汽车电子控制小论文 浅谈 传感器在 汽车 制造 中 的应用.pdf

学生学号学生学号 10497317XX 成成绩绩 课程结业论文课程结业论文 题目：浅谈传感器在汽车制造中的应用 课 程 名课 程 名 称称 汽车电子控制与零部件检测技术 开开 课课 学学 院院 机电工程学院 学 生 姓学 生 姓 名名 XX 指导老师姓名指导老师姓名 胡剑、吴飞、张一兵 2017 2018 学年 第 1 学期 浅谈传感器在汽车制造中的应用 摘要 本文基于胡老师、吴老师和张老师所讲的汽车电子控制与零部件 检测技术这门课，并查阅相关资料，浅显的谈谈传感器及传感技术在汽车零部 件的制造、汽车组装生产线及汽车智能控制和辅助控制系统中的应用。 在汽车零部件制造上主要谈及的是传感器在曲轴和连杆等关键零部件的制 造加工上的应用。 其次在汽车组装生产线上主要谈及的是传感器在焊接机器人、涂装机器人 上和质量检查机器人上的应用。 最后谈了一下汽车上的各种传感器及其在汽车电子控制上用途及发展趋 势。 关键词 传感器；汽车制造；智能控制 目录 引言 .1 第一章 常用传感器种类及简介 .2 第二章 传感器在汽车关键零部件的制造上的应用 .4 2.1 汽车关键零部件的制造工艺简介 .4 2.2 传感器在关键零部件制造过程中的应用 .4 第三章 传感器在汽车生产线上的应用 .5 3.1 汽车车身的生产工艺 .5 3.2 传感器在汽车车身生产过程的应用 .5 第四章 传感器在汽车上的应用及发展 .6 4.1 车用传感器的作用及性能要求.6 4.2 车用传感器的应用 .6 4.2.1 MEMS 传感器在汽车上的应用 .7 4.2.2 侧向倾斜角度传感器在汽车上的应用 .7 4.2.3 车用雨量传感器的应用 .8 4.3 车用传感器的发展趋势 .8 参考文献 .9 1 引言引言 近代数学和物理等理工科基础理论的突破并顺利投入应用使得科学技术飞 速发展， 工业技术也随之突飞猛进， 带来的是人们的生活水平和经济水平的改善。 与此同时， 以互联网通讯为主的信息革命加剧人们对智能制造高效率制造的期待， 而想要实现这些，一般都需要引入计算机来提高信息的处理效率，但是日常生产 中的信息多是以模拟量的形式存在，无法供计算机直接处理。传感器应运而生， 它们将各种各样的信息采集转换成可供计算机直接处理的数字信息从而大大提 高生产效率。 随着现代电子技术的发展，汽车的电子化程度越来越高，特别是电子计算机 控制系统在汽车上的应用，使汽车的使用性能得到了明显改善和提高。但是，由 于人们对现代汽车安全、舒适、环保、经济性、动力性及自动化程度等性能要求 的逐步提高，使得汽车必须能够实现对各部位进行精密的自动控制，而实现精密 控制的第一信号源就是各种各样的传感器。 汽车传感器作为汽车电子计算机控制 系统的重要组成部件，其使用数量和技术性能的好坏，直接影响汽车电子控制系 统的工作状况。普通汽车上大约安装几十只传感器，而高级豪华轿车上的传感器 数量可达 200 多只， 这些传感器主要分布在汽车各大系统中。 汽车电子化越发达， 智能化程度越高，对传感器的依赖性也就越大，因此，传感器是汽车电子技术领 域研究的核心内容之一。 2 第一章第一章 常用常用传感器传感器种类及简介种类及简介 传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来 分； 另一种是按传感器的工作原理来分。 按被测物理量划分的传感器， 常见的有： 温度传感器、 湿度传感器、 压力传感器、 位移传感器、 流量传感器、 液位传感器、 力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为： 1 1电学式传感器电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器， 常用的有电 阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器 等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。 电阻 式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻 式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等 参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量， 从而使 电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参 数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、 磁体位置来改变电感或互感的电感 量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测 量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用 于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线， 在金属内形成涡流的 原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2 2磁学式传感器磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转 矩等参数的测量。 