傳感器在汽車上的運(yùn)用

答辯申請(qǐng)書課題 微型傳感器在汽車電子化上的應(yīng)用 一、課題（論文）提綱第一章傳感器的概況第二章微型傳感器在汽車上的運(yùn)用第三章微型傳感器的發(fā)展趨勢(shì)、內(nèi)容摘要電子技術(shù)已經(jīng)成為新一代汽車發(fā)展方向的主導(dǎo)因素，而傳感器是電子技術(shù)的核心元件，現(xiàn)代汽車越來(lái)越多地應(yīng)用了傳感器，以提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)、動(dòng)力和排放性能,改善底盤的制動(dòng)操縱性能、轉(zhuǎn)向性能和汽車行駛的安全性能。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵在于汽車的電子化和智能化，先決條件則是各種信息的及時(shí)獲取，這勢(shì)必要求在汽車中大量采用各種傳感器。本文著重介紹了微型傳感器在現(xiàn)代汽車電子化上的應(yīng)用，以及新型的智能傳感器的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)。三、參考文獻(xiàn)［1］李朝暉等.汽車電器及電子設(shè)備［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社，2004.2］左志江等譯.汽車傳感器［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.［3］邵培革等?微機(jī)械元件和儀器新進(jìn)展［J］.光學(xué)精密工程.1999,（7）.［4］發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與檢修、底盤檢測(cè)與維修一一中銳華汽教材注:學(xué)生憑此申請(qǐng)書和設(shè)計(jì)（論文）樣文參加答辯湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處制

引言第一章傳感器的概況引言第一章傳感器的概況TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1?1傳感器的概述： 3\o"CurrentDocument"1?2汽車電子化的概論 4\o"CurrentDocument"1.3汽車用傳感器的類型 5\o"CurrentDocument"1.4微型傳感器的發(fā)展前景 5\o"CurrentDocument"第二章微型傳感器在汽車上的運(yùn)用 8\o"CurrentDocument"2?1?汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器 82.1.1溫度傳感器 82?1?2?壓力傳感器 9\o"CurrentDocument"2.1.3?流量傳感器 102.1.5氣體濃度傳感器 102.1.4位置和轉(zhuǎn)速傳感器 10\o"CurrentDocument"2.1.6爆震傳感器 122.1.724GHz雷達(dá)傳感器 12\o"CurrentDocument"2.2傳感器在汽車底盤電子控制系統(tǒng)的中的應(yīng)用 132.2.1懸架用傳感器： 132.2.2系統(tǒng)用傳感器： 13系統(tǒng)ABS: 1414系統(tǒng)TCS14TOC\o"1-5"\h\z2.2.5電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP 14\o"CurrentDocument"2.2.6傳感器在汽車底盤電子控制中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì) 15\o"CurrentDocument"2?3微型傳感器在安全系統(tǒng)方面的應(yīng)用 152?3?1微加速度傳感器 152?3?2表面微機(jī)械陀螺 16\o"CurrentDocument"2?4輛監(jiān)控和自診斷用傳感器: 16\o"CurrentDocument"2.5高溫微電子在汽車中的應(yīng)用 17\o"CurrentDocument"2.6其他微型傳感器在汽車上的應(yīng)用 172?6?1酒精檢測(cè)MEMS系統(tǒng)： 172.6.2自動(dòng)雨刷系統(tǒng)： 182.6.3胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)： 1〃?2?6?4機(jī)油粘度傳感器 18\o"CurrentDocument"第三章微型傳感器的發(fā)展趨勢(shì) 19引言電子技術(shù)已經(jīng)成為新一代汽車發(fā)展方向的主導(dǎo)因素，而傳感器是電子技術(shù)的核心元件,現(xiàn)代汽車越來(lái)越多地應(yīng)用了傳感器，以提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)、動(dòng)力和排放性能，改善底盤的制動(dòng)操縱性能、轉(zhuǎn)向性能和汽車行駛的安全性能。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵在于汽車的電子化和智能化，先決條件則是各種信息的及時(shí)獲取，這勢(shì)必要求在汽車中大量采用各種傳感器。傳統(tǒng)的傳感器往往體積和重量大、成本高，它們?cè)谄嚨倪\(yùn)用受到很大的限定。近幾年來(lái)，從半導(dǎo)體集成電路(IC)技能發(fā)展而來(lái)的微機(jī)電系統(tǒng)(microelectromechnicalsystem，MEMS)技能日漸成熟。微型傳感器是目前最為成功并最具實(shí)用性的微型機(jī)電器件，主要包括運(yùn)用微型膜片的機(jī)械形變產(chǎn)生電信號(hào)輸出的微型壓力傳感器和微型加快度傳感器；此外，還有微型溫度傳感器、磁場(chǎng)傳感器、氣體傳感器等，這些微型傳感器的面積大多在lmm2以

