傳感器技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用
摘要: 介紹了汽車傳感器的特點(diǎn), 并就汽車傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢作了探討。
關(guān)鍵詞: 汽車; 傳感器; 應(yīng)用
中圖分類號:U 463. 65 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號: 10032482X (2002) 0420053202
傳感器是將各種參量送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 進(jìn)行智能監(jiān)測、控制的最前端, 所以傳感器性能的好壞直接
影響后方的數(shù)據(jù)處理。近年來, 隨著汽車智能化、電子化、小型化和輕型化, 汽車對傳感器的需求已經(jīng)成
為眾多行業(yè)中之最。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為, 實(shí)現(xiàn)汽車系統(tǒng)最優(yōu)化的關(guān)鍵是能否使用高可靠度、高性能的傳
感器。
1 汽車傳感器的特點(diǎn)
1. 1 適應(yīng)性強(qiáng)、耐惡劣環(huán)境
汽車可能行駛在地球上的任何區(qū)域, 環(huán)境條件差別極大, 既有南北極的極嚴(yán)寒地區(qū), 也有象赤道地
區(qū)的酷熱氣候, 因此, 要求傳感器具有極強(qiáng)的適應(yīng)性, 能在- 40～80℃ 的條件下, 勿須調(diào)整正常工作。汽
車可能工作在極度惡劣的氣候條件下, 有時(shí)塵土彌漫, 有時(shí)風(fēng)雨交加, 所以傳感器應(yīng)具有很好的密封性,
耐潮濕、抗腐蝕能力強(qiáng)。
1. 2 抗干擾能力強(qiáng)
傳感器除了能夠適應(yīng)外界惡劣環(huán)境之外, 也要能夠抵抗來自發(fā)動機(jī)內(nèi)部的各種干擾。傳感器都安裝
在發(fā)動機(jī)艙中, 除了能夠承受發(fā)動機(jī)工作時(shí)的高溫、高壓、燃燒廢氣腐蝕之外, 還要求有良好的抗震性
能, 抵抗發(fā)動機(jī)工作時(shí)的強(qiáng)烈震動, 另外, 發(fā)動機(jī)工作時(shí)會產(chǎn)生電磁波, 因此要求傳感器具有抗干擾能
力。汽車電源(發(fā)電機(jī)、蓄電池等) 電壓可在6～ 16V 變化, 有時(shí)甚至迭加超過100V 的正負(fù)高電壓脈沖,
故還應(yīng)具有抗電涌能力等。
1. 3 穩(wěn)定性和可靠性高
汽車的各種零部件一般要求能運(yùn)行10×104km 以上, 并且勿須更換和調(diào)整仍能滿足規(guī)定的技術(shù)指
標(biāo)。因此, 傳感器必須具有高穩(wěn)定性和高可靠性。
1. 4 價(jià)格低廉, 適應(yīng)大批量生產(chǎn)
這要求傳感器的一致性好, 不需要復(fù)雜調(diào)整, 適合自動化生產(chǎn)。
2 傳感器在汽車行業(yè)的應(yīng)用
2. 1 壓力傳感器
在汽車傳感器實(shí)用化方面, 最早使用的是汽車壓力傳感器。能夠用于壓力檢測的方法很多, 如電阻
應(yīng)變片、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電傳感器等等。目前汽車所使用的壓力傳感器主要有以下幾
種: 歧管負(fù)壓傳感器(用于汽車電子點(diǎn)火提前角控制和燃料噴射系統(tǒng)) ; 狄塞爾內(nèi)燃機(jī)油壓傳感器; 變速
箱油壓傳感器; 制動器油壓傳感器; 減震器油壓傳感器; 輪胎內(nèi)壓傳感器等。
由于汽車壓力傳感器在汽車系統(tǒng)中應(yīng)用范圍廣, 因此, 它越來越受到有關(guān)方面的重視, 同時(shí), 各種新
型的壓力傳感器不斷出現(xiàn)。例如, 國外使用的高速檔轉(zhuǎn)換指示器是通過發(fā)光二極管顯示高速檔轉(zhuǎn)換的最
