四川都睿感控科技有限公司

电话:028-87686694

都睿感控欢迎您!—— 传感器专注中国第一

首页 >> 新闻动态 >>行业资讯 >> 汽车传感器检测技术
详细内容

汽车传感器检测技术

 摘要:电子技术的发展和进步促进了汽车工业的发展。随着汽车电子设备的更新,汽车中出现了各种用途的传感器,特别是计算机在汽车中的应用,更加明确了汽车电子设备中传感器的重要性。在本文中,对传感器的定义分类逐一进行叙述。随着汽车市场驾驶安全性、舒适性及操纵性等要求的提高,汽车行业广泛使用传感器。随着现代化的发展,传感器也发展为高精度、高可靠性、宽温度范围、微型、微型功耗、智能数字化。

汽车.jpg

 汽车传感器是汽车计算机系统的输入装置,将车速、各种介质的温度、发动机的运转状况等汽车运转中的各种状况信息转换成电信号输入计算机,使发动机成为最佳运转状态。如果没有各种传感器,则无法控制计算机和微处理器。另外,汽车上各种仪表指示的数据也可以通过传感器的检测得到。

 一、汽车传感器检测技术的特征

  1.要求高精度

 汽车用传感器的精度在家电和测量之间,要求1 %以下的精度,请参照下表。由表可知,汽车所要求传感器在- 40~+ 120℃的范围内长期工作,耐振动为150~2000 Hz,耐冲击不会导致精度降低,从1 m的高度落到混凝土上,电磁干扰、耐腐蚀。

 汽车用传感器和家电检测航空用传感器的性能比较

汽车用传感器和家电检测航空用传感器的性能比较.png

 2.环境适应性

 汽车的使用环境非常恶劣,有发动机产生的热、振动、汽油和油的蒸汽、轮胎的污泥、飞散的水雾、温度、湿度等气候条件、振动冲击等机械条件、电源、电磁干扰等电气条件、温度、湿度、振动等物理环境、过电压电磁波电气环境。

 另外,为了在北极和南极这样的极寒地带、赤道附近和沙漠这样的酷暑地带使汽车能够行驶,要求传感器具有非常强的环境适应性。例如,在- 40℃~ + 80℃温度范围内,要求传感器不进行调整而保持一定的精度。另外,根据情况对传感器也提出不同的要求。例如,对雨水或河水耐水性能、能够在坏路上行驶的耐振性能、耐灰尘性能、对被污染空气的耐腐蚀性能、对药品的耐化学药品腐蚀性能、用于冲洗车辆用的高温水蒸气的耐蒸气性能等。另外,由于汽车的发电机、电池的电压不稳定,传感器也会出现耐电压脉动的性能要求。

 3.批量生产

 为了在适合一般用户购买力的成本下生产的汽车中使用传感器,要求大量生产传感器的可能性,换言之,汽车传感器在保障其性能的基础上,尽可能低成本,而且可以以简单的调整进行更换。

 4.稳定性

 由于汽车的交通事故会导致人的生命,因此汽车传感器与飞机用传感器一样可靠性高,要求比飞机用传感器高。另外,汽车与家用电器一样,由于自身价格便宜,使用者一般,因此要求汽车传感器价格低,性能价格比高。在将汽车传感器用于电子控制的情况下,主要是补偿本来的机械控制精度的不稳定性,而且要求对于汽车上的所有部件行驶10万km以上的距离,不用说不用更换或调整就能够满足规定的性能,传感器也是例外的。

 二、汽车传感器检测技术的发展过程

  20世纪60年代,车上只搭载了发动机油压力传感器、油量传感器、水温传感器。这些感应器连接在仪表和灯上。

 进入70年代后,为了管理排气,为了更好的控制汽车的动力系统,追加了一些传感器。同步出现的催化转换器、电子点火、燃料喷射装置为了控制排气,需要这些传感器来维持一定的空燃比。80年代,防抱死制动装置和安全气囊提高了汽车的安全性。

