tǒng)用傳感器主要有:輪速傳感器、車速傳感器;懸架系統(tǒng)用傳感器主要有:車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等;動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用傳感器主要有:車速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、油壓傳感器等。
1.3車身控制用傳感器
車身控制用傳感器主要用于提高汽車的安全性、可*性和舒適性等。由于其工作條件不象發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤那么惡劣,一般工業(yè)用傳感器稍加改進(jìn)就可以應(yīng)用。主要有用于自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)量傳感器、日照傳感器等;用于安全氣囊系統(tǒng)中的加速度傳感器;用于門鎖控制中的車速傳感器;用于亮度自動(dòng)控制中的光傳感器;用于倒車控制中的超聲波傳感器或激光傳感器;用于保持車距的距離傳感器;用于消除駕駛員盲區(qū)的圖象傳感器等。
1.4導(dǎo)航系統(tǒng)用傳感器
隨著基于GPS/GIS(全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng))的導(dǎo)航系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用,導(dǎo)航用傳感器這幾年得到迅速發(fā)展。導(dǎo)航系統(tǒng)用傳感器主要有:確定汽車行駛方向的羅盤傳感器、陀螺儀和車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。
2、汽車傳感器的發(fā)展趨勢(shì):
由于汽車傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求,世界各國(guó)對(duì)其理論研究、新材料應(yīng)用和新產(chǎn)品開發(fā)都都非常重視。未來的汽車用傳感器技術(shù),總的發(fā)展趨勢(shì)是微型化、多功能化、集成化和智能化。
微型傳感器基于從半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展而來的MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng)),微型傳感器利用微機(jī)械加工技術(shù)將微米級(jí)的敏感元件、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一快芯片上,由于具有體積小、價(jià)格便宜、便于集成等特點(diǎn),可以明顯提高系統(tǒng)測(cè)試精度。目前該技術(shù)日漸成熟,可以制作各種能敏感和檢測(cè)力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量、化學(xué)量和生物量的微型傳感器。由于基于MEMS技術(shù)的微型傳感器在降低汽車電子系統(tǒng)成本及提高其性能方面的優(yōu)勢(shì),它們已開始逐步取代基于傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的傳感器!
多功能化是指一個(gè)傳感器能檢測(cè)2個(gè)或者兩個(gè)以上的特性參數(shù)或者化學(xué)參數(shù),從而減少汽車傳感器數(shù)量,提高系統(tǒng)可靠性!
集成化是指利用IC制造技術(shù)和精細(xì)加工技術(shù)制作IC式
傳感器
。
智能化是指?jìng)鞲衅髋c大規(guī)模集成電路相結(jié)合,帶有CPU,具有智能作用,以減少ECU的復(fù)雜程度,減少其體積,并降低成本!
總之,隨著電子技術(shù)的發(fā)展和汽車電子控制系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛,汽車傳感器市場(chǎng)需求將保持高速增長(zhǎng),微型化、多功能化、集成化和智能化的傳感器將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器,成為汽車傳感器的主流。
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