下。隨著微電子加工技能，特別是納米加工技能的進(jìn)一步發(fā)展，傳感器技能還將從微型傳感器進(jìn)化到納米傳感器。這些微型傳感器體積小，可實(shí)現(xiàn)許多全新的功能，便于大批量和高精度生產(chǎn)，單件成本低，易構(gòu)成大規(guī)模和多功能陣列，這些特性使得它們非常適合于汽車方面的運(yùn)用。本文著重介紹了微型傳感器在現(xiàn)代汽車電子化上的應(yīng)用，以及新型的智能傳感器的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：智能傳感器 微型傳感器 汽車電子化MEMS技術(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī) 底盤第一章傳感器的概況1?1傳感器的概述：車用傳感器是汽車計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車運(yùn)行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸入信號(hào)的器件或裝置。簡(jiǎn)單地說(shuō)，傳感器是把非電量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳遞給ECU，以便汽車處于最佳工作狀態(tài)。組成。傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件

組成。傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件1） 、敏感元件是指能直接感受（或響應(yīng)）被測(cè)量的部分，即將被測(cè)量通過(guò)傳感器的敏感元件轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系的非電量或其它量。2） 、轉(zhuǎn)換元件則將上述非電量轉(zhuǎn)換成電參量。3） 、測(cè)量電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸入的電參量經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率等可測(cè)電量，以便進(jìn)行顯示、記錄、控制和處理的部分。傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)試系統(tǒng)的接口位置，即檢測(cè)與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程要獲取的信息都要通過(guò)傳感器獲取并通過(guò)它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號(hào)，其作用與地位特別重要。下圖形象的將人體與機(jī)器的對(duì)應(yīng)關(guān)系列出，有助于進(jìn)一步的對(duì)其作用進(jìn)行認(rèn)識(shí)。感器的作用外感官—人腦一肢體.界信感器的作用外感官—人腦一肢體.界信t息一傳感器一計(jì)算機(jī)一執(zhí)行器j“機(jī)電五官”機(jī)器系統(tǒng)人體系統(tǒng)人體與機(jī)器的對(duì)應(yīng)關(guān)系現(xiàn)代汽車電子控制中，傳感器廣泛應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身各個(gè)系統(tǒng)中。汽車傳感器在這些系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著信息的采集和傳輸，由電腦（電子控制單元ECU）對(duì)信號(hào)急進(jìn)行處理后向執(zhí)行器發(fā)出指令，實(shí)行電子控制。傳感器在電子控制和自我診斷系統(tǒng)中是非常重要的裝置，它能及時(shí)識(shí)別外界的變化和系統(tǒng)本身的變化，再根據(jù)變化的信息去控制本身系統(tǒng)的工作。各個(gè)系統(tǒng)控制過(guò)程正是依靠傳感器，進(jìn)行信息的反饋，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制工作的。1?2汽車電子化的概論汽車電子化被認(rèn)為是當(dāng)代汽車技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一次革命，汽車電子的普及應(yīng)用程度，在一定意義上，甚至可以表明汽車技術(shù)水平的高低。汽車電子技術(shù)是現(xiàn)今各個(gè)汽車企業(yè)用來(lái)開(kāi)發(fā)新車型、提高汽車產(chǎn)品性能（尤其是節(jié)能減排）最重要的技術(shù)措施之一。據(jù)稱，當(dāng)前世界汽車上，約60%-70%的技術(shù)創(chuàng)新來(lái)源于汽車電子技術(shù)，或與汽車電子技術(shù)有淵源。世界各大汽車公司均十分重視汽車電子技術(shù)的應(yīng)用與研發(fā)，每年都為此投入大量人力和財(cái)力。據(jù)稱，日本豐田汽車公司有些年份的汽車電子技術(shù)研發(fā)投入占其研發(fā)總投入的比例達(dá)到約五分之一的水平。這也許是該公司在世界汽車市場(chǎng)（尤其是在混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域）領(lǐng)先于人、技高一籌的秘訣之一。