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汽車傳感器的應用現狀及其發展趨勢

發布時間:2020-12- 14點擊量:0

汽車傳感器作為汽車電子控製係統的信息源,是汽車電子控製係統的關鍵部件,也是汽車電子技術領域研究的核心內容之一。目前,一輛普通家用轎車上大約安裝幾十到近百隻傳感器,而豪華轎車上的傳感器數量可多達二百餘隻。據報道,2000年汽車傳感器的市場為61.7億美元(9.04億件產品),到2005年將達到84.5億美元(12.68億件),增長率為6.5%(按美元計)和7.0%(按產品件數計)。 
      1.汽車傳感器的應用分類 
      汽車傳感器在汽車上主要用於發動機控製係統、底盤控製係統、車身控製係統和導航係統中。它的應用,大大提高了汽車電子化的程度,增加了汽車駕駛的安全係數。 
     1.1發動機控製係統用傳感器 
     發動機控製係統用傳感器是整個汽車傳感器的核心,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。這些傳感器向發動機的電子控製單元(ECU)提供發動機的工作狀況信息,供ECU對發動機工作狀況進行精確控製,以提高發動機的動力性、降低油耗、減少廢氣排放和進行故障檢測。 
     由於發動機工作在高溫(發動機表麵溫度可達150℃、排氣歧管可達650℃)、振動(加速度30g)、衝擊(加速度50g)、潮濕(100%RH,-40℃-120℃)以及蒸汽、鹽霧、腐蝕和油泥汙染的惡劣環境中,因此發動機控製係統用傳感器耐惡劣環境的技術指標要比一般工業用傳感器高1-2個數量級,其中最關鍵的是測量精度和可靠性。否則,由傳感器帶來的測量誤差將最終導致發動機控製係統難以正常工作或產生故障。 
     1.溫度傳感器   
     溫度傳感器主要用於檢測發動機溫度、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,其應用場合也略有區別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高,但響應特性差;熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高,響應特性較好,但線性差,適應溫度較低;熱偶電阻式溫度傳感器的精度高,測量溫度範圍寬,但需要配合放大器和冷端處理一起使用。
     已實用化的產品有熱敏電阻式溫度傳感器(通用型-50℃~130℃,精度1.5%,響應時間10ms;高溫型600℃~1000℃,精度5%,響應時間10ms)、鐵氧體式溫度傳感器(ON/OFF型,-40℃~120℃,精度2.0%)、金屬或半導體膜空氣溫度傳感器(-40℃~150℃,精度2.0%、5%,響應時間20ms)等。    
     2.壓力傳感器   
     壓力傳感器主要用於檢測氣缸負壓、大氣壓、渦輪發動機的升壓比、氣缸內壓、油壓等。吸氣負壓式傳感器主要用於吸氣壓、負壓、油壓檢測。汽車用壓力傳感器應用較多的有電容式、壓阻式、差動變壓器式(LVDT)、表麵彈性波式(SAW)。 
     電容式壓力傳感器主要用於檢測負壓、液壓、氣壓,測量範圍20~100kPa,具有輸入能量高,動態響應特性好、環境適應性好等特點;壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大,需要另設溫度補償電路,但適應於大量生產;LVDT式壓力傳感器有較大的輸出,易於數字輸出,但抗幹擾性差;SAW式壓力傳感器具有體積小、質量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數字輸出等特點,用於汽車吸氣閥壓力檢測,能在高溫下穩定地工作,是一種較為理想的傳感器。 
     3.流量傳感器   
     流量傳感器主要用於發動機空氣流量和燃料流量的測量。空氣流量的測量用於發動機控製係統確定燃燒條件、控製空燃比、起動、點火等。空氣流量傳感器有旋轉翼片式(葉片式)、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等四種類型。旋轉翼片式(葉片式)空氣流量計結構簡單,測量精度較低,測得的空氣流量需要進行溫度補償;卡門渦旋式空氣流量計無可動部件,反映靈敏,精度較高,也需要進行溫度補償;熱線式空氣流量計測量精度高,無需溫度補償,但易受氣體脈動的影響,易斷絲;熱膜式空氣流量計和熱線式空氣流量計測量原理一樣,但體積少,適合大批量生產,成本低。空氣流量傳感器的主要技術指標為:工作範圍0.11~103 立方米/min,工作溫度-40℃~120℃,精度≤1%。
     燃料流量傳感器用於檢測燃料流量,主要有水輪式和循環球式,其動態範圍0~60kg/h,工作溫度-40℃~120℃,精度±1%,響應時間小於10ms。 
     4.位置和轉速傳感器   
