毕业论文 传感器在汽车上的应用

传感器在汽车上的应用传感器在汽车上的应用 Sensors in Automotive Applications 申请学位 专业 汽车制造与装调技术 学生 宁小彬 指导老师 李春彦副教授 长春汽车工业高等专科学校 二零一一年八月 独创性声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果 除了文中特别加以标注和致谢之处外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果 也不包含为获得 长长春汽春汽车车工工业业高等高等专专科学校科学校 或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意 论文作者签名 宁小彬 签字日期 2011 年 8 月 15 日 学位论文版权使用授权书 本论文作者完全了解 长长春汽春汽车车工工业业高等高等专专科学校科学校 有关保留 使用论文 的规定 特授权 长长春汽春汽车车工工业业高等高等专专科学校科学校 可以将论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索 并采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编以供查阅 和借阅 保密的论文在解密后适用本授权说明 论文作者签名 宁小彬 导师签名 签字日期 年 月 日 签字日期 年 月 日 中文摘要中文摘要 一直以来 传感器技术就被广泛地应用在日常信息 通讯 汽车 医疗等 外围精密设备上 其中又以汽车工业作为车用传感器产品最为突出 一般使用 在车上的传感器是以行车计算机系统作为输入装置 它将汽车运行中各种工作 状况信息 包括 车速 车况及各种介质的温度 发动机运转工作状况及路面 信息等 转化成电讯号输给计算机 以便发动机处于最佳工作状态 排放废气 污染为最小 及车身稳定控制使行车最安全 是汽车电子控制系统的关键组件 也是汽车电子技术领域研究主要核心 车用传感器的历史在 20 世纪 60 年代 汽车上仅有机油压力传感器 油量 传感器和水温传感器 它们与仪表或指示灯连接 进入 70 年代后 为了治理排 放 又增加了一些传感器来帮助控制汽车的动力系统 因为同期出现的催化转 换器 电子点火和燃油喷射装置需要这些传感器来维持一定的空燃比以控制排 放 80 年代 防抱死制动装置和气囊提高了汽车安全性 今天 传感器有用来 测定各种流体温度和压力 如进气温度 气道压力 冷却水温和燃油喷射压力等 的 传感器 有用来确定各部分速度和位置的传感器 如车速 节气门开度 凸轮轴 曲轴 变速器的角度和速度 排气再循环阀 EGR 的位置等 还有用于测量发 动机负荷 爆震 断火及废气中含氧量的传感器 确定座椅位置的传感器 在 防抱死制动系统和悬架控制装置中测定车轮转速 路面高差和轮胎气压的传感 器 保护前排乘员的气囊 不仅需要较多的碰撞传感器和加速度传感器 面对 制造商提供的侧量 顶置式气囊以及更精巧的侧置头部气囊 还要增加传感器 随着研究人员用防撞传感器 测距雷达或其他测距传感器 来判断和控制汽车的 侧向加速度 每个车轮的瞬时速度及所需的转矩 使制动系统成为汽车稳定性 控制系统的一个组成部分 在本文中将对传感器的定义 分类作逐一阐述 随着汽车市场对于驾驶安 全 舒适性及操控性等要求持续提升 对分散在负责安全 舒适与环保等各个 车用次系统的要求也越来越高 因此传感器被广泛应用于汽车行业以大幅度提 升它的安全性能 伴随着现代化的发展 传感器也将向高精度发展 高可靠性 宽温度范围 微型 微功耗及无源化以及智能化数字化发展 关键词 传感器 汽车用传感器 汽车行业 ABSTRACT All along the sensor technology has been widely used in day to day information communication automotive medical and other sophisticated peripheral equipment Among them the auto industry as auto sensor products most prominent General use of the sensor in the vehicle traffic on computer systems as input devices It will auto operations working status information including speed to him and various