現(xiàn)代汽車正從一種簡單的交通工具向安全、舒適、方便、無污染方向發(fā)展。要實現(xiàn)這些目標,關(guān)鍵是汽車的電子化和智能化,前提是及時獲取各種信息,這必然要求汽車上廣泛使用各種傳感器。由于傳統(tǒng)傳感器體積大、重量大、成本高,其在汽車中的應(yīng)用受到很大限制。近幾年來,由半導(dǎo)體集成電路(IC)技術(shù)發(fā)展起來的微機電技術(shù)日趨成熟。微型傳感器是目前成功且實用的傳感器,被廣泛應(yīng)用到微型機電設(shè)備,主要由微型薄膜的機械變形產(chǎn)生電信信號輸出的微型壓力傳感器和微型加速度傳感器;此外,還有微型溫度傳感器、磁場傳感器、氣體傳感器等,大部分小于1毫米2。隨著微電子技術(shù),特別是納米加工技術(shù)的發(fā)展,傳感器技術(shù)也將從微型傳感器發(fā)展到納米傳感器。這種傳感器體積小,可以實現(xiàn)許多全新的功能,便于大規(guī)模、高精度的生產(chǎn),單件成本低,易于組合成大規(guī)模的多功能陣列。這些特點非常適合汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。
車輛傳感器是各種傳感器的總稱,用于汽車顯示和電氣控制系統(tǒng)。它包括許多物理量傳感器和化學傳感器。傳感器可以讓駕駛員了解汽車各部分的狀態(tài);也可以用來控制汽車各部分的狀態(tài)。根據(jù)汽車的功能,可分為發(fā)動機控制、底盤控制和為駕駛員提供各種信息的傳感器。這些傳感器的材料包括精細陶瓷、半導(dǎo)體材料、光導(dǎo)纖維和聚合物薄膜;根據(jù)輸出特點,可分為模擬型和數(shù)字型;根據(jù)結(jié)構(gòu)型、韌性型和復(fù)合型。
微型傳感器在汽車中的應(yīng)用。
汽車上使用的傳感器種類繁多,應(yīng)用廣泛。本文闡述了傳感器在汽車發(fā)動機控制、安全系統(tǒng)、車輛監(jiān)控和自診斷中的應(yīng)用。
車輛發(fā)動機控制傳感器。
柴油機電控系統(tǒng)一直被認為是MEMS技術(shù)在汽車中的主要應(yīng)用之一。內(nèi)燃機控制系統(tǒng)中的傳感器是整個汽車傳感器的核心,有多種類型,如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度、爆震等。這些傳感器為發(fā)動機的電子控制單元提供發(fā)動機工作狀態(tài)信息,供電控制單元準確控制發(fā)動機工作狀態(tài),以提高發(fā)動機的動力性能,降低油耗,減少廢氣排放,進行故障檢測。
溫度傳感器。
主要用于測量發(fā)動機溫度、吸入溫度、冷卻水溫度、油溫、催化溫度等。主要有三種類型:熱敏電阻、線繞電阻和熱偶電阻。三種類型的傳感器各有特點,其應(yīng)用場合也略有區(qū)引。熱阻溫度傳感器靈敏度高,響應(yīng)特性好,但線性和溫度低。其中,一般溫度測量范圍為-50~30℃,精度為1.5%,響應(yīng)時間為10ms;高溫溫度計為600~1000cc,精度為5%,響應(yīng)時間為10ms;線繞電阻溫度傳感器精度高,但響應(yīng)特性差;熱偶電阻溫度傳感器精度高,測量溫度范圍寬,但需要與放大器和冷端處理一起使用。其他實用產(chǎn)品包括鐵氧體溫度傳感器(測溫范圍為-40~120℃,精度為2.0%)、金屬或半導(dǎo)體薄膜空氣溫度傳感器(測溫范圍為-40~150℃,精度為2.0%,響應(yīng)時間約20ms)等。
壓力傳感器。
壓力傳感器是汽車上使用最廣泛的傳感器,主要用于檢測汽車氣缸內(nèi)的儲氣壓力、傳動系統(tǒng)的流體壓力、注入油壓、發(fā)動機油壓力、進氣管道壓力、空氣過濾系統(tǒng)的流體壓力等。
常用的汽車壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動變壓器式和聲表面波式。電容式壓力傳感器主要用于測量負壓、液壓和氣壓,測量范圍為20~100kPa。其特點是輸入能量高,動態(tài)響應(yīng)特性好,環(huán)境適應(yīng)性強;壓阻式壓力傳感器的性能受溫度影響很大,需要另設(shè)溫度補償電路,但適合批量生產(chǎn);差動變壓器壓力傳感器輸出大,易于數(shù)字輸出,但體積小,重量輕,功耗低,可靠性高。用于汽車吸氣閥的壓力檢測,可以在高溫下穩(wěn)定工作。
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