汽車電子技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，是當(dāng)今電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的一大熱點(diǎn)，給汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇和光明前景。與此同時(shí)，也催生了汽車電子產(chǎn)業(yè)部門，使之形成愈來(lái)愈大的經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)，成為支撐汽車工業(yè)持續(xù)保持勃勃生機(jī)的、相對(duì)獨(dú)立的新興支柱產(chǎn)業(yè)。汽車電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用與不斷發(fā)展，不僅正在顛覆人們對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)理念，而且隨之伴生的汽車電子產(chǎn)業(yè)也日益顯現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。過(guò)去，在業(yè)界人們一直這樣說(shuō)，汽車工業(yè)是許多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，其在一定意義上也是衡量一個(gè)國(guó)家（或地區(qū)）工業(yè)化水平、經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技創(chuàng)新能力高低的重要標(biāo)志之一。現(xiàn)如今世界發(fā)展的基本格局是，人們?cè)谝欢ǔ潭壬弦部梢赃@么認(rèn)為，汽車電子技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)是衡量一個(gè)國(guó)家（地區(qū)）科技創(chuàng)新水平高低、汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力強(qiáng)弱的重要標(biāo)志之一。在新的世紀(jì)里，人們也有理由認(rèn)為，一個(gè)國(guó)家（地區(qū)），如果沒(méi)有強(qiáng)大（或比較強(qiáng)大）的汽車電子產(chǎn)業(yè)，那么也不大可能擁有強(qiáng)大（或比較強(qiáng)大）的汽車產(chǎn)業(yè)，汽車產(chǎn)業(yè)應(yīng)對(duì)能源短缺、環(huán)境污染等諸多巨大挑戰(zhàn)的希望之一就在汽車電子技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)上。1?3汽車用傳感器的類型汽車用傳感器是用于汽車顯示和電控系統(tǒng)的各種傳感器的統(tǒng)稱。它涉及到很多的物理量傳感器和化學(xué)量傳感器。這些傳感器要么是使司機(jī)了解汽車各部分狀態(tài)的；要么是用于控制汽車各部分狀態(tài)的。按在汽車上的作用可分為控制發(fā)動(dòng)機(jī)、控制底盤以及給駕駛員提供各種信息用傳感器，構(gòu)成這些傳感器的材料有精細(xì)陶瓷、半導(dǎo)體材料、光導(dǎo)纖維及高分子薄膜等；按輸出特性來(lái)分有模擬型傳感器和數(shù)字型傳感器；按構(gòu)成原理來(lái)分，有結(jié)構(gòu)型、韌性型和復(fù)合型。1?4微型傳感器的發(fā)展前景在20世紀(jì)60年代，汽車上僅有機(jī)油壓力傳感器、油量傳感器和水溫傳感器，它們與儀表或指示燈連接。進(jìn)入70年代后，為了治理排放，又增加了一些傳感器來(lái)幫助控制汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，因?yàn)橥诔霈F(xiàn)的催化轉(zhuǎn)換器、電子點(diǎn)火和燃油噴射裝置需要這些傳感器來(lái)維持一定的空燃比以控制排放。80年代，防抱死制動(dòng)裝置和氣囊提高了汽車安全性。今天，傳感器有用來(lái)測(cè)定各種流體溫度和壓力（如進(jìn)氣溫度、氣道壓力、冷卻水溫和燃油噴射壓力等）的傳感器；有用來(lái)確定各部分速度和位置的傳感器（如車速、節(jié)氣門開(kāi)度、凸輪軸、曲軸、變速器的角度和速度、排氣再循環(huán)閥（EGR）的位置等）；還有用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、爆震、斷火及廢氣中含氧量的傳感器；確定座椅位置的傳感器；在防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和懸架控制裝置中測(cè)定車輪轉(zhuǎn)速、路面高差和輪胎氣壓的傳感器；保護(hù)前排乘員的氣囊，不僅需要較多的碰撞傳感器和加速度傳感器。面對(duì)制造商提供的側(cè)量、頂置式氣囊以及更精巧的側(cè)置頭部氣囊，還要增加傳感器。隨著研究人員用防撞傳感器（測(cè)距雷達(dá)或其他測(cè)距傳感器）來(lái)判斷和控制汽車的側(cè)向加速度、每個(gè)車輪的瞬時(shí)速度及所需的轉(zhuǎn)矩，使制動(dòng)系統(tǒng)成為汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。