media temperature Engine operation working conditions and road information and so on into telecommunications it lost computer Engine to work under optimum conditions pollution emissions the smallest body stability and control so that the traffic safety automotive electronic control system critical components as well as automotive electronic technology research core Micro sensors intelligent sensor is only in recent years with the rapid development of emerging technologies China s newspapers and magazines in the currently used by the technical name is still relatively vague still generally referred to as sensors or vaguely into automotive semiconductor devices but also intelligent sensors or intelligent smart transmitter and micro system and so on into the MEMS micro electro mechanical systems under the name But here is dedicated to Europe and the United States some of the technical terms used in the definition and technical content ESP Electronic Stability Program Electronic Stability Program the electronic components including electronic control unit ECU the steering wheel sensors longitudinal acceleration sensor lateral acceleration sensor yaw rate sensor wheel speed sensors ESP guarantee traffic safety as an important electric control system its sensor is the normal work of the foundation for effective control This paper introduces the ESP sensor used to the characteristics of the sensor ha In this paper sensor will be the definition of the classification deal with them one by one With the auto market for driving safety comfort and manipulative requirements for upgrading of scattered in charge of security comfortable with the environmental and other vehicles used on the system are increasingly high requirements Therefore sensors are widely used in the automobile industry to significantly improve its safety performance Along with the development of modern high precision sensor will also development high reliability wide temperature range micro Micro Power and