汽車新型傳感器概述

汽車新型

傳感器概述一前言二汽車新型傳感器三傳感器的干擾一前言1.基本定義

Sensorsaredefinedas“devicesthattransform(ortransduce)physicalquantitiessuchaspressureoraccelerationintooutputsignals(usuallyelectrical)thatserveasinputsforcontrolsystems.”----H.Norton傳感器把非電量信號轉(zhuǎn)換成電量信號，或者將物理量、電量和化學(xué)量的信息轉(zhuǎn)換成控制器能夠處理的信號。傳感器的工作原理可分為：電阻式、磁阻式、熱電式和電勢式等。

現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)不能缺少傳感器，由傳感器、控制器和執(zhí)行器組成了汽車的電子控制系統(tǒng)。傳感器是一種轉(zhuǎn)換器，用它來感知汽車的外部條件與自身性能的變化，并及時(shí)將這些信息傳送給控制器。執(zhí)行器則根據(jù)控制器發(fā)出的指令完成某項(xiàng)操作，對汽車進(jìn)行控制。傳感器在汽車電控系統(tǒng)中占有重要位置，電控系統(tǒng)工作正常與否很大程度上取決于傳感器性能的優(yōu)劣。

2汽車傳感器

汽車電子化和自動(dòng)化程度越高，對傳感器的依賴性就越大，因此，國內(nèi)外都將車用傳感器技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的高新技術(shù)。目前，一輛普通轎車一輛普通轎車上大約安裝幾十到近百只傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。

車用傳感器包括發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤以及車身測量控制傳感器等，分為溫度、流量、壓力、位置、液位、速度加速度、氣體濃度等用途傳感器。測量原理：電阻型傳感器（應(yīng)變、熱敏電阻電位計(jì)）、霍爾傳感器、磁阻型傳感器、壓電傳感器、光電傳感器等。一次封裝二次封裝水溫傳感器-熱敏電阻VOLVO、凌志節(jié)氣門節(jié)氣門位置傳感器

VW方向盤轉(zhuǎn)角傳感器為控制單元傳遞方向盤轉(zhuǎn)角信號。測量范圍為+-720度，4圈。利用光柵原理測量角度測量精度：1.5度分辨速度：1-2000度/秒TCS/ESP開關(guān)E256制動(dòng)燈開關(guān)FESP制動(dòng)識別開關(guān)F83

在伺服器內(nèi)轉(zhuǎn)速傳感器G44-G47方向盤轉(zhuǎn)角傳感器G85側(cè)向加速度傳感器G200制動(dòng)壓力傳感器-1G201

橫擺角速度傳感器G202制動(dòng)壓力傳感器-2G214縱向加速度傳感器G249附加信號發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)速箱管理系統(tǒng)ABS回油泵ABS進(jìn)油閥N99,N101,N133,N134ABS出油閥N100,N102N135.N136DDC閥N225,N226DDC高壓閥N227,N228預(yù)壓電磁線圈N247繼電器J508ABS警告燈K47制動(dòng)系統(tǒng)警告燈K118TCS/ESP警告燈K155附加信號發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)速箱管理系統(tǒng)巡航系統(tǒng)自診接口ESP-ElectronicStabilityProgrameESP電控系統(tǒng)寶來04年型3問題

隨著人們對汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性、舒適性以及排放指標(biāo)不斷提高，需要測試的物理量不斷增多，精度提高。（1）需求的傳感器數(shù)量隨之增加，信號傳輸、安裝固定等困難加大，成本提高。汽車保有量05年500萬輛，每輛平均安裝20只，增加3只，1500萬只；（2）信號有線傳輸無法實(shí)現(xiàn)；

（3）單一傳感器無法得到確定信息；（4）現(xiàn)有傳感器精度、靈敏與可靠性無法滿足要求；（5）現(xiàn)有傳感器無法滿足傳感功能要求。因此推出或逐步研究新型傳感器，以滿足汽車測試與控制要求。