3 3光电式传感器光电式传感器 3 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。 它是利用光 电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参 数的测量。 4 4电势型传感器电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于 温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5 5电荷传感器电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测 量。 6 6半导体传感器半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与 气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场 和有害气体的测量。 7 7谐振式传感器谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成， 主要用来测量压力。 8 8电化学式传感器电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化 学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和 电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成 分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感 器和间接转换型传感器两大类。 前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为 电信号输出，如光敏电阻受到光照射时，电阻值会发生变化，直接把光信号转换 成电信号输出；后者则要把输入给传感器的非电量先转换成另外一种非电量，然 后再转换成电信号输出， 如采用弹簧管敏感元件制成的压力传感器就属于这一类， 当有压力作用到弹簧管时，弹簧管产生形变，传感器再把变形量转换为电信号输 出。 4 第二章第二章 传感器传感器在汽车关键零部件的制造上的应用在汽车关键零部件的制造上的应用 2.12.1 汽车关键零部件的制造工艺汽车关键零部件的制造工艺简介简介 连杆一般采用中碳钢或中碳铬钢模锻、调质（调质即淬火和高温回火的综合 热处理工艺） 、机械加工而成。由于在工作过程中，要承受往复惯性力产生的冲 击性拉压交变载荷以及连杆摆动中产生的惯性力使连杆承受弯曲交变载荷， 连杆 应具有足够的强度和刚度。 曲轴的毛坯根据批量大小、尺寸、结构及材料品种来决定。批量较大的小型 曲轴，采用模锻；单件小批的中大型曲轴，采用自由锻造；而对于球墨铸铁材料 则采用铸造毛坯。 采用不同毛坯材料，曲轴的热处理及加工工艺路线也不相同： 锻钢曲轴的常规工艺路线： 下料锻造正火粗加工表面淬火及回火 精加工； 球铁曲轴的常规工艺路线： 铸造正火回火粗加工表面淬火及回火 精加工。 2.22.2 传感器在关键零部件制造过程中的应用传感器在关键零部件制造过程中的应用 由于以上两零部件对加工工艺要求极高，且加工环境恶劣，而人工不适合用 于加工精度要求高工作环境恶劣的场合，于是就必须想办法将其实现自动化，要 实现自动化就要应用各种各样的传感器来辅助实现。 要想实现稳定高精度的机械加工， 通常需要借助位移传感器来确定刀具及工 作台的位置；温度传感器来判断加工环境温度来实现加工参数配置；速度传感器 来实时采集加工过程中各种速度信息。实际上，各传感器往往并不是单独工作， 各传感器将数据采集并传输到计算机， 计算机将数据处理后反馈给各传感器和末 端执行机构，从而实现闭环采集和控制过程，大大提高加工精度。 5 第三章第三章 传感器在汽车生产线上的应用传感器在汽车生产线上的应用 3.13.1 汽车车身的生产工艺汽车车身的生产工艺 在汽车制造业中， 冲压、 焊装、 涂装、 总装合为四大核心技术 （即四大工艺） ， 它的生产工艺流程大致为： 图 3-1 3.23.2 传感器在汽车车身生产过程的应用传感器在汽车车身生产过程的应用 现代汽车制造尤其是车身的加工组装自动化程度越来越高， 这都得益于各类 传感器的应用，使得各种机械臂有了自己的感知系统，再加上计算机这颗高速运 转的 “大脑” ， 各种工业机器人立马摇身一变成为各种不怕苦不怕累的加工大师。 为了实现加工过程自动化，主要应用的传感器有： （1） 位移传感器 （2） 加速度传感器 （3） 速度传感器 （4） 角加速度传感器 （5） 光电传感器 （6） 超声波传感器 （7） 雷达传感器等。 各传感器与计算机协同工作，实现数据的实时反馈和输出控制，从而实 现加工自动化。 6 第四章第四章 传感器在汽车上的应用及发展传感器在汽车上的应用及发展 4 4.1.1 车用传感器的作用及性能要求车用传感器的作用及性能要求 汽车传感器是安装于汽车上，用来感测行车过程中外在变化的传感器。汽车 传感器是汽车计算机系统的输入装置， 它把汽车运行中各种工况的信息， 如车速、 各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电信号输给计算机，使汽车处于最 佳工作状态。 