passive as well as intelligent digital development KeyKey words words Sensor automotive sensors the automobile industry 第一章第一章 国内传感器的概况国内传感器的概况 6 1 1 传感器的定义 6 1 2 传感器的意义 6 第二章第二章 汽车用传感器汽车用传感器 8 2 1 汽车用传感器的特点 8 2 2 汽车用传感器的分类 9 第三章第三章 汽车传感器的应用分类汽车传感器的应用分类 11 3 1 发动机控制系统用传感器 11 3 1 1温度传感器 11 3 1 2压力传感器 11 3 1 3流量传感器 12 3 1 4位置和转速传感器 12 3 1 5气体浓度传感器 12 3 1 6爆震传感器 13 3 2 底盘控制用传感器 13 3 3 车身控制用传感器 13 3 4 防盗系统 14 3 5 导航系统用传感器 14 第四章第四章 传奇设计传奇设计 安全气囊安全气囊 15 4 1 碰撞传感器种类和安装位置 15 4 2 碰撞传感器的结构与原理 16 4 3 碰撞传感器检查注意事项 16 第五章第五章 车用传感器的市场分析车用传感器的市场分析 18 第六章第六章 汽车用传感器的发展趋势汽车用传感器的发展趋势 19 第七章第七章 结束语结束语 20 参考文件参考文件 21 致谢致谢 22 第一章第一章 国内传感器的概况国内传感器的概况 1 1 传感器的定义 信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展 都需要 在传感器的开发方面有相应的进展 微处理器现在已经在测量和控制系统中得 到了广泛的应用 随着这些系统能力的增强 作为信息采集系统的前端单元 传感器的作用越来越重要 传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部 件 作为系统中的一个结构组成 其重要性变得越来越明显 传感器是指能感受规定的物理量 并按一定规律转换成可用输入信号的器 件或装置 简单地说 传感器是把非电量转换成点亮的装置 传感器通常由敏感元件 转换元件 测量电路三部分组成 见框图 1 1 1 敏感元件是指能直接感受 或响应 被测量的部分 即将被测量通过传感 器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其他量 2 转换元件则将上述非电量转换成电参量 3 测量电路的作用是将转换元件输入的点参量经过处理转换成电压 电流或 频率等可测电量 以便进行显示 记录 控制和处理的部分 1 2 传感器的意义 人们为了从外界获取信息 必须借助于感觉器官 而单靠人们自身的感觉 器官 在研究自然现象和规律以及生产活动中他们的功能就远远不够了 为适 应这种情况 就需要传感器 因此可以说 传感器是人类五官的延长 又称之 为电五官 新技术革命的到来 世界开始进入信息时代 在利用信息的过程中 首 先要解决的就是要获取准确可靠的信息 而传感器是获取自然和生产领域中信 息的主要途径与手段 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中 要用各种传感器来监视和控制 生产过程中的各个参数 是设备工作在正常状态或最佳状态 并使产品达到最 好的质量 因此可以说 没有众多的优良的传感器 现代化生产也就失去了基 础 在基础学科研究中 传感器更具有突出的地位 现代科学技术的发展 进 入了许多新领域 例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙 微观上要观察小 到 CM 的粒子世界 纵向上要观察长大数十万年的天体演化 短到 S 的瞬间反应 此外 还出现了对深化物质认识 开拓新能源 新材料等具有重要作用的各种 极端技术研究 如超温度 超速度 超高真空 超强磁场 超高压等等 显然 要获取大量人类感官无法直接获取的信息 没有相适应的传感器是不可能的 许多基础科学研究的障碍 首先就在于对象信息的获取存在困难 而一些新机 理和高灵敏度的检测传感器的出现 往往会导致该领域的突破 一些传感器的 发展 往往是一些边缘学科开发的先驱 传感器早已渗透到诸如工业生产 宇宙开发 海洋探测 环境保护 资源 调查 医学诊断 生物工程 甚至文物保护等等极其广泛的领域 可以毫不夸 张的说 从茫茫的太空 到浩瀚的海洋 以致各种复杂的工程系统 几乎每一 个现代化项目 都离不开各种各样的传感器 由此可见 传感器技术在发展经济 推动社会进步方面的重要作用是十分 明显的 对于现代汽车电控系统传感器在汽车中尤为的重要 