1微型集成傳感器微型集成傳感器是基于從集成電路技術(shù)發(fā)展而來的微機(jī)電系統(tǒng)(micromachiningandmicroelectromechanicalsystems，MEMS)，它利用微機(jī)械加工技術(shù)將微米級的敏感元件、信號處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上，具有體積小（比以往的同類器件縮小了400～1000倍）、價(jià)格便宜、便于集成等特點(diǎn)。由于基于MEMS技術(shù)的微型傳感器在降低汽車電子系統(tǒng)成本及提高其性能方面的優(yōu)勢，它們已開始逐步取代基于傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的傳感器。

二汽車新型傳感器側(cè)向加速度傳感器G200橫擺率傳感器G202組合傳感器優(yōu)點(diǎn)：減小安裝尺寸兩個(gè)傳感器在一起能夠保證精確的配合數(shù)值，而且不改變。強(qiáng)化整體機(jī)構(gòu)2智能傳感器智能傳感器(SmartSensor):傳感器、變送器和它的部分或全部處理器件、處理電路（CPU）集成在一個(gè)芯片上的器件智能傳感器特點(diǎn)：具有一定的仿生能力，如模糊邏輯運(yùn)算、主動(dòng)鑒別環(huán)境，自動(dòng)調(diào)整和補(bǔ)償適應(yīng)環(huán)境的能力，自診斷、自維護(hù)等3無線傳感器

無線傳感器（wirelesssensor）的典型代表胎壓傳感器，直接安裝在輪胎內(nèi)部，直接檢輪胎壓力、溫度。盡管這種無線傳感器成本較高具有比傳統(tǒng)的間接檢測技術(shù)更高的精度，因此，其市場前景仍頗為樂觀。預(yù)計(jì)到2010年，這種新型無線傳感器的市場需求量將會(huì)達(dá)到2200萬個(gè)。

無線技術(shù)在減輕線束的重量和成本方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)控制方面，線束的大量增加使之變得非常復(fù)雜，而采用無線通信則是減少線束及其連接點(diǎn)的有效途徑。傳感器的無線化發(fā)展還面臨著一些技術(shù)難題。比如在安全氣囊系統(tǒng)中，碰撞事故發(fā)生瞬間的幾毫秒內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，目前的無線傳感技術(shù)還無法保證及時(shí)、可靠地將數(shù)據(jù)傳送給處理器。應(yīng)用無線傳感器面臨的另一問題是電源問題，由于汽車具有較長的使用壽命，這就需要不斷為傳感器更換電源，從而增加了汽車使用維護(hù)的難度。同樣，前面提到的輪胎氣壓直接檢測傳感器也存在著相同的問題。為解決這一問題，除了設(shè)法延長電池壽命外，西門子VD0公司和Goodyear公司的工程師們還找到了一種無需電池的解決方案，即通過外部元件向傳感器發(fā)射無線電信號來傳送能。

藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它將取代目前多種電纜連接方式，以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，使各種電子裝置在無線狀態(tài)下相互連接傳遞數(shù)據(jù)。車用藍(lán)牙無線標(biāo)準(zhǔn)是一種新的短距離的無線標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙技術(shù)1.0版標(biāo)準(zhǔn)是為了取代有線連接，而現(xiàn)在的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)更高的傳輸率、減少與無線網(wǎng)絡(luò)的相互干擾、提高打印技術(shù)和靜態(tài)圖片技術(shù)、以及高質(zhì)量的音頻數(shù)據(jù)。（1）具有藍(lán)牙功能的按鍵式聽筒（2）帶話筒的無線電耳（3）具有藍(lán)牙接口的個(gè)人數(shù)字助理（PDA）（4）具有藍(lán)牙接口的手提電腦藍(lán)牙技術(shù)給你的轎車帶來的最大優(yōu)點(diǎn)就是，一旦和你的手機(jī)匹配，當(dāng)開始發(fā)動(dòng)汽車的時(shí)候汽車套件自動(dòng)激活，能靈活地進(jìn)行語音撥號、打出和接收電話，并能進(jìn)行音量的調(diào)節(jié)。在開車時(shí)你可以盡情地收聽無線電廣播，當(dāng)有電話呼叫時(shí)你無需手持電話、無需任何連線，藍(lán)牙汽車套件會(huì)自動(dòng)將無線電消音，接進(jìn)呼叫，遮陽板或后視鏡上的麥克風(fēng)能傳遞對話。一旦結(jié)束通話，無線電又即刻恢復(fù)。4非接觸式感應(yīng)位置傳感器