 今天,传感器用于测量进气温度、气道压力、冷却水温度、燃料喷射压力等各种流体的温度和压力的传感器,以及用于测量各种流体的温度和压力的传感器。用于确定车速、节气门开度、凸轮轴、曲轴、变速器角度及速度、排气回流阀( EGR )的位置等各部分的速度及位置的传感器、用于测定发动机的负荷、爆震、失火及排气中的氧量的传感器、用于确定座椅的位置的传感器。支持制造商提供的侧面测量仪、天花板安装型气囊及更紧凑的侧面头部气囊,追加了传感器。随着用防撞传感器(测距雷达及其他测距传感器)判定并控制汽车横向加速度、每个车轮的瞬时速度及必要转矩,制动系统成为汽车稳定性控制系统的一部分。

 旧的液压传感器和水温传感器相互独立,由于有明确的最大值或最小值的限制,其中实际上也有相当于开关的传感器。随着传感器的电子化和数字化的发展,它们的输出值越来越多。

 三、汽车传感器的发展现状

 汽车传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一,对于中国的汽车行业,主要呈现以下倾向。

 1 .汽车传感器市场规模大 

 根据市场调查数据,2002年全球汽车传感器的市场规模为70.1亿美元,2005年85美元。年平均增长率6.7 %; 2002年全球汽车传感器的市场需求量为10.38亿只2005年达到12.83亿只,年平均增长率为7.3 %。 我国汽车工业的发展正在加速。预计2010年将达到600万台生产能力,如果1台车辆上装有10个传感器,则需要6000万台传感器和与其对应的发送机和仪器。

 在我国,现在有2000万辆汽车,每年以5 %以上的速度增加,但现在“电喷”汽车只占10 %左右,国家规定停止生产“汽化器”汽车,新工厂的汽车要求设置所有的“电喷”系统。国内电喷系统的应用传感器占系统的70 %以上,ABS传感器的成本约为50元,国内产量100万套,产值5000万元。气囊传感器占系统成本的70 %以上,安全气囊传感器的销售价格为2000元左右,需求量为100万套/年的话,传感器的生产额将达到20亿元。

 2、汽车传感器重要的要素。 

 汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源,是汽车电子控制系统的重要部件,成为汽车电子技术领域研究的核心。汽车传感器实时、准确地测量、控制温度、压力、位置、转速、加速度、振动等各种信息。测定现代高级车辆控制系统水平的关键在于传感器的数量和水平。现在,国内的一般家庭用轿车搭载了约100个传感器,豪华轿车搭载了最多200个传感器。

 近年来,从半导体集成电路技术发展出来的微电子机械系统( MEMS )技术越来越成熟,利用该技术,能够制作出各种各样的能够敏感地检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器,这些传感器的体积和能量。

 微型传感器的大规模应用不仅限于发动机燃烧控制和气囊,在今后5~7年内,包括发动机运转管理、废气空气质量控制、ABS、车辆动力控制、适应导航、车辆行驶安全系统在内的应用为MEMS技术提供了广泛的市场。

 3、国内汽车传感器 

 20世纪80年代以来,国内汽车仪表行业引进了国外先进技术和与之相对应的传感器生产技术,基本上满足了国内小批量、低水平车种的应对需求。由于发展缓慢,没有系列化、安装化,没有形成独立的产业,依然依赖于汽车仪表企业。

许多汽车、轻装车及部分卡车采用新的电子产品,需要大量高水平的汽车传感器,国内目前最高水平的汽车传感器产品比国外同类产品延迟了10多年,每年进口50万台以上的高性能汽车传感器。

 许多传感器制造商为了加强产品竞争力,采用与国外同行业进行合资经营的方式,消化吸收国外先进的传感器技术,使产品升级发展,成为几家大规模“喷射”系统制造商的下游供应商。但是,大多数企业只是将其他车辆用传感器组合起来生产,利润少,产品单一,产品质量和技术水平低。

 随着国内汽车生产量的迅速增加,今后几年国内汽车工业对传感器及其组合的变速器和仪器的需求也大幅增加,需要实现汽车传感器的国产化趋势。为了应对这种情况,重点开发出新的温度、流量、位移、压力传感器等,为了汽车工业尽快解决电喷系统、空调排气系统和自动运行系统所需的传感器是非常紧迫的任务。汽车传感器对于完成车工厂来说是二级配套产品,作为系统必须进入完成车工厂配套产品。级别1的系统制造商的实力与主机制造商的品牌有关,因此需要构建系统平台以使系统与传感器的发展相关。 