可以说从某种意 义上讲 先进汽车的 竞争即是传感器的竞争 世界各国对其理论研究 新材料 应用 产品开发都非常重视 世界各国都十分重视这一领域的发展 第二章第二章 汽车用传感器汽车用传感器 2 1 汽车用传感器的特点 一直以来传感器就被广泛地应用在日常信息 通信 汽车 医疗等精密设 备上 其中传感器在汽车工业上面的应用最为突出 随着电子技术的发展 汽 车电子化程度的不断提高 传统机械系统己经难以解决某些与汽车功能要求有 关的问题 因而将逐步被电子系统代替 传感器作为汽车电控系统的关键部件 其优劣直接影响到系统的性能 目前 普通汽车上大约装有几十到近百只传感 器 豪华轿车上则更多 车用传感器作为汽车电子控制系统的信息源 是汽车 电子控制系统的关键部件 也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一 汽车 电子化和自动化程度越高 对传感器的依赖性就越大 因此 国内外都将车用 传感器技术列为重点发展的高新技术 目前 电子零部件在平均每辆高档车零部件成本中占有 30 的比率 使用 传感器多达上百至数百只多 以往安装在豪华 高档车或专用车辆上的先进传 感器 现也纷纷用在中 低档车上 一般在车上使用的传感器就是将传感器产 生的模拟信号及数字信号输入到电控单元 ECU 的输入电路中 也就是说 它 将汽车运行中各种工作状况信息 包括车速 车况及各种介质的温度 发动机 处于最佳工作状况及路面信息等 转化成电信号输给 ECU 以使发动机处于最 佳工作状态 排放废气污染为最小 车身稳定控制 实现安全行车 2005 年全球车用传感器产值为 105 亿美元 预计今年将提高至 142 亿美元 年平均成长率为 6 1 随着汽车市场对于驾驶安全 舒适性及操作性等要求持 续提升 对分散在负责安全 舒适与环保等各个车用次系统的要求也越来越高 以提升安全功能的各式传感器 占了整体传感器数的 50 以上 年平均增长率 达 13 7 因此从汽车安全角度来看 传感器的应用是极为关键的电子组件 汽车安全发展至今 其终极目标就是降低事故发生率 而这也是车用传感 器发展以来最重大的目标之一 目前己有许多感测技术 比如雷达技术应有在 汽车上 藉以提升汽车驾驶的安全性 汽车所使用的夜视系统 大多以近红外线和远红外线类型为主 使用远红 外的特点是 当遇到对向车辆的前照灯 信号灯及道路标识发生反射等情况时 也不会晃眼 及在对向车辆也配备有远红外夜视系统时也不会相互干扰 而与 远红外图像传感器相比 近红外的夜视系统能够以较低的成本完成 车体上的机械结构都己受到电子设备掌控 车体内空间有限 因此 电子 控制单元应与机械结构紧密结合 逐渐形成一个整体 电路及组件的微型化 模块化是必然趋势 从工程的角度来看 将传感器组件微型化有其优点 现代 汽车微机电子技术发展的车用传感器发展趋应朝多功能化 模块化 智能化 微型化技术方向发展 2 2 汽车用传感器的分类 车用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信息 如车速 各种介质的温度 发动机运转工况等 转化成电讯号输给计算机 以 便发动机处于最佳工作状态 车用传感器很多 判断传感器出现的故障时 不 应只考虑传感器本身 而应考虑出现故障的整个电路 因此 在查找故障时 除了检查传感器之外 还要检查线束 插接件以及传感器与电控单元之间的有 关电路 现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制 根据传感 器的作用 可以分类为测量温度 压力 流量 位置 气体浓度 速度 光亮 度 干湿度 距离等功能的 传感器 它们各司其职 一旦某个传感器失灵 对 应的装置工作就会不正常甚至不工作 因此 传感器在汽车上的作用是很重要 的 汽车传感器过去单纯用于发动机上 现在巳扩展到底盘 车身和灯光电气 系统上了 这些系统采用的传感器有 100 多种 在种类繁多的传感器中 常见 的有 进气压力传感器 反映进气歧管内的绝对压力大小的变化 是向 ECU 发动机电控单元 提供计算喷油持续时间的基准信号 空气流量计 测量发动机吸入的空气量 提供给 ECU 作为喷油时间的 基准信号 节气门位置传感器 测量节气门打开的角度 提供给 ECU 作为断油 控制燃油 空气比 点火提前角修正的基准信号 曲轴位置传感器 检测曲轴及发动机转速 提供给 ECU 作为确定点火 正时及工作顺序的基准信号 氧传感器 检测排气中的氧浓度 提供给 ECU 作为控制燃油 空气比在最佳 值 理论值 附近的的基准信号 进气温度传感器 检测进气温度 提供给 ECU 作为计算空气密度的 依据 冷却液温度传感器 