车用传感器

车用传感器 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 现代传感器技术论文 题 目 车用传感器应用与发展 学 院 信息科学与学院 专 业 电子科学与技术 学生学号 084611035 学生姓名 刘 小 群 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 车用传感器的应用及发展 摘 要:汽车传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一，本文简单介绍了国内汽车传感器的应用发展情况，主要介绍了汽车上几种主要的传感器，并对发展趋势进行了展望。 关键字:传感器，汽车，应用，发展前景 Applications and Development of Automotive Sensor Abstract: Automotive sensor technology is one of the core studying in the field of automotive electronics, This paper briefly introduced the applications and development of the domestic automotive sensor , and main introduced several major sensors on automotive, and made the development tendency. Keyword: Sensor，Automotive，Application，Prospect 引言 随着电子技术的发展，汽车电子化程度不断提高。通常的机械系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的问题，而被电子控制系统代替。传感器的作用就是根据的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件。即通过传感器把光、时间、湿度，温度，压力及气体等的物理、化学量转换成电信号的变换器。传感器作为汽车电控系统的关键部件，它直接影响汽车的技术性能的发挥。目前，普通汽车上火约装有10,20只传感器，高级豪华轿车则更多。 车用传感器技术作为促进汽车电子化发展的关键技术之一承担了重要的角色，已广泛用于发动机、底盘和车身的各个系统中。在汽车的各个系统中传感器担负着信息的采集和传输， [1]并由电子控制单元ECU对信息进行处理后向执行器发出指令，离合器锁定。传感器技术决定了汽车是否能实现真正的安全、舒适和智能化，近年来，一些新型的传感器也逐渐在汽车中得到了应用，促进了汽车技术的不断发展。 1 传感器技术的概述 传感器的概念与测量感受器、测量值接收器一样具有相同的含义。在考虑到干扰参量后，传感器将物理的或化学的参量中(大多为非电量)转换为电气参量E。这也常出现在非电量的中间过程。这里指的电量不只是电流、电压，而且也指电流幅值、电压幅值、频率、周期、相位或脉冲宽度，以及电气特性参量内阻、电容和电感(图1)。 1 图1 传感器的基本功能 传感器是获取信息的工具，传感器技术是关于传感器、制造及应用的综合技术，它 [2]是信息技术(传感与控制技术、通讯技术和计算机技术)的三大支柱之一。传感器的应用遍及军事、科研、工业、农业、商业、交通、环保、医疗、卫生、气象、海洋、航空、航天、家用电器等各个领域，是生产自动化、科学测试、计量核算、监测诊断等系统中不可缺少的基础环节。 2 传感器在汽车上的应用 作为汽车外围的传感器和执行器是具有综合、复杂系统的汽车(如动力装置、制动底盘、车身、巡航、导航等系统和功能)和作为数据处理的电控单元之间的接口。传感器信号输人到电控单元间通常都有匹配电路，使输人信号符合电控单元要求的、标准的形式。数据采集系统、测量电路见图2 图2 汽车用传感器 自1980年代以来，国内汽车仪行业引进国外的先进技术，以及与之配套的传感器生产技术，基本满足了小批量、低水平车型的配套需求。然而，众多轿车、轻型车及部分载货车由于采用新的电子产品，需要大批量、高水平的汽车传感器，而国内目前最高水平的汽车传感器与国外同类产品相比，至少落后10多年，每年需要进口150万套以上的高性能汽车传感 2 器。而伴随着国内汽车产量的迅速增长，今后几年国内汽车工业对传感器及其配套变送器和仪表的需求亦将大大增加。实现汽车传感器的国产化势在必行。为适应这一形势，应重点开发新型压力、温度、流量、位移等传感器，尽快为汽车工业解决电喷系统、空调排污系统和自动驾驶系统所面临的问题。 [3]汽车用传感器是用于汽车显示和电控系统的各种传感器的统称。它涉及到很多的物理量传感器和化学量传感器。汽车传感器主要用于汽车的发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统。 2.1 汽车发动机控制用传感器 发动机控制用的传感器有许多种，其中包括温度传感器、压力传感器、转速和角度传感器、流量传感器、位置传感器、气体浓度传感器、爆震传感器等。这类传感器是整个发动机的核心，利用它们可提高发动机动力性、降低油耗，减少废气、反映故障等，由于其工作在发动机振动，汽油蒸汽、污泥和泥水等恶劣环境中，因此它们耐恶劣环境技术指标要高于一般的传感器。对于它们的性能指标要求有很多种，其中最关键的是测量精度与可靠性，否则由传感器检测带来的误差最终将导致发动机控制系统失灵或故障。 