 四、汽车传感器的应用

 汽车传感器主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车体控制系统、导航系统。大幅度提高车的电子化,提高车的安全性。

 1 .发动机控制系统用传感器 

 发动机控制系统用传感器是汽车整体的传感器的核心,包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器、爆震传感器等在内的很多种类。 这些传感器将发动机的工作状况信息提供给发动机的电子控制单元( ECU ),为了提高发动机的动力性、降低燃料消耗、减少排气排放、检测故障而精密地控制发动机工作状况。

  发动机在高温(发动机表面温度150℃、排气歧管650℃)、振动(加速度30 g )、冲击(加速度50 g )、湿度( 100 % RH、- 40℃- 120℃)及蒸汽、盐雾、腐蚀、淤渣污染的恶劣环境下动作,因此发动机控制系统用传感器的恶劣环境的技术指标与一般产业用传感器相比。由于传感器的测量误差,最终可能导致发动机控制系统无法正常工作或发生故障。

 (1)温度传感器  

 温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃料温度及催化剂温度等。 温度用传感器的有线卷绕电阻式、热敏电阻式及热偶电阻式三种主要类型。 3种传感器各有特征,其用途也稍有不同。绕组电阻式温度传感器精度高,但响应特性差。  热敏电阻式温度传感器灵敏度高,响应特性好,但线性差,适应温度低。  热偶电阻式温度传感器精度高,测定温度范围广,但需要配合放大器和冷端处理使用。

 实用化的热敏电阻式温度传感器(通用型- 50℃~ 130℃、精度1. 5 %,响应时间10ms; 高温型600℃~ 1000℃、精度5 %、响应时间10ms )、铁氧体式温度传感器( on/off型、- 40℃~ 120℃、精度2.  0 % )、金属或半导体膜的空气温度传感器(-40℃~ 150℃、精度2. 0 %、5 %、响应时间20 ms )等。   

 (2)压力传感器   

 压力传感器主要检测气缸负压、大气压、涡轮发动机的升压比、气缸内压、油压等。 进气负压式传感器主要用于进气压、负压、油压检测。汽车用压力传感器多采用静电容量式、压电电阻式、差动变压器式( lvdd )、表面弹性波式( saw )。

 静电容量式压力传感器主要用于检测负压、液压、气压,测量范围为20~100 kpa,具有输入能量高、动态响应特性好、环境适应性好等特点。压电电阻式压力传感器受到温度的影响较大,因此需要另外设置温度补偿电路,应对大量生产。lvdd式压力传感器具有较大的输出功率,容易进行数字输出,但抗干扰性差。saw式压力传感器具有小型、轻量、低消耗电力、高可靠性、高灵敏度、高分辨率、数字输出等特征,可用于汽车进气阀的压力检测,是高温下稳定工作的优选传感器。都睿感控压力传感器达到国内领先水平。

 (3)流量传感器   

 流量传感器主要用于测定发动机空气流量和燃料流量。空气流量的计测用于发动机控制系统决定燃烧条件、控制空燃比、启动、点火等。空气流量传感器有旋转叶片式(叶片式)、卡曼涡旋式、热线式、热膜式4种。回转叶片式(叶片式)空气流量计结构简单,测定精度低,测定的空气流量需要温度补偿。卡尔曼旋涡式空气流量计没有可动部件,灵敏度高,精度高,也需要温度补偿。热线式空气流量计测定精度高,不需要温度补偿,但容易受到气体脉动的影响,容易发生断线。热膜式空气流量计是与热线式空气流量计同样的测定原理,但是适合体积少的批量生产,成本低。空气流量传感器的主要技术指标是动作范围0.11~103立方米/ min,动作温度- 40℃~ 120℃,精度≤1 %。   

 燃料流量传感器用于检测燃料流量,主要有水轮式和循环球式,其动态范围为0~60 kg/h,工作温度- 40℃~ 120℃,精度±1 %,响应时间不足10ms。   

 (4)位置旋转速度传感器   

 位置旋转速度传感器主要用于检测曲柄角、发动机旋转速度、节气门开度、车速等。目前汽车中使用的位置旋转速度传感器主要有交流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁晶体管式等,其测定范围为0°~ 360°,精度±0. 5°以下,测量弯曲角±0.1 。   