检测冷却液的温度 向 ECU 提供发动机温度信息 爆震传感器 安装在缸体上专门检测发动机的爆燃状况 提供给 ECU 根据信号调整点火提前角 这些传感器主要应用在变速器 方向器 悬架和 ABS 上 变速器 有车速传感器 温度传感器 轴转速传感器 压力传感器等 方向器有转角传感器 转矩传感器 液压传感器 悬架 有车速传感器 加速度传感器 车身高度传感器 侧倾角传感 器 转角传感器等 下面我们来认识一下汽车上的主要传感器 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 丰田 PREVIA 旅行车 卡门涡游式空气流量传感器 丰田凌志 LS400 轿车 热线式空气流量传感器 日产千里马车用 VG30E 发动机和国产天 津三峰客车 TJ6481AQ4 装用的沃尔沃 B230F 发动机 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 目前主要采用热线式 空气流量传感器和热膜式空气流量传感器两种 进气压力传感器可以根据发动机的负荷状态测出进气歧管内的绝对压 力 并转换成电信号和转速信号一起送入计算机 作为决定喷油器基本喷油量 的依据 国产奥迪 100 型轿车 V6 发动机 桑塔纳 2000 型轿车 北京切诺基 25L 发动机 丰田皇冠 3 0 轿车等均采用这种压力传感器 目前广泛采用 的是半导体压敏电阻式进气压力传感器 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 桑塔纳 2000 型轿车和天津三峰客车 线性可 变电阻式节气门位置传感器 北京切诺基 综合型节气门位置传感器 国产奥 迪 100 型 V6 发动机 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 桑塔纳 2000 型轿车和北京切诺基 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 桑塔纳 2000 型轿车 爆震传感器安装在发动机的缸体上 随时监测发动机的爆震情况 目 前采用的有共振型和非共振型两大类 第三章第三章 汽车传感器的应用分类汽车传感器的应用分类 汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统 底盘控制系统 车身控制 系统和导航系统中 它的应用 大大提高了汽车电子化的程度 增加了汽车驾 驶的安全系数 3 1 发动机控制系统用传感器 发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心 种类很多 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 气体浓度传感器和爆 震传感器等 这些传感器向发动机的电子控制单元 ECU 提供发动机的工作状 况信息 供 ECU 对发动机工作状况进行精确控制 以提高发动机的动力性 降 低油耗 减少废气排放和进行故障检测 由于发动机工作在高温 发动机表面温度可达 150 排气歧管可达 650 振动 加速度 30G 冲击 加速度 50G 潮湿 100RH 40 120 以及蒸汽 盐雾 腐蚀和油泥污染的恶劣环境中 因此发动机控制系统用传感器耐恶劣环 境的技术指标要比一般工业用传感器高 1 2 个数量级 其中最关键的是测量精 度和可靠性 否则 由传感器带来的测量误差将最终导致发动机控制系统难以 正常工作或产生故障 3 1 1 温度传感器温度传感器 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 燃油 温度以及催化温度等 温度用传感器有线绕电阻式 热敏电阻式和热偶电阻式 三种主要类型 三种类型传感器各有特点 其应用场合也略有区别 线绕电阻 式温度传感器的精度高 但响应特性差 热敏电阻式温度传感器灵敏度高 响 应特性较好 但线性差 适应温度较低 热偶电阻式温度传感器的精度高 测 量温度范围宽 但需要配合放大器和冷端处理一起使用 已实用化的产品有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 金属或半导体膜空气 温度传感器 40 150 精度 2 0 5 响应时间 20MS 等 3 1 2 压力传感器压力传感器 压力传感器主要用于检测气缸负压 大气压 涡轮发动机的升压比 气缸 内压 油压等 吸气负压式传感器主要用于吸气压 负压 油压检测 汽车用 压力传感器应用较多的有电容式 压阻式 差动变压器式 LVDT 表面弹性波 式 SAW 电容式压力传感器主要用于检测负压 