佳時(shí)間, 它是利用燃油總管壓力傳感器和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器來實(shí)現(xiàn)的。
近年來, 隨著微機(jī)在汽車系統(tǒng)使用的普及, 各種高性能的新型壓力傳感器開始大量用于汽車中。發(fā)
展較快的是壓阻式半導(dǎo)體壓力傳感器和諧振式水晶壓力傳感器。
半導(dǎo)體壓力傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以利用集成電路工藝大量生產(chǎn), 使半導(dǎo)體壓力傳感器集成化, 這樣就
可以大幅度降低壓力傳感器的成本。此外, 汽車半導(dǎo)體壓力傳感器的另一個(gè)特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)傳感器的
智能化, 這種傳感器能進(jìn)行本機(jī)處理, 并使微機(jī)和負(fù)載之間所需的接口最小, 同時(shí), 由于具有零點(diǎn)、滿度、
溫度補(bǔ)償和自檢功能, 所以不僅提高了壓力傳感器的精度, 同時(shí)也改善了傳感器的可靠性。
諧振式水晶壓力傳感器主要作為汽車吸氣負(fù)壓傳感器。其顯著特點(diǎn)是可以在高溫時(shí)仍穩(wěn)定工作, 隨
著將來薄膜介電體性能的提高, 傳感器的性能還會出現(xiàn)較大的飛躍。
此外, 采用將有源壓電和熱釋電薄膜與集成電路制作在一起的相容技術(shù), 還可以制作多功能的汽車
傳感器, 而且還可以解決壓電傳感器難以集成化的難題。
2. 2 空氣流量傳感器
發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)中很重要的一項(xiàng)控制內(nèi)容就是最佳空燃控制, 為達(dá)到這個(gè)目的, 必須對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣空氣流量進(jìn)行精確的測量。常用的空氣流量傳感器有風(fēng)門式空氣流量計(jì)、卡門旋渦式空氣流量計(jì)、
熱線式空氣流量計(jì)、熱膜式空氣流量計(jì)。
風(fēng)門式空氣流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高, 但進(jìn)氣阻力大, 響應(yīng)較慢且體積大; 而熱線式空氣流量計(jì)由
于無運(yùn)動部件, 不但工作可靠, 而且響應(yīng)快, 缺點(diǎn)是在流速分布不均時(shí)誤差較大。雖然熱膜式空氣流量計(jì)
的工作原理和熱線式空氣流量計(jì)類似, 但由于熱膜式傳感器不使用白金線作為熱線, 而是將熱線電阻、
補(bǔ)償電阻等用厚膜工藝制作, 在同一陶瓷基片上, 使發(fā)熱體不直接承受空氣流動所產(chǎn)生的作用力, 從而
增加了發(fā)熱體的強(qiáng)度, 不但使空氣流量計(jì)的可靠性進(jìn)一步提高, 也使誤差減小, 性能更好。
2. 3 節(jié)氣門傳感器
用于把節(jié)氣門開度轉(zhuǎn)換成電壓信號, 通過ECU 控制噴油量。常用的有開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器和
線形節(jié)氣門傳感器兩種, 其中開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器雖然結(jié)構(gòu)比較簡單, 但其輸出是非連續(xù)的。
除了上述三種, 用于汽車發(fā)動機(jī)電子控制的傳感器還有氧氣傳感器、溫度傳感器、爆震傳感器、曲軸
位置傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等。
現(xiàn)代汽車凡是采用電子控制的系統(tǒng)或裝置, 都離不開傳感器, 如自動變速器、汽車制動防抱死系統(tǒng)、
驅(qū)動防滑系統(tǒng)等。尤其是近幾年, 車用電子裝置越來越多, 如安全報(bào)警裝置、通信裝置、娛樂裝置以及為
提高舒適、減輕疲勞采用的輔助駕駛裝置等等。當(dāng)然, 國產(chǎn)汽車在電子控制技術(shù)方面才剛剛起步, 主要集