Standardmaterial標(biāo)準(zhǔn)材料

Standardcomponents標(biāo)準(zhǔn)元件

Standardprocesses標(biāo)準(zhǔn)過程Rotor轉(zhuǎn)動(dòng)體(herecopperpressespart)（此為銅壓縮片）Stator固定片(hereFR4PCB)（印刷電路板FR4）Electroniccomponents電子元件傳感器的基本組成RotorStatorElectronicsTransmittercoilReceivercoilInductioniRotorStatora.Misalignmentxyb.Airgapc.Tiltanglexy0.5mmzTyp.0.5...1.5mm

4°Ａ裝配精度要求低PWManalogueOutputsignalshalfslopesynchronousCharacteristiccurves

forredundantsystemscrossedioffsetＣ利用專用芯片，可靈活輸出所需信號，在線標(biāo)定簡單易行InductiveSensorSensor-IntegratedECU(SIECU)Static/DynamicD結(jié)構(gòu)簡單，封裝容易，集成方便．甚至直接和控制器集成在一起，實(shí)現(xiàn)完整的功能要求TurbochargerActuatorVehicleLevelSensor1999SteeringAngleSensorThrottleBodySensorAcceleratorPedalSensorEndofShaftSensor2001200320072005FloorMountedPedalSwivelingModuleSteeringAngle/TorqueSensorIntegratedThrottlePositionSensorThrottlePositionSensorwithRotor例1節(jié)氣門位置傳感器Measuringrange: 120°Measuringtask: FeedbackofpositionFittingposition: Enginecompartment(ontheturbocharger)System: Variableturbocharger例2增壓執(zhí)行器位置傳感器例3油門踏板位置傳感器5納米巨磁電阻傳感器納米巨磁傳感器（GiantMagneto-impedance）,根據(jù)納米微晶的巨磁阻抗效應(yīng)研制的新型傳感器，靈敏度高、穩(wěn)定性高、非觸，工作溫度（-50-150℃）鐵基納米微晶材料納米巨磁電阻在磁場兩端電壓發(fā)生很大變化。(1)納米磁敏開關(guān)利用納米材料的巨磁阻抗效應(yīng)研制的各種型號的磁敏開關(guān)元件，可廣泛用于汽車?yán)锍瘫碛?jì)數(shù)、電噴發(fā)動(dòng)機(jī)測速，防盜報(bào)警等方面。性能指標(biāo)為：靈敏度：觸發(fā)磁場小于0.5毫特斯拉工作溫度：-50～150℃工作電壓：6～30V輸出電平：0.1～Vcc-0.1V跳變時(shí)間：小于10μs(2)納米線性位移傳感器當(dāng)材料處于某種磁結(jié)構(gòu)時(shí)，外磁場與磁阻呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，精度優(yōu)于1%，可用于汽油油量測量。6傳感器網(wǎng)絡(luò)

通過有線網(wǎng)或無線網(wǎng)將一組（族）傳感器連接起來，構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過微處理器和信息融合算法，提取相關(guān)復(fù)合信息或提高信息置信度、冗余度。例如：基于視覺反饋的汽車安全系統(tǒng)，通過安裝足夠的視頻傳感器，傳感車輛全方位信息，進(jìn)行融合處理，提取可靠重要安全信息。6傳感器網(wǎng)絡(luò)

通過有線網(wǎng)（如CanBus）或無線網(wǎng)將一組（族）傳感器連接起來，構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳多個(gè)傳感器信息，經(jīng)過處理（信息融合）得到置信度較高信息。例如，基于視頻的汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)，可以安裝足夠的視頻傳感器，復(fù)合信息，得到重要、冗余的汽車安全信息。7仿生傳感器