據(jù)研究，今后汽車電子技術(shù)將繼續(xù)朝著功能多樣化、技術(shù)一體化（例如：動(dòng)力傳動(dòng)一體化，把發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等綜合集成為動(dòng)力傳動(dòng)一體化控制，達(dá)到最優(yōu)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性；動(dòng)力、轉(zhuǎn)向、懸架、制動(dòng)等綜合集成控制技術(shù)；被動(dòng)、主動(dòng)安全集成技術(shù)等。）、系統(tǒng)集成化、通訊網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。其中，先進(jìn)傳感器、ECU（電子控制模塊）、執(zhí)行器、控制策略、總線技術(shù)、新型42V電源等都將是今后發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域。傳感器將朝著多功能化、集成化、智能化、微型化方向發(fā)展。在ECU方面，16位和32位將成為設(shè)計(jì)人員的首選。而電磁和電動(dòng)執(zhí)行器將逐漸取代氣動(dòng)/液壓執(zhí)行器?？刂撇呗苑矫妫壳安捎玫氖荘ID控制理論，今后將更多地采用最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制和模糊控制。有關(guān)專家預(yù)測(cè)，在未來(lái)5-10年內(nèi)，以TTP/C和FlexRay為代表的下一代高速容錯(cuò)總線將取代高速CAN,從而改變當(dāng)前以LIN、低速CAN和高速CAN三分天下的格局。此外，現(xiàn)有的12V電源系統(tǒng)供電能力已無(wú)法滿足下一代汽車設(shè)計(jì)中新增電子設(shè)備的需求，采用新型42V電源將成為必然趨勢(shì)。汽車安全始終是汽車市場(chǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)之一，自動(dòng)避撞系統(tǒng)、可監(jiān)視司機(jī)（駕駛員）行為的安全系統(tǒng)、輪胎綜合檢測(cè)系統(tǒng)、自適應(yīng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、駕駛員身份識(shí)別系統(tǒng)、車身動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)等也將是新一代汽車安全技術(shù)的發(fā)展方向。第二章微型傳感器在汽車上的運(yùn)用汽車上用的傳感器的種類很多，運(yùn)用的方面很廣。下面介紹傳感器在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制、車身控制、導(dǎo)航系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、車輛監(jiān)控和自診斷等方面的運(yùn)用。2?1?汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制一直被認(rèn)為是MEMS技能在汽車中的主要運(yùn)用領(lǐng)域之一。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器是整個(gè)汽車傳感器的核心，種類很多，包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，供電子控制單元對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況執(zhí)行精確控制，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、降低油耗、減少?gòu)U氣排放和執(zhí)行故障檢測(cè)。2.1.1溫度傳感器汽車用溫度傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、吸人氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度傳感器有熱敏電阻式、線繞電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。這三種類型傳感器各有特性，其運(yùn)用場(chǎng)合也略有區(qū)別。熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高、響應(yīng)特征較好，但線性差、適應(yīng)溫度較低。其中，通用型的測(cè)溫范圍為-50€?30°C，精度為1.5%，響應(yīng)時(shí)間為10ms；高溫型為600°C?1000°C,精度為5%,響應(yīng)時(shí)間為10ms；線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應(yīng)特征差；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測(cè)量溫度范圍寬，但須要配合放大器和冷端處理一起運(yùn)用。其他已實(shí)用化的產(chǎn)品有鐵氧體式溫度傳感器（測(cè)溫范圍為-40C?120C,精度為2.0%）、金屬或半導(dǎo)體膜空氣溫度傳感器（測(cè)溫范圍為-40C?150C，精度為2.0%,5%,響應(yīng)時(shí)間約20ms）等。2.1.2?壓力傳感器壓力傳感器是汽車中用得最多的傳感器，主要用于檢測(cè)氣囊貯氣壓力、傳動(dòng)系統(tǒng)流體壓力、注入燃料壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力、進(jìn)氣管道壓力、空氣過(guò)濾系統(tǒng)的流體壓力等。