“五化”成趋势,这些汽车里的传感器应时发展

伺服与运动控制2018-06-25 19:16:33


       传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。



       近年来,传感器技术新原理、新材料和新技术的研究更加深入、广泛,新品种、新结构、新应用不断涌现。其中,“五化”成为其发展的重要趋势。


       一是智能化,两种发展轨迹齐头并进。一个方向是多种传感功能与数据处理、存储、双向通信等的集成,可全部或部分实现信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通讯,以及内部自检、自校、自补偿、自诊断等功能,具有低成本、高精度的信息采集、可数据存储和通信、编程自动化和功能多样化等特点。另一个方向是软传感技术,即智能传感器与人工智能相结合,目前已出现各种基于模糊推理、人工神经网络、专家系统等人工智能技术的高度智能传感器,并已经在智能家居等方面得到利用。


       二是可移动化,无线传感网技术应用加快。无线传感网技术的关键是克服节点资源限制(能源供应、计算及通信能力、存储空间等),并满足传感器网络扩展性、容错性等要求。该技术被美国麻省理工学院(MIT)的《技术评论》杂志评为对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术之首。目前研发重点主要在路由协议的设计、定位技术、时间同步技术、数据融合技术、嵌入式操作系统技术、网络安全技术、能量采集技术等方面。


       三是微型化,MEMS传感器研发异军突起。随着集成微电子机械加工技术的日趋成熟,MEMS传感器将半导体加工工艺(如氧化、光刻、扩散、沉积和蚀刻等)引入传感器的生产制造,实现了规模化生产,并为传感器微型化发展提供了重要的技术支撑。近年来,日本、美国、欧盟等在半导体器件、微系统及微观结构、速度测量、微系统加工方法/设备、麦克风/扬声器、水平/测距/陀螺仪、光刻制版工艺和材料性质的测定/分析等技术领域取得了重要进展。


       四是集成化,多功能一体化传感器受到广泛关注。传感器集成化包括两类:一种是同类型多个传感器的集成,即同一功能的多个传感元件用集成工艺在同一平面上排列,组成线性传感器(如CCD图像传感器)。另一种是多功能一体化,如几种不同的敏感元器件制作在同一硅片上,制成集成化多功能传感器,集成度高、体积小,容易实现补偿和校正,是当前传感器集成化发展的主要方向。


       五是多样化,新材料技术的突破加快了多种新型传感器的涌现。新型敏感材料是传感器的技术基础,材料技术研发是提升性能、降低成本和技术升级的重要手段。除了传统的半导体材料、光导纤维等,有机敏感材料、陶瓷材料、超导、纳米和生物材料等成为研发热点,生物传感器、光纤传感器、气敏传感器、数字传感器等新型传感器加快涌现。



以下是一些汽车制造领域常用的传感器介绍:


空气流量传感器




       空气流量传感器是将吸入的空气转换成电信号送至电控单元(ECU),作为决定喷油的基本信号之一。根据测量原理不同,可以分为旋转翼片式空气流量传感器、卡门涡游式空气流量传感器、热线式空气流量传感器和热膜式空气流量传感器四种型式。前两者为体积流量型,后两者为质量流量型。主要采用热线式空气流量传感器和热膜式空气流量传感器两种。


里程表传感器




       在差速器或者半轴上面的传感器,来感觉转动的圈数,里程表传感器一般用霍尔,光电两个方式来检测信号,其目的利用里程表记数可有效的分析判断汽车的行驶速度和里程,因为半轴和车轮的角速度相等,已知轮胎的半径,直接通过里程参数来计算。在传动轴上设计两个轴承,大大减轻了运行中的力距,减少了摩擦力,增强了使用寿命;由原来的动态检测信号改为齿轮运转式检测信号;由原来直插式垂直变速箱改为倒角式接口变速箱。里程表传感器插头一般是在变速箱上,有的打开发动机盖可以看到,有的要在地沟操作。


机油压力传感器




       是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。常用的有硅压阻式和硅电容式,两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。一般情况上,我们通过机油压力传感器来检测汽车的机油向内的机油还有多少,并将检测到的信号转换成我们可以理解的信号,提醒我们还有多少机油,或者还可以走多远,甚至是提醒汽车需要加机油了。


水温传感器


       它的内部是一个半导体热敏电阻,温度愈低,电阻愈大;反之电阻愈小,安装在发动机缸体或缸盖的水套上,与冷却水直接接触。从而侧得发动机冷却水的温度。电控单元根据这一变化测得发动机冷却水的温度,温度愈低,电阻愈大;反之电阻愈小。电控单元根据这一变化测得发动机冷却水的温度,作为燃油喷射和点火正时的修正号。就是我们可以通过发动机水温的温度了解汽车运行的状态,停止或者运动,或者运动的时间有多长等。


ABS传感器




       在制动活塞旁边(卡制动碟的卡钳,里面是制动活塞),ABS工作就是保证制动活塞和制动碟不卡死,保证它们处于滑动摩擦和静摩擦的边缘。大多由电感传感器来监控车速,abs传感器通过与随车轮同步转动的齿圈作用,输出一组准正弦交流电信号,其频率和振幅与轮速有关.该输出信号传往ABS电控单元(ECU),实现对轮速的实时监控。


节气门位置传感器




       节气门位置传感器安装在节气门上,用来检测节气门的开度。它通过杠杆机构与节气门联动,进而反映发动机的不同工况。此传感器可把发动机的不同工况检测后输入电控单元(ECU),从而控制不同的喷油量。它有三种型式:开关触点式节气门位置传感器,线性可变电阻式节气门位置传感器、综合型节气门位置传感器。


曲轴位置传感器




       曲轴位置传感器也称曲轴转角传感器,是计算机控制的点火系统中最重要的传感器,其作用是检测上止点信号、曲轴转角信号和发动机转速信号,并将其输入计算机,从而使计算机能按气缸的点火顺序发出最佳点火时刻指令。曲轴位置传感器有三种型式:电磁脉冲式曲轴位置传感器、霍尔效应式曲轴位置传感器、光电效应式曲轴位置传感器。曲轴位置传感器型式不同,其控制方式和控制精度也不同。曲轴位置传感器一般安装于曲轴皮带轮或链轮侧面,有的安装于凸轮轴前端,也有的安装于分电器。


碰撞传感器


       也称安全气囊传感器,按照用途的不同,分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞式用于检测碰撞时的加速度变化,并将碰撞信号传给气囊电脑,作为气囊电脑的触发信号;防护碰撞式它与触发碰撞式串联,用于防止气囊误爆。


       近年来,随着技术研发的持续深入,成本的下降,性能和可靠性的提升,在物联网、移动互联网和高端装备制造快速发展的推动下,传感器的典型应用市场发展迅速。据BCCResearch公司分析指出,2014年全球传感器市场规模预计达到795亿美元,2019年则有望达到1161亿美元,复合年增长率可达7.9%。未来几年亚太地区传感器市场份额将持续增长,预计2016年将提高至38.1%。


       随着中国新能源汽车市场的爆发和动力电池市场的兴起,新能源汽车领域正成为传感器行业另一个不可估量的新兴市场,中国传感器市场将会井喷,亿万市场蓝海将启。


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