现代汽车上的传感器

现代汽车上的传感器 ?瞳I氍掰啊_ (()I?E(,lf1.…, 坝代汔车上的传感器 随着汽车工业的迅速发展,应用 在汽车上的传感器(sensor)越来越多. 传感器到底是什/厶呢?其实它就相当于 耳,鼻,舌和身体等5个感 我们的眼, 觉器官.在汽车上人们利用传感器来 取代人体的5个感觉器官,以减轻人们 从事人体所不能及或危 的工作负担, 险性较大的工作,同时还能提高感测 精度. 传感器大体可定义为:针对某一 特定的对象,具有能把物理特性的信 号转变为可以输送的信号或符号的功 能的元件.一般来说,传感器大部分是 用来传送信号的,但广义的传感器也 包括能够改变位移的机械传感器和使 用光电信号的传感器.传感器的材料 分为很多种类,包括金属,半导体,绝 缘体,磁性体和超导体等,其中半导体 材料使用得最多,主要是由于半导体 材料能够满足传感器对外在因素感测 的要求. 2o世纪6o年代,汽车上仅有机油 压力传感器,油量传感器和水温传感 器,它们与仪表或指示灯连接.进入7O 年代,为了降低排放,出现了催化转换 器,电子点火装置和燃油喷射装置等, 为维持一定的空燃比来控制排放,又 增加了一些帮助控制汽车动力系统的 传感器;而今天,传感器已是无处不 在,一辆汽车上大约需装备5o多个传 感器,来承担大部分控制功能. 在汽车动力系统中,主要包括以下传 感器: 1用来测定各种流体温度和压力(如 进气温度,气道压力,冷却水温度和燃 油喷射压力等)的传感器.如气体温度传 感器:有石蜡式和双金属式温度传感器 等;压力传感器:有真空开关传感器, 半导体式压力传感 油压开关传感器, 器,滑轮压力传感器和真空传感器等. 2.用来确定各部分速度和位置的传 感器(如车速,节气门开度,凸轮轴,曲 轴,变速器的角度和速度,废气再循环 阀(EGR)的位置等),如车速传感器:分 别有弹簧开关式传感器,磁组元件式传 感器和光电式传感器等;发动机转速传 感器:分别有感应式转速传感器和脉冲 信号式转速传感器等;位置与角度传感 器:分别有节气门位置传感器,线性节 气门位置传感器和滑动式节气门信号传 感器等. 3用于测量发动机负荷,爆震,断 火及废气中含氧量的传感器,如空气流 量传感器:分别有动片式空气流量传感 器,热敏电阻式液用传感器,热敏铁氧 体温度传感器,热敏电阻传感器等;流 量传感器:分别有光电式和静电式2种; 气体浓度传感器:分别有二氧化铁型氧 传感器,稀薄混合气用传感器和光电型 散射式烟雾浓度传感器等;爆震传感 器:分别有磁致伸缩式和压电式2种. 4在防抱死制动系统和悬架控制装 ?成洁 置中测定车轮转速,路面高差和轮胎气 压的传感器.保护前排乘员安全的气 囊,不仅需要较多的碰撞传感器和加速 还需要感测乘员位置,体重 度传感器, 的传感器来保证其及时和准确的工作. 对于制造商提供的侧置,顶置式气囊以 及更精巧的侧置头部气囊,还需另外增 加传感器. 随着传感器向电子化和数字化方向 的发展以及传感器在计算机控制系统中 举足轻重的地位,使得汽车在速度,舒 适性和安全等方面的性能不断提高.近 几年,世界各大零部件公司仍在不断地 探索和研究,新产品层出不穷. 三菱(Mitsubishi电子公司)正在开发 一 种车用离子系统.这个系统能够 通过检测离子来监控发动机每个气缸的 燃烧情况.当可燃混合气持续燃烧时, 在燃烧锋面附近就会发生电离现象,把 一 个带偏压的测头放入气缸,就可以测 出与电离状况相关的离子流. 此系统是由带测头的火花塞,装有 测试附件的 点火线圈及 一 套处理离 子流信号的 电子模块构 成,它可以 ~UF3U每个气 缸的点火, 燃烧及爆震情况.进一步的功能将是对 发动机的混合气状况加以监控,即根据 离子流所显示的燃烧情况来控制每个缸 的空燃比. C—V转换器是一个转换电容的比较器 (ASIC),当测量范围在4-200./s时,非 线性为4-1%. Denso公司开发了一种浸入式高 s内达到闭环控制,通过缩囊曝黛—黪 小加热区和降低阻抗,改进了传感器的 加热装置. 博士公司开发了一种双向传感器, 它由采用压电晶体的线性加速度计组合 而成.这样的组合更有利于传感器的设 置,信号的处理和封装.