目前，致力于汽車用壓力傳感器開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的主要公司有摩托羅拉，德科電子儀器，LUCasNovasensor,HiStat,NipponDenzo,西門子，德州儀器等。比較常用的汽車壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式、聲表面波式。電容式壓力傳感器主要用于檢測(cè)負(fù)壓、液壓、氣壓，測(cè)量范圍為20kPa?100kPa，其特性是輸入能量高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征好、環(huán)境適應(yīng)性好；壓阻式壓力傳感器的性能則受溫度影響較大，須要另設(shè)溫度補(bǔ)償電路，但適應(yīng)于大批量生產(chǎn)；差動(dòng)變壓器式壓力傳感器有較大的輸出，易于數(shù)字輸出，但抗干擾性差；聲表面波式壓力傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨力高、數(shù)字輸出等特性，用于汽車吸氣閥壓力檢測(cè)，能在高溫下穩(wěn)定地工作。德國(guó)Infineon公司研制的智能輪胎壓力傳感器KP500內(nèi)部集成了壓力和溫度傳感模塊，它不須要在傳感器模塊中添加加快度傳感器，可以在汽車啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)開(kāi)機(jī)進(jìn)人自檢，能測(cè)量壓力、溫度和電壓等。所有的功能都是運(yùn)用表面微機(jī)械加工技能集成在0.8^m的雙極互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(BiCMOS)上。每個(gè)傳感器模塊中的電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)著惟一的32位芯片識(shí)別碼。芯片識(shí)別碼可以由同步串行接口讀出，而且，可以用于辨識(shí)各個(gè)輪胎壓力傳感器的位置。在接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，首先，要檢查芯片識(shí)別碼，如果發(fā)覺(jué)芯片識(shí)別碼不符，就放棄收到的數(shù)據(jù)幀。2?1?3?流量傳感器流量傳感器主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量和燃料流量的測(cè)量。進(jìn)氣量是燃油噴射量計(jì)算的基本參數(shù)之一?？諝饬髁總鞲衅鞯墓δ埽焊兄諝饬髁康拇笮。⑥D(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元。空氣流量的測(cè)量用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)確定燃燒條件、控制空燃比、起動(dòng)、點(diǎn)火等?？諝饬髁總鞲衅饔行D(zhuǎn)翼片式、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等4種類型?？諝饬髁總鞲衅鞯闹饕寄苤笜?biāo)：工作范圍為0.11m3/min?103m3/min,工作溫度為-40€?120C，精度＞1%。燃料流量傳感器用于檢測(cè)燃料流量，主要有水輪式和循環(huán)球式，其動(dòng)態(tài)范圍為0?60kg/h,工作溫度為-40€?120C，精度為土1%，響應(yīng)時(shí)間＜10ms。Honeywell的下屬微開(kāi)關(guān)(microswitch)公司用熱微細(xì)加工技能打造出了微橋式空氣流量傳感器芯片，它用微細(xì)加工技能在硅圓片上加工出空腔，鉑電阻懸掛在空腔之上。當(dāng)空氣流過(guò)器件時(shí)，發(fā)生了從空氣流動(dòng)方向下方到上方的熱傳輸，因而，下方電阻被冷卻，上方電阻被加熱，由電橋電阻變化可測(cè)量出空氣流量。2.1.4位置和轉(zhuǎn)速傳感器曲軸位置與轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開(kāi)度、車速等，為點(diǎn)火時(shí)刻和噴油時(shí)刻提供參考點(diǎn)信號(hào)，同時(shí)，提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。目前，汽車運(yùn)用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開(kāi)關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式等，其測(cè)量范圍為0°?360°，精度優(yōu)于土0.5°，測(cè)彎曲角達(dá)±0.1°。車速傳感器種類繁多，有敏感車輪旋轉(zhuǎn)的、也有敏感動(dòng)力傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的，還有敏感差速?gòu)膭?dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的。當(dāng)車速高于100km/h時(shí)，一般測(cè)量要領(lǐng)誤差較大，需采用非接觸式光電速度傳感器，測(cè)速范圍為0.5km/h?250km/h，重復(fù)精度為0.1%，距離測(cè)量誤差優(yōu)于為0.3%。2.1.5氣體濃度傳感器氣體濃度傳感器主要用于檢測(cè)車體內(nèi)氣體和廢氣排放。