  车速传感器种类繁多,感知车轮的旋转,感知动力传递轴的旋转,感知差动从动轴的旋转。车速超过100 km/h时,一般的测量方法误差大,需要采用非接触光电速度传感器,速度范围0. 5~250 km/h,重复精度0.1 %、距离测量误差优于0.3 %。   

 (5)气体浓度传感器   

 气体浓度传感器主要检测车身内的气体和废气的排出。其中最主要的是氧气传感器,实用化的是氧化锆传感器(使用温度40~900℃、精度1 % )、富氧化锆电池型气体传感器(使用温度300~800℃)、固体电解质型氧化锆气体传感器(使用温度0~400℃、精度0 ). 5 % )、其他二氧化钛氧传感器。氧化钛氧传感器与氧化锆传感器相比,具有结构简单、轻量、廉价且耐铅污染特征。 

 (6)爆震传感器   

 爆震传感器通过检测发动机的振动,调整点火时期,防止发动机爆震。爆震的检测可以通过气缸压力、发动机主体的振动、燃烧音等3种检测方法进行。 爆震传感器有磁致伸缩式和压电式。 磁致伸缩式爆震传感器的使用温度为- 40℃~ 125℃,频率范围为5~10 k Hz,压电式爆震传感器的中心频率5. 417 khz时200 mv/g,振幅0. 在1 g~10 g范围内具有良好的直线性。 

 2 .底盘控制用传感器 

 所谓底盘控制用传感器,是用于变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、制动防抱死系统等底盘控制系统传感器。这些传感器分散在不同的系统中,但与发动机内对应的传感器同样地发挥作用。另外,随着汽车电子控制系统集成化的提高和can-bus技术的广泛应用,同一传感器不仅能够向发动机控制系统供给信号,还能够向机箱控制系统供给信号。作为自动变速器系统用传感器,主要有车速传感器、加速踏板位置传感器、加速度传感器、节气门位置传感器、发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器等。 制动防抱死系统用传感器主要列举车轮速度传感器、车速传感器、悬架系统用传感器,主要列举车速传感器、节气门位置传感器、加速度传感器、车身高度传感器、转向角传感器等。作为动力转向用传感器,主要有车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器、液压传感器等。 

 3 .车体控制用传感器 

 车体控制用传感器主要用于提高汽车的安全性、可靠性、舒适性等。由于不像发动机或机箱那样工作条件不好,因此一般产业用传感器可以稍微改良适用。主要有用于自动空调系统的温度传感器、湿度传感器、风量传感器、日照传感器等。气囊系统中使用的加速度传感器、门锁控制中使用的车速传感器亮度的自动控制中使用的光传感器、背面控制中使用的超声波传感器或用于保持激光传感器车间距离的距离传感器用于消除驾驶员的死角的图像传感器等。 

 4 .导航系统用传感器 

 随着GPS/GIS (全球定位系统和地理信息系统)在汽车上的应用,导航用传感器近年来正在迅速发展。。 作为导航系统用传感器,主要有确定汽车行进方向的指南针传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘角传感器等。 

 五、汽车感应器的发展倾向

 将来汽车传感器技术的发展趋势是微细化、多功能化、智能化。微型传感器利用微机加工技术,将微米级的传感器元件、信号处理器、数据处理装置封装在一个芯片上,但具有小型、低价格、集成化容易等特点,因此可以显着提高系统测试精度。现在,这项技术已经成熟,能够制作出各种检测力学量、磁学量、热学量等的微型传感器。多功能化是指一个传感器能够检测出两个以上的特征参数或化学参数,从而减少汽车的传感器数量,提高系统的可靠性。例如,开发了能够用一个芯片同时检测汽车压力和温度的复合耐压传感器。智能是指将传感器和大规模集成电路组合起来搭载CPU,并具备减少ECU复杂性、实现小型化、低成本化的智能功能的传感器。与以往的传感器相比,具有判定传感器的动作状态,为了降低温度等环境因素引起的误差,可以修正测定数据等许多特点。软件解决硬件无法解决的问题。数据的计算及处理任务的完成。