2.2 底盘控制用传感器 底盘控制用传感器是指分布在变速器控制系统，悬架控制系统(动力转向系统、防抱制动系统中的传感器，在不同系统中作用不同，但工作原理与发动机中传感器是相同的。 变速器控制传感器多用电控自动变速器的控制。它是根据车速传感器、加速度传感器，发动机负荷传感器，发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器检测所获得的信息经处理使电控装置控制换档点和液力变矩器锁止。实现最大动力和最大燃油经济性。 悬架系统控制传感器主要有车速传感器、节气门开度传感器，加速度传感器，车身高度传感器，转向盘转角传感器等。根据检测到的信息自动调整车高，抑制车辆姿势的变化等，实现对车辆舒适性、操纵稳定性和行车稳定性的控制。 动力转向系统传感器是根据车速传感器、发动机转速传感器，转矩传感器等使动力转向电控系统实现转向操纵轻便，提高响应特性，减少发动机损耗，增大输出功率，节省燃油等。 防抱制动传感器是根据车轮角速度传感器，检测车轮转速。在各车轮的滑移率为20,时，控制制动油压，改善制动性能，确保车辆的操纵性和稳定性。 2.3 车身控制用的传感器 采用这类传感器的主要目的是提高汽车安全性，可靠性，舒适性等，主要有应用于自动空调系统中的多种温度传感器、风量传感器、日照传感器等;安全气囊系统中加速度传感器; 3 亮度自控中光传感器;死角报警系统中超声波传感器;图像传感器等。 2.4 导航系统用的传感器 随着GPS/GIS(全球定位系统和地理信息系统)的导航系统在汽车上的应用，导航用传感器发展迅速。这类传感器主要有:确定行驶方向的罗盘、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等。 3 车用传感器新技术及其展望 未来的汽车用传感器技术，总的发展趋势是多功能化、集成化、智能化。多功能化是指一个传感器能检测2个或者2个以上的特性参数或者化学参数。集成化是指利用IC制造技术和 [4]精细加工技术制作IC式传感器。智能化是指传感器与大规模集成电路相结合，带有MPU。具有智能作用。新近研发的汽车用传感器具有如下特点:数字化信号输出、线性化微处理器 C化和精细加工等。补偿、传感器信号共用和加工、传感器间接测量、复合传感器信号处理、I 光纤传感器现已开发出温度、压力、位置、转速、液位、流量、振动、陀螺等上百种类型。由于光纤传感器具有灵敏度高、体积小、质最轻、可弯曲、绝缘性好、无电磁干扰、宽频带、低损耗等特点，今后将会广泛应用到汽车上。为提高汽车安全性和舒适性，生物体测量等方面的传感器也在研究中。例如，驾驶员视野盲区障碍物测量、保持2车前后车距、碰撞自动保护等装置中用传感器。传感器信号输出与控制系统的计算机接口也是一个重要的研究课题。内含有A,D、D,A、I,O驱动、缓冲RAM、程序ROM、MPU，并具有线性、温度补偿以及相应控制程序的灵巧型汽车用传感器引人注日，将使得汽车各系统的元器件数量大大减少，从而降低系统成本，减小体积和减轻质量，并使整个系统更加简单可靠。总之，汽车用传感器技术的发展，不仅仅是传感器自身的开发，而且更注重于对传感器的互换性、耐久性、可靠性的开发。 对于汽车用传感器有两大趋势:一是新的结构设计;二是开发新的原来的传感器，以满足更新换代的需要。总的趋势是ECU越来越集中，传感器越来越多。汽车发展的最新进展分别有以下几方面。 动力系统:有源传感器引领趋势，巨磁阻效应引发关注。动力系统传感器市场所占比例最大,也体现了汽车传感器的最先进技术。例如，油门踏板位置传感器的角度误差必须在0.4,以内;节气门位置传感器需要极高的可靠性，并要能够在-50?到150?工作。霍尔传感器也需要有较高的灵敏度，需要精确补偿温度变化带来的偏差，并支持模拟或数字的输出。 安全管理系统:压力传感器实现侧气囊控制，ABS、方向盘传感、TPMS一个都不能少。汽车安全管理系统也是广泛使用传感器的领域。汽车侧边气囊的控制有加速度传感器和压力 4 传感器两种。权威数据表明，与加速度传感器相比，压力传感器在检测侧边撞击的速度方面，比加速度传感器快了将近3倍，而误动作的概率则更小。 车身舒适系统:车门、变速箱、被动安全让汽车更智能。车门模块中，车门把手、车窗控制上使用了直流马达位置传感器，采用分布式门模块架构，并通过LIN总线相连接。变速 轴角度,线性传感器，能够满足不同的变速箱位置要求并节省成本，具体箱通过使用2轴或3 的传感器选择则要根据汽车变速箱的功能和设计需求来决定。被动安全装置包括座椅承重的检测、安全带打开,扣住的监测、座椅位置调节的检测(保证气囊系统的有效保护)等等，这些控制的细节对汽车传感器的需求也十分可观。 综上所述，传感器广泛的用在汽车中，不同的系统使用不同的传感器。随着汽车制造商寻求更多的方法在其汽车产品中整合传感相关的特征，传感器的市场将会持续增加。传感器作为汽车不可缺少的配件，这样使传感器成为市场中最有需求力的产品。未来的汽车用传感器技术，总的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。 参考文献 [1] 张成祥.公路与汽运.传感器在现代汽车发动机中的应用，2004年2月第一期 [2] 张锡富主编.传感器.第三版.北京:机械工业出版社，2001 [3] 张晋斌. 传感器技术发展的必要性、趋势及建议,J,仪器仪表学报，1997,18(5):132-135 [4] 刘曙光，王斌. 智能仪器仪表的进展与展望,J,. 自动化与仪表,2001,16(4):1-5 5