其中，最主要的是氧傳感器，它檢測(cè)汽車尾氣中的氧含量，根據(jù)排氣中的氧濃度測(cè)定空燃比，向微機(jī)控制裝置發(fā)出反饋信號(hào)，以控制空燃比收斂于理論值。常用的有氧化錯(cuò)傳感器(運(yùn)用溫度為~40€?900C，精度為1%）、氧化鉻濃差電池型氣體傳感器（運(yùn)用溫度為300C?800€）、固體電解質(zhì)式氧化鉻氣體傳感器（運(yùn)用溫度為0?400C，精度為0.5%）,另外，還有二氧化欽氧傳感器以及二氧化錯(cuò)氧傳感器。和氧化錯(cuò)傳感器相比，二氧化鈦氧傳感器具有結(jié)構(gòu)基本、輕巧、便宜，且抗鉛污染能力強(qiáng)的特性。二氧化鋯微離子傳感器由氧化鈣穩(wěn)定氧化錯(cuò)離子體、多孔鉑厚膜工作電極、鈀/氧化把厚膜參數(shù)電極、不透水層、電極接觸和保衛(wèi)層構(gòu)成。其中，氧化鈣穩(wěn)定氧化錯(cuò)由反應(yīng)濺射法積淀。工作電極和參考電極都由厚膜工藝打造。在理想的A/F點(diǎn)附近的輸出電壓發(fā)生驟變，當(dāng)空燃比變高，廢氣中的氧濃度添加時(shí)，氧傳感器的輸出電壓減小；當(dāng)空燃比變低，廢氣中的氧濃度降低時(shí)，氧傳感器的輸出電壓增大。電子控制單元識(shí)別這一突變信號(hào)，對(duì)噴油量執(zhí)行修正，從而相應(yīng)地調(diào)節(jié)空燃比，使其在理想空燃比附近變動(dòng)。Honeywe11的下屬微開(kāi)關(guān)（microswitch）公司用熱微細(xì)加工技能打造出了微橋式空氣流量傳感器芯片，它用微細(xì)加工技能在硅圓片上加工出空腔，鉑電阻懸掛在空腔之上。當(dāng)空氣流過(guò)器件時(shí)，發(fā)生了從空氣流動(dòng)方向下方到上方的熱傳輸，因而，下方電阻被冷卻，上方電阻被加熱，由電橋電阻變化可測(cè)量出空氣流量。2?1?6爆震傳感器爆震傳感器用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，通過(guò)調(diào)整點(diǎn)火提前角控制和避免發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震。可以通過(guò)檢測(cè)氣缸壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)和燃燒噪聲等三種方法來(lái)檢測(cè)爆震。爆震傳感器有磁致伸縮式和壓電式。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40°C~125°C,頻率范圍為5~10kHz;壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417kHz處,其靈敏度可達(dá)200mV/g,在振幅為0.1g~10g范圍內(nèi)具有良好線性度。2.1.724GHz雷達(dá)傳感器24GHz雷達(dá)傳感器用于汽車防撞安裝系統(tǒng)，通過(guò)發(fā)射雷達(dá)波來(lái)判斷前方出現(xiàn)的物體大小，距離和移動(dòng)速度，進(jìn)而通過(guò)顯示器或與汽車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行配合，避免汽車與前方物體相撞。傳感器發(fā)射頻率在24.125GHz左右，可以調(diào)節(jié)的頻率范圍在50KHz左右。精度在國(guó)外精度可以達(dá)到毫米級(jí)別。2.2傳感器在汽車底盤電子控制系統(tǒng)的中的應(yīng)用用傳感器是指分布在變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)中的傳感器,它們?cè)诓煌到y(tǒng)中作用不同，但工作原理與發(fā)動(dòng)機(jī)中傳感器是相同的，主要應(yīng)用于以下幾個(gè)總成中。2.2.1懸架用傳感器:是通過(guò)對(duì)汽車懸掛元件特性進(jìn)行干預(yù)和調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的汽車動(dòng)力學(xué)控制。連續(xù)性阻尼控制系統(tǒng)ADC由4個(gè)控制單元、CAN、4個(gè)車輪垂直加速度傳感器、4個(gè)車身垂直加速度傳感器和4個(gè)阻尼器比例閥組成。系統(tǒng)根據(jù)汽車運(yùn)動(dòng)狀況和這些傳感器檢測(cè)到的信息計(jì)算出每個(gè)車輪懸掛阻尼器的最優(yōu)阻尼系數(shù)，自動(dòng)調(diào)整車高，抑制車輛姿勢(shì)的變化等，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛舒適性、操縱穩(wěn)定性和行車穩(wěn)定性的控制。2.2.2系統(tǒng)用傳感器:系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)車輪轉(zhuǎn)向角的電子控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，常見(jiàn)的系統(tǒng)有主動(dòng)前輪助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)ESP,主動(dòng)前輪疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)AFS和主動(dòng)后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)RWS。