液压 气压 测量范围 20 100KPA 具有输入能量高 动态响应特性好 环境适应性好等特点 压阻 式压力传感器受温度影响较大 需要另设温度补偿电路 但适应于大量生产 LVDT 式压力传感器有较大的输出 易于数字输出 但抗干扰性差 SAW 式压力 传感器具有体积小 质量轻 功耗低 可靠性高 灵敏度高 分辨率高 数字 输出等特点 用于汽车吸气阀压力检测 能在高温下稳定地工作 是一种较为 理想的传感器 3 1 3 流量传感器流量传感器 流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量 空气流量的测量 用于发动机控制系统确定燃烧条件 控制空燃比 起动 点火等 空气流量传 感器有旋转翼片式 叶片式 卡门涡旋式 热线式 热膜式等四种类型 旋转 翼片式 叶片式 空气流量计结构简单 测量精度较低 测得的空气流量需要 进行温度补偿 卡门涡旋式空气流量计无可动部件 反映灵敏 精度较高 也 需要进行温度补偿 热线式空气流量计测量精度高 无需温度补偿 但易受气 体脉动的影响 易断丝 热膜式空气流量计和热线式空气流量计测量原理一样 但体积少 适合大批量生产 成本低 空气流量传感器的主要技术指标为 工 作范围 0 11 103 立方米 MIN 工作温度 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 0 60KG H 工作温度 40 120 精度 1 响应时间小于 10MS 3 1 4 位置和转速传感器位置和转速传感器 位置和转速传感器主要用于检测曲轴转角 发动机转速 节气门的开度 车速等 目前汽车使用的位置和转速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 半导体磁性晶体管式等 其测量范围 0 360 精度 0 5 以下 测弯曲角达 0 1 车速传感器种类繁多 有敏感车轮旋转的 也有敏感动力传动轴转动的 还有敏感差速从动轴转动的 当车速高于 100KM H 时 一般测量方法误差较大 需采用非接触式光电速度传感器 测速范围 0 5 250KM H 重复精度 0 1 距 离测量误差优于 0 3 3 1 5 气体浓度传感器气体浓度传感器 气体浓度传感器主要用于检测车体内气体和废气排放 其中 最主要的是 氧传感器 实用化的有氧化锆传感器 使用温度 40 900 精度 1 氧化 锆浓差电池型气体传感器 使用温度 300 800 固体电解质式氧化锆气体 传感器 使用温度 0 400 精度 0 5 另外还有二氧化钛氧传感器 和氧 化锆传感器相比 二氧化钛氧传感器具有结构简单 轻巧 便宜 且抗铅污染 能力强的特点 3 1 6 爆震传感器爆震传感器 爆震传感器用于检测发动机的振动 通过调整点火提前角控制和避免发动 机发生爆震 可以通过检测气缸压力 发动机机体振动和燃烧噪声等三种方法 来检测爆震 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 10KHZ 压电式爆震传感器在中心频率 5 417KHZ 处 其灵敏度可达 200MV G 在振幅为 0 1G 10G 范围内具有良好线 性度 3 2 底盘控制用传感器 底盘控制用传感器是指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中的传感器 这些传感器尽管分布在不同 的系统中 但工作原理与发动机中相应的传感器是相同的 而且 随着汽车电 子控制系统集成化程度的提高和 CAN BUS 技术的广泛应用 同一传感器不仅可 以给发动机控制系统提供信号 也可为底盘控制系统提供信号 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有 轮速传感器 车速传感器 悬架系统用传感器主要 有 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 方向 盘转角传感器等 动力转向系统用传感器主要有 车速传感器 发动机转速传 感器 转矩传感器 油压传感器等 3 3 车身控制用传感器 车身控制用传感器主要用于提高汽车的安全性 可 性和舒适性等 由于其 工作条件不象发动机和底盘那么恶劣 一般工业用传感器稍加改进就可以应用 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 用于安全气囊系统中的加速度传感器 用于门锁控制中的车速传感器 用于亮度自动控制中的光传感器 用于倒车控制中的超声波传感器或激光传感 器 用于保持车距的距离传感器 用于消除驾驶员盲区的图象传感器等 3 4 防盗系统 