一、前言
汽车传感器作为汽车电子控制系统的重要信息源,对温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。衡量现代高级轿车控制系统水平的关键就在于其传感器的数量和水平。当前,一辆国内普通家用轿车上大约安装了近百个传感器,而豪华轿车上的传感器数量多达200只。未来汽车传感器技术的发展趋势是微型化、多功能化和智能化。
微型传感器利用微机械加工技术,将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上,由于具有体积小、价格便宜、便于集成等特点,可以明显提高系统测试精度。当前,该技术逐步成熟,可以制作检测力学量、磁学量、热学量等各种微型传感器。多功能化是指一个传感器能检测两个或两个以上的特征参数或者化学参数,从而减少汽车传感器的数量,提高系统的可靠性。智能化是将传感器与大规模集成电路相结合,具有智能作用。
由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求,世界各国对其理论研究、新材料应用和新产品开发都非常重视。下面介绍一些这方面的新产品。
二、快速起动的氧传感器
冷车运转时的发动机所排放的CO和HC是*多的,这就要求氧传感器尽快起动进入闭环控制状态。NGK火花塞有限公司研制出一种*氧传感器,它能在15s内达到闭环控制。通过缩小加热区和降低阻抗,改进了传感器的加热装置。由于采用新材料和新的温控系统,使加热器的寿命与现有类型相近,改善了低温特性。
三、直热式检测传感器
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末成年人座椅(RFIS)处的侧量气囊展开。将乘员席表面的温度与驾驶员座椅表现温度加以对比,若两者不同且与预定值差异较大,则气囊的展开就会受到抑制。乘员席的温度由安置在座椅表面的热敏电阻来测定,可采用直热式或非直热式热敏电阻。
实际上这种抑制系统可采用多种检测方式,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。
四、机油粘度传感器
何时更换机油一般是根据厂家规定的时间或里程来进行。少数厂家采用了更*的方式,通过记录发动机转速和温度来计算换油间隔。Lucas Varity公司正在研制一种压电振动式粘度传感器,其工作原理与振动式粘度计相近——振子(球型、片状或棒式)在受到粘滞阻尼时其振频会发生衰变。因此,依靠不同形状的振子,就可以测出粘度和密度的一些参数。有一种振动式粘度计的振子是石英棒,它能被激发扭振,通过测量与液体粘度相对应的振幅和谐振频宽,就可以确定粘度(准确地说应是粘度和密度的综合值)。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粘度的一种装置。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。
粘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,其原理与我们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,在它两侧施加电压时,就会产生切向运动。电极是用金属蒸发沉积法布置在压电晶体表面,然后整体涂上一层绝缘层。
一台扫频仪通过振荡器所产生的交变电压来确定传感元件的谐振频率。因为在谐振时,传感元件的电阻达到*值,随着液体粘度的变化,这个蜂值也相应变化,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粘度的范围来确定,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,所以绝缘层的厚度大约是四分个波长。
十、汽车用传感器技术的发展趋势
未来的汽车用传感器技术,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、IC化和精细加工等。
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、质量轻、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目,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。
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。
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