用到的傳感器主要有車速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等，利用這些傳感器使動(dòng)力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便、提高響應(yīng)特性、減少發(fā)動(dòng)機(jī)損耗、增大輸出功率、節(jié)省燃油等。無(wú)論是ESP、AFS還是RWS,其原理都是由駕駛員操縱指令，由傳感器感知路面的狀況，以電信號(hào)的形式由網(wǎng)絡(luò)傳遞給電子控制器及執(zhí)行器。下面以EPS為例，說(shuō)明傳感器的作用:傳統(tǒng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向使駕駛員操縱輕便，減少路面對(duì)轉(zhuǎn)向盤的沖擊，同時(shí)轉(zhuǎn)向盤也具有回正作用。EPS可以更好地滿足要求。特別是在駕駛員操縱輕便方面能靈活地調(diào)節(jié)助力大小。主要組成有電子控制器、電動(dòng)機(jī)及運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器,轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器和轉(zhuǎn)向力矩傳感器。由于EPS可按需要給轉(zhuǎn)向盤施加一個(gè)額外力矩，這個(gè)力矩可以用于駕駛員的提示信號(hào)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向建議的功能。2.2.3系統(tǒng)ABS:防抱制動(dòng)傳感器主要是利用車輪角速度傳感器，檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速,在各車輪的滑移率為20%時(shí)控制制動(dòng)油壓、改善制動(dòng)性能,確保車輛操縱性和穩(wěn)定性。在該系統(tǒng)里輪速傳感器是ABS十分重要的部件。它要向ECU及時(shí)地提供可靠精確的車輪轉(zhuǎn)速。傳感器有電磁式、霍爾式、磁阻式。2.2.4系統(tǒng)TCS:當(dāng)汽車驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩過(guò)大時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪會(huì)相對(duì)地面作滑轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般希望驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率不要超過(guò)20%。這種對(duì)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為TCS系統(tǒng)。它是在ABS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在絕大多數(shù)汽車?yán)?，TCS和ABS共用一個(gè)ECU,它們根據(jù)傳感器輸入的信號(hào)，來(lái)識(shí)別和判斷汽車的行駛狀況。2.2.5電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP:ESP是通過(guò)調(diào)節(jié)車輪縱向力大小及匹配來(lái)控制汽車的橫擺運(yùn)動(dòng),使汽車具有良好的操縱性和方向的穩(wěn)定性的主動(dòng)安全系統(tǒng)。ESP的基本原理是通過(guò)傳感器和運(yùn)算邏輯來(lái)識(shí)別駕駛員對(duì)汽車的期望運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。為了識(shí)別駕駛員對(duì)汽車的期望和得知汽車的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，ESP系統(tǒng)需要比ABS和TCS更多的傳感器。它們是轉(zhuǎn)向盤傳感器、汽車橫擺角速度傳感器、橫向加速度傳感器和制動(dòng)主缸的液壓傳感器。2.2.6傳感器在汽車底盤電子控制中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)隨著電子技術(shù)和汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車傳感器的發(fā)展?fàn)顩r將成為影響汽車高檔化、電子化、自動(dòng)化發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。汽車的自動(dòng)化程度越高，對(duì)傳感器依賴性也就越大，所以很多汽車電子產(chǎn)業(yè)都把車用傳感器技術(shù)作為重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)的技術(shù)項(xiàng)目。由于汽車底盤電子控制系統(tǒng)是有很多個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成的，因此其所需要的傳感器種類和數(shù)量也是多種多樣的。那么，研制高精度、高可靠性和低成本的新型傳感器是十分必要也將是必然的。為了適應(yīng)這種需要，未來(lái)汽車底盤電子控制系統(tǒng)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)必將是向著集成化、智能化和微型化的方向發(fā)展；在進(jìn)行基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、采用新原理、開(kāi)發(fā)新材料和采用新工藝［7］。