中在發(fā)動機(jī)的電子控制, 正因?yàn)槿绱?SPAN lang=EN-US>, 汽車傳感器在我國才會有更為廣闊的發(fā)展空間。
關(guān)鍵詞: 汽車; 傳感器; 應(yīng)用
中圖分類號:U 463. 65 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號: 10032482X (2002) 0420053202
傳感器是將各種參量送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 進(jìn)行智能監(jiān)測、控制的最前端, 所以傳感器性能的好壞直接
影響后方的數(shù)據(jù)處理。近年來, 隨著汽車智能化、電子化、小型化和輕型化, 汽車對傳感器的需求已經(jīng)成
為眾多行業(yè)中之最。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為, 實(shí)現(xiàn)汽車系統(tǒng)最優(yōu)化的關(guān)鍵是能否使用高可靠度、高性能的傳
感器。
1 汽車傳感器的特點(diǎn)
1. 1 適應(yīng)性強(qiáng)、耐惡劣環(huán)境
汽車可能行駛在地球上的任何區(qū)域, 環(huán)境條件差別極大, 既有南北極的極嚴(yán)寒地區(qū), 也有象赤道地
區(qū)的酷熱氣候, 因此, 要求傳感器具有極強(qiáng)的適應(yīng)性, 能在- 40～
車可能工作在極度惡劣的氣候條件下, 有時(shí)塵土彌漫, 有時(shí)風(fēng)雨交加, 所以傳感器應(yīng)具有很好的密封性,
耐潮濕、抗腐蝕能力強(qiáng)。
1. 2 抗干擾能力強(qiáng)
傳感器除了能夠適應(yīng)外界惡劣環(huán)境之外, 也要能夠抵抗來自發(fā)動機(jī)內(nèi)部的各種干擾。傳感器都安裝
在發(fā)動機(jī)艙中, 除了能夠承受發(fā)動機(jī)工作時(shí)的高溫、高壓、燃燒廢氣腐蝕之外, 還要求有良好的抗震性
能, 抵抗發(fā)動機(jī)工作時(shí)的強(qiáng)烈震動, 另外, 發(fā)動機(jī)工作時(shí)會產(chǎn)生電磁波, 因此要求傳感器具有抗干擾能
力。汽車電源(發(fā)電機(jī)、蓄電池等) 電壓可在6～ 16V 變化, 有時(shí)甚至迭加超過100V 的正負(fù)高電壓脈沖,
故還應(yīng)具有抗電涌能力等。
1. 3 穩(wěn)定性和可靠性高
汽車的各種零部件一般要求能運(yùn)行10×
標(biāo)。因此, 傳感器必須具有高穩(wěn)定性和高可靠性。
1. 4 價(jià)格低廉, 適應(yīng)大批量生產(chǎn)
這要求傳感器的一致性好, 不需要復(fù)雜調(diào)整, 適合自動化生產(chǎn)。
2 傳感器在汽車行業(yè)的應(yīng)用
2. 1 壓力傳感器
在汽車傳感器實(shí)用化方面, 最早使用的是汽車壓力傳感器。能夠用于壓力檢測的方法很多, 如電阻
應(yīng)變片、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電傳感器等等。目前汽車所使用的壓力傳感器主要有以下幾
種: 歧管負(fù)壓傳感器(用于汽車電子點(diǎn)火提前角控制和燃料噴射系統(tǒng)) ; 狄塞爾內(nèi)燃機(jī)油壓傳感器; 變速
箱油壓傳感器; 制動器油壓傳感器; 減震器油壓傳感器; 輪胎內(nèi)壓傳感器等。
由于汽車壓力傳感器在汽車系統(tǒng)中應(yīng)用范圍廣, 因此, 它越來越受到有關(guān)方面的重視, 同時(shí), 各種新
型的壓力傳感器不斷出現(xiàn)。例如, 國外使用的高速檔轉(zhuǎn)換指示器是通過發(fā)光二極管顯示高速檔轉(zhuǎn)換的最
佳時(shí)間, 它是利用燃油總管壓力傳感器和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器來實(shí)現(xiàn)的。
近年來, 隨著微機(jī)在汽車系統(tǒng)使用的普及, 各種高性能的新型壓力傳感器開始大量用于汽車中。發(fā)