  具体而言,车辆用传感器的开发具有根据汽车的设计更新传感器结构这两种倾向。第二个是开发新功能和新材料的新传感器,应对世代交替的需求。随着其他汽车电气设备的持续更新(包括微型计算机的应用),汽车传感器提出了以下新的要求。

 1 )随着a/d转换技术的进步,传感器的输出信号不一定需要数字化。

 2 )线性特性并不一定重要,但如果线性差但再现性好的话,可以用微型计算机修正计算。由此,车辆用传感器的研究开发自由度增加,制约相对减少。

 3 )传感器数量没有限制。随着微型计算机控制技术的发展,传感器的数量飞跃性地增加,同时发动机控制用传感器的应用开发也在活跃。

 4 )可共用加工传感器信号。可用于多个原因的控制的传感器信号。能够对速度信号进行微分求出加速度信号等来进行信息加工。

 5 )将信号检测部和信号处理电路一体化的固体电路IC传感器的开发。

 6 )复合传感器的信息处理。

 7 )安全和舒适性的提高所需的传感器的开发。

 根据车辆用传感器的新特征,新的车辆用传感器越来越受到关注。也可以应对以下领域:

     1 .光纤传感器

  随着电子设备的增加,配线基板变得复杂,容易发生故障。光通信中没有电磁感应的噪声、轻量、可进行多样化通信、耐环境性优良、传递损失少,因此正在研究向光通信的转移,先进的汽车采用光通信。光纤与激光组合的光纤传感器,是测量温度、压力等的高精度传感器。

 使用光纤开发光纤传感器的是1977年,光纤传感器的发展非常快,光纤传感器的特点如下。

 1 )灵敏度高。

 2 )体积小、重量轻、随意性好、可弯曲、脆、易消耗。

 3 )绝缘性好,无频带宽度、无寄生感应、无电磁干扰。

 4 )化学稳定性好,防腐蚀、防火、防水、防霉。

 5 )可进行光能和图像、低损耗、光谱宽度的传输。

 6 )材料丰富、低价格。

 现在,在国际市场上比较成熟的光纤传感器有温度、振动、压力、位移、电场、磁场、电流、液位、流量、旋转、辐射、惯性、陀螺仪等数百种光纤传感器。很明显,光纤传感器在汽车中被广泛使用是时间上的问题。

 2 .提高车辆安全性的传感器系统

  随着传感器、零件、计算机技术的进步,探索位于车辆后部和驾驶员视野的死角的障碍物,保持车辆与前面车辆的距离的技术进步,具有视觉功能的传感器和超声波声呐传感器也正在成熟。未来的感应器,有时也会如下所示联系乘员保护装置。避免碰撞时,乘员保护装置会自动早期打开,最大限度地保护车辆的乘员。

 该传感器系统由检查对象物传感器、处理从传感器取得的信息的微处理器、及考虑了系统与驱动器间的信息交换的显示控制装置构成。

 3 .简化与微型计算机的接口的传感器

 车辆用传感器和微型计算机构成控制系统时,模拟式传感器和数字化的中央处理装置的接口成为重要的问题。采样保持、信号放大及a/d转换等相关问题,由于接口电路复杂,容易发生故障。现在,在汽车电子控制装置中使用的传感器中,约30 %~40 %是常用传感器,多为1次传感器,接口复杂。随着传感器的发展和在车辆上的应用,将周边电路移动到传感器内部,使接口更加方便、更加简单并用。

  新传感器的出现进一步改善了汽车的性能,推动了汽车产业的发展。



参考文献 

[1]王煜东。传感器及应用.机械工业出版社,2008. 

[2]任洪春。汽车传感器标准值速查手册.电子工业出版社,2008. 

[3]唐岚。汽车测试技术.机械工业出版社,2006。



最新评论
请先登录才能进行回复登录

CULTURE MEDIA

Copyright  2014-2025,All rights reserved

网站导航

腾讯qq

新浪微博

腾讯微信

资讯分享

联系我们

四川省成都市高新西区校园路822号

028-87686694

2435226521@qq.com

周一到周五10:00—18:00

霍尔传感器淘宝店二维码

二维码

扫码进入淘宝购买