传感器的精度及可靠性对汽车而言是非常重要的两个参数，一般 说来，车用传感器性能主要有以下要求： （1）精度要求高 对于车用传感器的精度要求 1%或 1%以下，要求在-40+120C 的范围内 能长期工作， 耐振动为 1502000Hz，耐冲击能达到从 1m 高处落在混凝土上 而不引起精度的下降，并能抗电磁干扰、耐腐蚀。 （2）环境适应性强 汽车的使用环境非常恶劣，有来自发动机产生的热、振动、汽油或柴油的蒸 汽，以及轮胎的污泥、飞溅的水花，可概括为温度、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，或简单地归纳为温度、湿度、振动等 物理环境，过压电磁波等电气环境。不同的环境，对传感器提出不同的要求。 （3）稳定性好 汽车的交通事故和人的生命息息相关，因此车用传感器有高可靠性要求，另 外，国家对汽车排气成分，如在 CO、NOx 等成分的含量方面有严格规定，在正 常情况下符合标准， 而且还要求完成了规定行驶距离以后， 仍然能达到排气标准。 4.24.2 车用传感器的应用车用传感器的应用 车用传感器所检测的信息包括车辆运动状态以及驾驶操纵、车辆控制、运动 环境、异常状态监控等所需信息。汽车电子控制系统上应用了多种传感器，在这 些传感器的共同作用下，汽车电子控制系统对发动机、底盘、行驶安全、信息传 输等进行集中控制。 7 4.2.14.2.1 MEMS MEMS 传感器在汽车上的应用传感器在汽车上的应用 MEMS 是在集成电路生产技术和专用的微机电加工方法的基础上蓬勃发展 起来的高新科技， 其研究开发主要集中在微传感器、 微执行器和微系统三个方面， 用此技术研制的五花八门的微传感器具有体积小、质量轻、响应快、灵敏度高、 易生产、 成本低的优势， 可以测量各种物理量、 化学量及生物量。 在高档汽车中， 大约采用 25 至 40 只 MEMS 传感器， 技术上日趋成熟完善， 可满足汽车环境苛刻、 可靠性高、 精度准确、 成本低的要求， 极大地推动了电子技术在汽车上的应用 。 4.2.24.2.2 侧向倾斜角度传感器在汽车上的应用侧向倾斜角度传感器在汽车上的应用 汽车侧向倾斜角度传感器的应用是防止汽车在行驶中发生倾翻事故的一种 有效方法，是提高汽车安全性的重要措施，特别是越野车、双层客车等重心较高 的汽车更有必要。 利用重力原理制造的角度传感器。摆动部分的质量为 m，重心距转轴的距离 为 L，当汽车车体倾斜或做曲线运动时，均能使摆动部分偏转。设受力分析是无 任何摩擦的理想状态下，力 F 为下滑力 F1 和向心力 F2 共同作用的结果，力 F 与 倾翻力成正比，所产 生的偏转角度 也就与倾翻力成正比。摆动部分所受重 力 G 与 F 的合力 T，是摆杆所受拉力，摆动角度=tg-1(F/G)，与 L 无关，当 质量 m 一定时， 只与 F 有关，且成正比。实际上，由于存在转轴等处的摩擦， 则 L 越长，摆动转矩越大，精度越高。 角度传感器在控制系统中通常作为采样元件， 其性能的优劣对整个系统起着 重要作用。电位器式角度传感器已在各种控制系统中广泛应用，但它的缺点是存 在触点的滑动磨损和电噪声； 磁敏电阻式角度传感器是利用半导体技术制造的新 型纯电阻性元件，特点是无触点，当摆动部分偏转时，通过磁敏电阻的磁通量发 生变化，使磁敏电阻的阻值发生数倍以上的变化，从根本上消除了电噪声，并使 精度得以提高。 各种角度传感器都具有阻尼功能，使得对所测得角度的响应有 一个短暂的延时，对控制系统来讲是有益处的。 8 4.2.4.2.3 3 车用雨量传感器车用雨量传感器的应用的应用 雨量传感器通过自动检测降雨的强度，利用先进的光学传感技术、模拟信号 处理技术、模式识别、预测控制算法，实时检测、分析、判断、控制刮水系统在 合适的模式下工作。 车用雨量传感器检测雨量的方法有电容式、 红外散射式。 、 正常天气情况下，电容式传感器有一固定的电容值，当有雨下到电容的栅极之间 时，改变了电容的介电常数从而改变电容值，以此判断雨量的大小。红外散射式 是目前产品化雨量传感器的主要工作方式， 传感器自身发出红外光线透过玻璃入 射到玻璃外表面，当有雨时，雨滴对光产生散射，从玻璃射回传感器接收端的光 线变弱，从而判断是否下雨、雨量大小。 4.34.3 车用传感器的发展趋势车用传感器的发展趋势 由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求， 世界各国对其理论研究、新材料应用和新产品开发都非常重视。利用微电子机械 系统(MEMS)技术和计算机辅助设技术可以设计出低成本、高性能的微型传感器。 智能化传感器能够执行信息处理和信息存储， 而且还能够进行逻辑思考和结论判 断的传感器系统，具有自诊断、多参数混合测量、误差补偿等特点。多功能化是 指将若干种敏感元件组装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化传感器， 并且 体积小巧、能检测两个或两个以上的特性参数或者化学参数，提高系统可靠性。 开发新材料是传感器技术的重要基础，现在光导纤维、纳米材料、超导材料等新 型材料的出现为传感器的发展开辟了新天地，随着研究的不断深入，将会有更多 更新的传感器材料被开发出来。传感器的功能不仅与其材料有关，还与其加工技 术有关，微机械加工技术已越来越多地用于传感器制造工艺。随着现代制造技术 的发展，将会有更多的先进制造技术应用到汽车传感器的制作中。传感器的工作 原理是基于各种物理、化学、生物效应和定律，由