为了能够提取足够的信息 实现对监测目标的准确判断 选择传感器 应遵循一些基本原则 合理选择传感器并加以优化组合 以实现系统高精度 低成本的需求 选用不同种类 不同功能的传感器 发挥各个传感器的优势 信息共享 降低虚报 漏报的可能性 选用多个同种类的传感器 合理布局 去除监测死角 提高系统的可靠性 基于以上的分析 选用以下传感器构成防 盗系统的监测模块 微波多普勒传感器 1 利用多普勒效应制成的传感器可以用来探测 人体或物体的移动 该传感器在人或物体靠近时接收器接收的频率发生变化 当频率变化至设定值时 可以判断为有人或物体进入防盗系统的预警范围 振动传感器 2 利用加速度检测器件制成的振动传感器 能够对车 体特殊频段的振动进行监测 在车体被外力破坏的情况可以产生警报 倾角传感器 2 倾角传感器监测车体相对于初始位置是否出现倾角 变化 如果这种角度的变化是以特定频率出现或达到设定的阈值 就可以判断 为汽车整体被搬运 热释电红外传感器 3 热释电红外传感器只对中心波长为 9 10 M 的红外线辐射敏感 能够检测到人体辐射的红外信息 可以用作人体入侵车内 的监测器件 霍尔开关器件 4 通过霍尔开关器件可以对汽车的车门 发动机舱 盖及后备箱盖的非法开启进行监测 以上几种传感器监测波频率的改变 车体振动 车体位态改变和人体 生物信息等不同方面 再通过合理的布局去除监测死角 就能够获取汽车防盗 所需的足够信息 最大程度地消除信息的不确定性 提高报警的可靠性 3 5 导航系统用传感器 随着基于 GPS GIS 全球定位系统和地理信息系统 的导航系统在汽车上 的应用 导航用传感器这几年得到迅速发展 导航系统用传感器主要有 确定 汽车行驶方向的罗盘传感器 陀螺仪和车速传感器 方向盘转角传感器等 第四章第四章 专题设计专题设计 安全气囊安全气囊 4 1 碰撞传感器种类和安装位置 电子控制式 SRS 安全气囊系统采用的碰撞传感器 DASH SENSOR 按功能可 分为碰撞烈度传感器和防护碰撞传感器两大类 碰撞烈度传感器按安装位置分 为前碰撞传感器 包括左前碰撞传感器 右前碰撞传感器 和中央碰撞传感器 用于检测汽车受碰撞程度 防护碰撞传感器又叫做安全碰撞传感器或侦测碰撞 传感器 防护传感器与碰撞烈度传感器串联 用于防止 SRS 气囊产生误爆 碰撞传感器按结构分类可分为机电结合式 电子式和水银开关式 其中机 电结合式碰撞传感器又可分为滚球式 滚轴式和偏心锤式碰撞传感器 机电结合式碰撞传感器的工作原理是利用机械运动控制电器触点动作 再 由触点的断开与结合控制气囊电路的通断 电子式碰撞传感器 目前常用的有电阻应变计式和压电效应式两种 电子 式碰撞传感器没有电器触点 在发生碰撞时应变电阻发生变形 使电阻发生变 化 传感器输出信号电压发生变化 当电压值超过预定值时 气囊被触发 或 者压电晶体在碰撞时发生变化而使输出电压变化 当变化的电压达到预定值 气囊被触发 水银开关式碰撞传感器是利用水银导电的特性控制气囊电路的通断 碰撞传感器的作用是检测汽车在发生碰撞时的减速度或惯性力 并将信号 输人 SRS 气囊系统的电子控制装置 在 SRS 安全气囊系统中 一般安装使用 3 4 只碰撞传感器 一般被安装在 车身两侧的前翼子板内侧 如图 1 丰田汽车 SRS 系统部件安装位置 或者安装 在前照灯支架下面 发动机散热水箱支架左右两侧 安全碰撞传感器安装在驾 驶室仪表板和手套箱的下方 前碰撞传感器有 2 3 只 在车身的左前部和右前部分别安装一只 称为左 前碰撞传感器和右前碰撞传感器 日本马自达轿车将前碰撞传感器称之为 D 碰 撞传感器或第一碰撞传感器 在车身前部中央位置的碰撞传感器称之为中央碰 撞传感器 丰田车系左 右碰撞传感器分别安装在车身前部左 右翼子板内 本田轿车也有将前部两个碰撞传感器安装在左 右前照灯支架下面 林肯城市 凯迪拉克 沃尔沃 尼桑无限和马自达轿车左前 右前碰撞传感器分别安装在 发动机散热水箱支架左 右两侧 马自达和尼桑轿车的中央碰撞传感器安装在 发动机散热器支架的中央 丰田汽车将中央碰撞传感器与 SRS 电脑安装在一起 而 SRS 电脑则安装在驾驶室变速杆前或后的装饰板下面 防护碰撞传感器也称之为防护传感器 丰田汽车公司称作侦测传感器 本 田汽车公司将其称之为触发传感器或触发开关 马自达汽车公司称为 S 碰撞传 感器或第二碰撞传感器 防护碰撞传感器一般与 SRS 电脑安装在一起 安装在 驾驶室中央变速杆前 后的装饰板下面 前碰撞传感器用于检测碰撞程度 其信号供电脑判定是否引爆点火剂而给 气囊充气 当以车速 40KM H 左右撞到一辆静止或同样大小的汽车上时 前碰 撞传感器会动作 使气囊打开 防护传感器或称安全传感器 它的作用是防止前碰撞传感器短路造成气囊 