展較快的是壓阻式半導(dǎo)體壓力傳感器和諧振式水晶壓力傳感器。
半導(dǎo)體壓力傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以利用集成電路工藝大量生產(chǎn), 使半導(dǎo)體壓力傳感器集成化, 這樣就
可以大幅度降低壓力傳感器的成本。此外, 汽車半導(dǎo)體壓力傳感器的另一個(gè)特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)傳感器的
智能化, 這種傳感器能進(jìn)行本機(jī)處理, 并使微機(jī)和負(fù)載之間所需的接口最小, 同時(shí), 由于具有零點(diǎn)、滿度、
溫度補(bǔ)償和自檢功能, 所以不僅提高了壓力傳感器的精度, 同時(shí)也改善了傳感器的可靠性。
諧振式水晶壓力傳感器主要作為汽車吸氣負(fù)壓傳感器。其顯著特點(diǎn)是可以在高溫時(shí)仍穩(wěn)定工作, 隨
著將來薄膜介電體性能的提高, 傳感器的性能還會出現(xiàn)較大的飛躍。
此外, 采用將有源壓電和熱釋電薄膜與集成電路制作在一起的相容技術(shù), 還可以制作多功能的汽車
傳感器, 而且還可以解決壓電傳感器難以集成化的難題。
2. 2 空氣流量傳感器
發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)中很重要的一項(xiàng)控制內(nèi)容就是最佳空燃控制, 為達(dá)到這個(gè)目的, 必須對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣空氣流量進(jìn)行精確的測量。常用的空氣流量傳感器有風(fēng)門式空氣流量計(jì)、卡門旋渦式空氣流量計(jì)、
熱線式空氣流量計(jì)、熱膜式空氣流量計(jì)。
風(fēng)門式空氣流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高, 但進(jìn)氣阻力大, 響應(yīng)較慢且體積大; 而熱線式空氣流量計(jì)由
于無運(yùn)動部件, 不但工作可靠, 而且響應(yīng)快, 缺點(diǎn)是在流速分布不均時(shí)誤差較大。雖然熱膜式空氣流量計(jì)
的工作原理和熱線式空氣流量計(jì)類似, 但由于熱膜式傳感器不使用白金線作為熱線, 而是將熱線電阻、
補(bǔ)償電阻等用厚膜工藝制作, 在同一陶瓷基片上, 使發(fā)熱體不直接承受空氣流動所產(chǎn)生的作用力, 從而
增加了發(fā)熱體的強(qiáng)度, 不但使空氣流量計(jì)的可靠性進(jìn)一步提高, 也使誤差減小, 性能更好。
2. 3 節(jié)氣門傳感器
用于把節(jié)氣門開度轉(zhuǎn)換成電壓信號, 通過ECU 控制噴油量。常用的有開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器和
線形節(jié)氣門傳感器兩種, 其中開關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器雖然結(jié)構(gòu)比較簡單, 但其輸出是非連續(xù)的。
除了上述三種, 用于汽車發(fā)動機(jī)電子控制的傳感器還有氧氣傳感器、溫度傳感器、爆震傳感器、曲軸
位置傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等。
現(xiàn)代汽車凡是采用電子控制的系統(tǒng)或裝置, 都離不開傳感器, 如自動變速器、汽車制動防抱死系統(tǒng)、
驅(qū)動防滑系統(tǒng)等。尤其是近幾年, 車用電子裝置越來越多, 如安全報(bào)警裝置、通信裝置、娛樂裝置以及為
提高舒適、減輕疲勞采用的輔助駕駛裝置等等。當(dāng)然, 國產(chǎn)汽車在電子控制技術(shù)方面才剛剛起步, 主要集
中在發(fā)動機(jī)的電子控制, 正因?yàn)槿绱?SPAN lang=EN-US>, 汽車傳感器在我國才會有更為廣闊的發(fā)展空間。
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