汽車距離探測用的超聲波傳感器是仿蝙蝠超聲原理，海豚聲，利用次聲波。相信，仿生傳感器在汽車技術(shù)領(lǐng)域大有所為。三傳感器的干擾

汽車產(chǎn)生的干擾如汽車的點(diǎn)火系統(tǒng)不但會(huì)影響外界的電子電器設(shè)備的正常上作，而且也會(huì)影響汽車電子電器設(shè)備的正常工作。同時(shí)外界的電磁干擾也會(huì)影響汽車上的電子電器設(shè)備的正常工作。因此，電磁環(huán)境對電子電器產(chǎn)品的性能產(chǎn)生潛在的不利的影響，導(dǎo)致其性能劣化或功能喪失。比如汽車的安全氣囊在行駛過程中突然受到干擾觸發(fā)，這可能造成很嚴(yán)重的事故。當(dāng)前，汽車電子產(chǎn)品正朝著日益增多的趨勢發(fā)展，電子技術(shù)在解決汽車的經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性等方面起著非常重要的作用。一方面，如何提高汽車電子設(shè)備的抗電磁干擾能力，來保證汽車的可靠性和安全性成為一個(gè)非常重要和迫切的研究課題；另一方面，如何合理有效的利用電磁干擾這個(gè)手段來破壞敵對目標(biāo)的電子系統(tǒng),可能成為警方打擊犯罪的新式工具也是一個(gè)值得深入研究的課題。

例如，美國研究人員發(fā)明了一種無線電強(qiáng)制停車技術(shù)。這種新技術(shù)主要通過裝在車尾箱的一個(gè)電池和一個(gè)可以存儲(chǔ)電流的電容器產(chǎn)生作用，在使用時(shí)只需要按動(dòng)汽車儀表板上的按鈕，尾箱中的電容器就會(huì)釋放出電流，并通過車頂天線向目標(biāo)車輛發(fā)射窄束密集無限電波，使目標(biāo)車輛的電子系統(tǒng)電流突然升高，擾亂噴油系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火信號，最終迫使目標(biāo)車輛減速或停駛。目前美英警方正在測試這一技術(shù)，它可能成為警方打擊犯罪的新式工具。

傳感器抗電磁干擾主要包括傳感器傳感器自身干擾和處理電路的干擾兩個(gè)方面。由于車輛電子控制系統(tǒng)采用的傳感器數(shù)量較多，由傳感器引發(fā)的安全問題需要在設(shè)計(jì)和使用中引起足夠重視。研究實(shí)例：霍爾傳感器的干擾試驗(yàn)

在汽車上，霍爾傳感器廣泛應(yīng)用于電控系統(tǒng)中的汽油機(jī)轉(zhuǎn)速測量和發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置測量、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）中的輪速測量。因?yàn)槠蜋C(jī)電控系統(tǒng)和汽車ABS系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速和位置信號對控制系統(tǒng)以至整車的安全和穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用，所以對負(fù)責(zé)采集這些信號的霍爾傳感器的穩(wěn)定性和可靠性就需要特別關(guān)注。由于霍爾傳感器是利用霍爾元件對磁場敏感這一特性工作的傳感器，這也決定了這類對磁場敏感的傳感器在信號采集過程中比其它類型的傳感器更容易受到電磁干擾。在較惡劣的電磁環(huán)境下，比如靠近發(fā)射電臺(tái)、雷達(dá)站、變電站、高壓傳輸線，進(jìn)入磁場異常地區(qū)，或者是戰(zhàn)場環(huán)境等，霍爾傳感器可能發(fā)生信號丟失現(xiàn)象，導(dǎo)致電子控制系統(tǒng)無法正常工作，進(jìn)而影響控制系統(tǒng)以至整車的安全性。

但是在惡劣的電磁環(huán)境中，達(dá)到霍爾傳感器從高電平向低電平跳變的門限觸發(fā)磁感應(yīng)強(qiáng)度BH-L是可能的。一旦磁感應(yīng)強(qiáng)度值達(dá)到了霍爾傳感器的觸發(fā)值，霍爾傳感器就會(huì)產(chǎn)生誤觸發(fā)信號