这种传感器有 2个经过显微加工的信号发生器并各自 对应着所/JU)]I]速方向的基准面,对应于 某个基准面的独立信号就能测出相应的 作用力,而其很高的品质因数0值使传 感器的封装可以在常压下进行. 三菱电子公司开发的这种传感器为 玻璃一硅一玻璃结构,其谐振部分是一 个用浸蚀法制成的硅梁.通过外置振荡 器激发,其谐振频率为4kHz.梁的厚 度与硅片相同,它的宽度和长度通过浸 蚀加工来决定.硅梁和玻璃支架的连接 采用了真空下的阳极焊接工艺,以确保 其固有频率变化很小. 角速度的变化可根据硅梁振动频率 变化引起的梁两侧玻璃支架上金属电极 间的电容变化值测出.传感器电路由电 容电压(C-V)转换器和同步解调器构成. I查里主.墨苎1塑 在2,20MPa,而传感器可耐压 38MPa. 这种传感器使用一种树脂胶而不是 通常使用的金属和玻璃来封装,以形成 足够大的油分子通道,实现了外型和元 件间封装尺寸的优化设计,包括压力感 应元件和放大电路在内的所有元件都集 中在一块芯片上. GM研发中心正在试验使用一种直 热式检测系统来抑制后排未成年人座椅 (RFIS)处的测量气囊展开.将乘员席表 面的温度与驾驶员座椅表面温度加以对 比,若两者不同且与预定值差异较大, 则气囊的展开就会受到限制.乘员席的 温度由安置在座椅表面的热敏电阻来测 定,可采用直热式和非直热式热敏电 阻. 实际上这种抑制系统可采用多处检 测方式,当直热式探测器的工作不够可 靠时,可采用其他方式来提高该系统的 可靠性.曾有人建议配置别的传感器, 如测量体重,电容,振动,使用超声波, 微波,光学及红外线等,还有人建议为 一 个抑制系统配置多种检测装置,使其 工作更加可靠. 机油更换周期一般是根据厂家规定 的时间或里程来确定.少数厂家采用了 更先进的方式,通过记录发动机转速和 温度来计算换油间隔.LucasVarity 公司正在研制一种压电振动式黏度传感 器,其工作原理与振动式黏度计相近 —— 振子(球型,片状或棒式)在受到黏 滞阻尼时其振频会发生衰退,因此,依 靠不同形状的振子,就可以测出黏度和 密度等一些参数.有一种振动式黏度计 的振子是石英棒,它能被激发扭振,通 过测量与液体黏度相对应的振幅和谐振 频宽,就可以确定黏度(准确地说应是黏 度和密度的综合值).可见,振动式粘度 计是通过测量液体所传递的切变波形来 确定黏度的一种装置.然而,由于传感 元件与液体的接触处切变波形会产生畸 变而导致测试值与液体的对应关系较 差,黏度传感器设置了一种界面来改善 传感元件与液体之间的接触关系,其原 理与我1门熟知的应用于生物医学和海洋 船舶上的超声波换能器相似. 传感器的核心是一个压电转换器, 在它两侧 时,就会 电 运动. 属蒸发 置在压 面,然后 一 层绝 台扫频 荡器所产 电压来确 件的谐振 在谐振 施加电压 产生切向 极是用金 沉积法布 电晶体表 整体涂上 缘层.一 仪通过振 生的交变 定传感元 频率.因为 时,传感元 件的电阻霸—阁—黛—达到最大 值,随着 液体黏度的变化,这个峰值也相应变化, 并通过峰值检测电路转化为电压信号. 绝缘层的厚度根据所测黏度的范围 来确定,因为从液体界面处反射回来的 切变波必须被绝缘层全部吸收,所以绝 SST技术有限公司开发了一种一 体化的传感器,它是把高磁阻(GMR)材 料与半导体装置合为一体的磁敏式速度 传感器.高磁阻材料的特点是随磁场的 变化其电阻值也发生变化.半导体装置 是由制作在同一块BICMOS电路板上的 信号处理器和电压调节器构成的.先将 高磁阻材料喷镀在BICMOS板基上,采 用光刻腐蚀工艺将其制成电阻,通过铝 箔把其连人BICMOS电路,再周边镀上 一 层合金以聚集磁力线. 这种传感器是双极型结构,通过电 平转换输出一个方波形脉冲信号,其输 出频率与软磁信号轮齿的回转频率是相 同的,而励磁机构是一块永久磁铁.由 于传感器的信号处理电路是直流耦合 式,所以可处理零速状态,而其具有高 灵敏度使之在较大气隙下也能工作. 采用上述技术的ABS传感器具有 零速处理,输出信号在两电平之间变化 的双极型结构,脉冲频率与信号轮齿或 磁极的回转频率相同的特点.在允许温 度和工作频率范围内,其频宽比为(5O? 10)%,轮齿模数为2.5时,气隙特性可 达3mm