使傳感器越來(lái)越精確，科技含量越來(lái)越高，從而更好的促進(jìn)電子技術(shù)乃至汽車行業(yè)的發(fā)展。2?3微型傳感器在安全系統(tǒng)方面的應(yīng)用安全是汽車考慮的首要因素，用于安全方面的傳感器也很多，如有用于汽車安全氣囊的微型加速度計(jì)，測(cè)角速率的表面微機(jī)械陀螺等。2?3?1微加速度傳感器：瑞典Henrik等人報(bào)道了一種新型的硅微三軸加速度計(jì)，其外形結(jié)構(gòu)參數(shù)為6mmx4mmx1.4mm,它有4個(gè)敏感質(zhì)量塊，4個(gè)獨(dú)立的信號(hào)讀出電極和4個(gè)參考電極。它巧妙地利用了敏感梁在其厚度方向具有非常小的剛度而能夠敏感加速度，在其他方向剛度相對(duì)很大而不能敏感加速度的結(jié)構(gòu)特征。在加速度計(jì)的橫截面上，由于各向異性腐蝕的結(jié)果，敏感梁的厚度方向與加速度計(jì)的法線方向(z軸)成35.26°(tan35.26°=0.707)。2?3?2表面微機(jī)械陀螺：傳統(tǒng)的陀螺儀是由高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、內(nèi)環(huán)、外環(huán)和基座組成，這種陀螺儀的內(nèi)外環(huán)通常是用滾珠軸承支撐，這些通常是用機(jī)械加工方法制成，需要加工精度高、難度大、而且，做成的陀螺儀體積大、質(zhì)量重。微機(jī)械陀螺是具有復(fù)雜的檢測(cè)與控制電路的MEMS裝置。SaidEmreAlper等人報(bào)道了一種結(jié)構(gòu)對(duì)稱，并具有解耦特性的表面微機(jī)械陀螺。該敏感結(jié)構(gòu)在其最外邊的4個(gè)角都設(shè)置了支承“錨”與傳統(tǒng)的直接支承在“錨”上的實(shí)現(xiàn)方式不同，它利用一種對(duì)稱結(jié)構(gòu)敏感質(zhì)量塊支承在連接梁上，并通過(guò)梁將驅(qū)動(dòng)電極和敏感電極有機(jī)地連接在一起。用微器件仿真軟件包（MEMCAD）仿真分析后可知，2個(gè)方向上的振動(dòng)相互不影響，所以，這樣的連接方式不用考慮機(jī)械耦合。2?4輛監(jiān)控和自診斷用傳感器：在車輛監(jiān)控和自診斷方面，MEMS技術(shù)的一個(gè)主要應(yīng)用將是輪胎壓力監(jiān)測(cè)；其次是應(yīng)用于冷卻、剎車等系統(tǒng)的傳感器。此外，還有如像在亮度控制系統(tǒng)中使用光傳感器；在電子駕駛系統(tǒng)中使用磁傳感器、氣流速度傳感器；在自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中使用室內(nèi)溫度傳感器、吸氣溫度傳感器、風(fēng)量傳感器、日照傳感器、濕度傳感器；在導(dǎo)向行駛系統(tǒng)中使用方位傳感器、車速傳感器等。2.5高溫微電子在汽車中的應(yīng)用高溫微電子在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制、氣缸和排氣管、電子懸架和剎車、動(dòng)力管理及分配等方面的監(jiān)控中都起著非常重要的作用。例如：用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制的高溫微電子傳感器和控制器將有助于燃燒的更好監(jiān)測(cè)和控制，它將使燃燒的更加徹底，提高燃燒效率。但是，用傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體技術(shù)制作的微電子器件由于不能在很高的溫度下工作，已不能勝任。為了解決在高溫環(huán)境下溫度測(cè)量問(wèn)題，必須研制一種新的材料來(lái)取代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料。第三代寬能帶半導(dǎo)體材料SiC具有高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子漂移速率、高熱導(dǎo)率及抗輻照能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別適合制作高溫、高壓、高功率、耐輻照等半導(dǎo)體器件。集成的SiC傳感器可以直接與高溫油箱和排氣管接觸，這樣，能進(jìn)一步獲得有關(guān)燃料燃燒效率和減少?gòu)U氣排放的更多信息。研究表明：一旦Sic半導(dǎo)體技術(shù)能解決好材料、封裝等技術(shù)而得到進(jìn)一步的發(fā)展，Sic功率器件的工作范圍將超過(guò)傳統(tǒng)的硅功率器件，而且，其體積比Si功率器件也要小。2.6其他微型傳感器在汽車上的應(yīng)用2?6?1酒精檢測(cè)MEMS系統(tǒng):這是一種新型的集成酒精傳感器,該酒精傳感器可根據(jù)環(huán)境中的氧氣濃度吸附氧氣并使得電阻值改變的特性。正常狀況下,元件在吸附空氣中的氧氣后會(huì)保持某個(gè)電阻值不發(fā)生變化，而一旦空氣中含有酒精,元件表面的氧元素便會(huì)與酒精發(fā)生反應(yīng)，使電阻值下降。通過(guò)測(cè)定電阻值，便可檢測(cè)出呼氣中含有的酒精濃度。酒精檢測(cè)MEMS傳感器將可以植入在徑8mm的密封外殼內(nèi)、連同信號(hào)處理電路等一起嵌入方向盤內(nèi)，一旦檢測(cè)出駕駛員呼出的氣體含有酒精，便發(fā)出安全警報(bào)。2?6?2自動(dòng)雨刷系統(tǒng)：以發(fā)光二極管對(duì)前擋風(fēng)玻璃發(fā)出光束，當(dāng)雨滴