     位置和轉速傳感器主要用於檢測曲軸轉角、發動機轉速、節氣門的開度、車速等。目前汽車使用的位置和轉速傳感器主要有交流發電機式、磁阻式、霍爾效應式、簧片開關式、光學式、半導體磁性晶體管式等,其測量範圍0°~360°,精度±0.5°以下,測彎曲角達±0.1 。
     車速傳感器種類繁多,有敏感車輪旋轉的、也有敏感動力傳動軸轉動的,還有敏感差速從動軸轉動的。當車速高於100km/h時,一般測量方法誤差較大,需采用非接觸式光電速度傳感器,測速範圍0.5~250km/h,重複精度0.1%,距離測量誤差優於0.3%。
     5.氣體濃度傳感器    
     氣體濃度傳感器主要用於檢測車體內氣體和廢氣排放。其中,最主要的是氧傳感器,實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構簡單、輕巧、便宜,且抗鉛汙染能力強的特點。 
      6.爆震傳感器    
      爆震傳感器用於檢測發動機的振動,通過調整點火提前角控製和避免發動機發生爆震。可以通過檢測氣缸壓力、發動機機體振動和燃燒噪聲等三種方法來檢測爆震。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℃,頻率範圍為5~10kHz;壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417kHz處,其靈敏度可達200mV/g,在振幅為0.1g~10g範圍內具有良好線性度。 
      1.2底盤控製用傳感器 
      底盤控製用傳感器是指用於變速器控製係統、懸架控製係統、動力轉向係統、製動防抱死係統等底盤控製係統中的傳感器。這些傳感器盡管分布在不同的係統中,但工作原理與發動機中相應的傳感器是相同的。而且,隨著汽車電子控製係統集成化程度的提高和CAN-BUS技術的廣泛應用,同一傳感器不僅可以給發動機控製係統提供信號,也可為底盤控製係統提供信號。   自動變速器係統用傳感器主要有:車速傳感器、加速踏板位置傳感器、加速度傳感器、節氣門位置傳感器、發動機轉速傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器等。製動防抱死係統用傳感器主要有:輪速傳感器、車速傳感器;懸架係統用傳感器主要有:車速傳感器、節氣門位置傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、方向盤轉角傳感器等;動力轉向係統用傳感器主要有:車速傳感器、發動機轉速傳感器、轉矩傳感器、油壓傳感器等。 
      1.3車身控製用傳感器 
      車身控製用傳感器主要用於提高汽車的安全性、可*性和舒適性等。由於其工作條件不象發動機和底盤那麽惡劣,一般工業用傳感器稍加改進就可以應用。主要有用於自動空調係統的溫度傳感器、濕度傳感器、風量傳感器、日照傳感器等;用於安全氣囊係統中的加速度傳感器;用於門鎖控製中的車速傳感器;用於亮度自動控製中的光傳感器;用於倒車控製中的超聲波傳感器或激光傳感器;用於保持車距的距離傳感器;用於消除駕駛員盲區的圖象傳感器等。 
     1.4導航係統用傳感器 
     隨著基於GPS/GIS(全球定位係統和地理信息係統)的導航係統在汽車上的應用,導航用傳感器這幾年得到迅速發展。導航係統用傳感器主要有:確定汽車行駛方向的羅盤傳感器、陀螺儀和車速傳感器、方向盤轉角傳感器等。 
       2.汽車傳感器的發展趨勢 
       由於汽車傳感器在汽車電子控製係統中的重要作用和快速增長的市場需求,世界各國對其理論研究、新材料應用和新產品開發都都非常重視。未來的汽車用傳感器技術,總的發展趨勢是微型化、多功能化、集成化和智能化。   
      微型傳感器基於從半導體集成電路技術發展而來的MEMS (微電子機械係統),微型傳感器利用微機械加工技術將微米級的敏感元件、信號處理器、數據處理裝置封裝在一快芯片上,由於具有體積小、價格便宜、便於集成等特點,可以明顯提高係統測試精度。目前該技術日漸成熟,可以製作各種能敏感和檢測力學量、磁學量、熱學量、化學量和生物量的微型傳感器。由於基於MEMS技術的微型傳感器在降低汽車電子係統成本及提高其性能方麵的優勢,它們已開始逐步取代基於傳統機電技術的傳感器。   
多功能化是指一個傳感器能檢測2個或者兩個以上的特性參數或者化學參數,從而減少汽車傳感器數量,提高係統可靠性。   
集成化是指利用IC製造技術和精細加工技術製作IC式傳感器。 
智能化是指傳感器與大規模集成電路相結合,帶有CPU,具有智能作用,以減少ECU的複雜程度,減少其體積,並降低成本。    
總之,隨著電子技術的發展和汽車電子控製係統應用的日益廣泛,汽車傳感器市場需求將保持高速增長,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的傳感器,成為汽車傳感器的主流。 

來源:中國自動化網

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