误打开 它的信号供电脑确定是否发生碰撞 当 SRS 电脑连接的连接器端子短 路时 由于防护传感器的作用 触点不闭合 会使气囊电路始终断开着 从而 可避免气囊误爆 在一般情况下 防护传感器动作所需的惯性力或减速度值比 前碰撞传感器动作所需的惯性力或减速度值要校当防护传感器动作时 是将 SRS 点火器的电源电路接通 使气囊引爆 4 2 碰撞传感器结构与原理 碰撞传感器 安全气囊的关键部分是碰撞传感器 传感器的作用是检测出车辆发 生碰撞时的冲击或减速度值 再把信号传递给电子控制系统 判断是否需要打 开安全气囊 ECU 其作用是接收碰撞传感器及其他各传感器输入的信号 判断是否点火引爆 气囊 并对系统故障进行自诊断 安全气囊组件 主要由气囊 螺旋弹簧 气体发生器 点火器等组成 气体发生 器根据信号指示产生点火动作 点燃固态燃料并产生气体向气囊充气 使气囊 迅速膨胀 SRS 指示灯 用于指示安全气囊的工作状态 当发生异常时 指示灯自动发亮 报警 安全气囊的基本原理是当碰撞发生时 控制器根据碰撞冲击速度 减速度 信号 识别和判断碰撞的强度 当碰撞强度达到设定条件时 引爆气囊的传感器迅速 触动点火器引爆氮气固态粒子 形成迅速膨胀的气袋 以缓冲驾驶员所遭受的 冲击力度 汽车安全气囊有机械式和电子式两大类型 全机械式安全气囊系统的气囊 充 气泵 传感器等部件集中装在转向盘内 安全气囊的结构如图 2 所示 在电子式安全气囊系统中 当汽车发生碰撞时 根据传感器感应碰撞的程度 并将感应信号送至电控单元 ECU 由 ECU 对碰撞信号进行识别 若是轻度碰撞 气囊不动作 若属于中度至严重程度的碰撞时 ECU 则会发出点火器点火的信 号 使气囊在极短时间内充气 以保护驾乘人员 电子式安全气囊系统具体工 作过程如图 3 所示 在电子式安全气囊系统中 采用双动作双气囊和双安全带预紧器的控制程序框 图如图 4 所示 其工作过程的步骤是 首先汽车点火起动 气囊开始工作 CPU 等电子电路复 位 做好工作准备 然后自检 在碰撞发生后 经 CPU 判断碰撞速度的大小 并发出不同的控制指令 当碰撞发生时 控制器根据传感器发出的加速度信号 识别和判断碰撞的强度 当碰撞强度达到设计条件的要求时 引爆气囊的传感 器迅速触动点火器引爆氮气固态粒子 形成迅速膨胀的气袋 以缓冲前排乘客 所遭受的冲击力度 主要保护其头部不受伤害 当然不必紧张 传感器会自动 计算所受到碰撞的强烈程度 不会因驾驶员操作不当或汽车遇到小的障碍及较 轻的碰撞而导致气囊错误起爆 4 3 碰撞传感器检查注意事项 在检查 SRS 安全气囊系统部件之前 应先关闭点火开关 拔下 SRS 系 统熔断器 防止 SRS 系统电路触点误触 SRS 安全系统电器零件均一次性使用 绝不能修复碰撞传感器 左 前和右前碰撞传感器更换时应同时更换 在更换碰撞传感器时 应使用新品 不能使用其他不同型号车辆上的零部件 在检修汽车其他系统时 应特别注意 SRS 系统电路连线是用黄色导线与 其他系统电线相区别 在检修之前应关闭点火开关 拔下 SRS 系统熔断器 防 止 SRS 系统带电 安全气囊系统的水银开关式防护传感器在更换后 不能随意扔掉 因为水银有毒 应作有害物品处理 当碰撞传感器摔碰或其壳体 支架 导线连接器有损伤时 应当更换新 件 前碰撞传感器和 SRS 系统的其他部件不能放在太阳下暴晒或接近火源 在 SRS 系统的零部件表面均标有标牌或注意事项 使用时应遵照执行 碰撞传感器的动作有方向性 安装时应注意传感器壳体上的箭头的指向 一定要按规定方向安装 日本尼桑和马自达汽车使用说明书规定指向汽车后方 丰田汽车前碰撞传感器安装时则要求传感器壳体上的箭头必须指向汽车前方 前碰撞传感器的定位螺栓和螺母必须经过防锈处理 拆卸或更换前碰撞 传感器时 必须同时更换螺栓和螺母 前碰撞传感器的导线连接器装有电路连接诊断机构 安装连接器时 插 头和插座插座 应当插牢固 当连接器插头与插座未插牢时 自诊系统会检测出来 视为 故障 并将以故障码的形式存入存储器中 第五章第五章 车用传感器的市场分析车用传感器的市场分析 传感器技术是现代科技的前沿技术 是现代信息技术的三大支柱之一 其 水平高低是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一 传感器产业也是国内 外公认的具有发展前途的高技术产业 它以其技术含量高 效益好 渗透能 力强 市场前景广等特点为世人瞩目 中国传感器市场快速发展 得益于车市 的快速发展 目前 一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百个传感器 而豪 华轿车上的传感器数量可多达 200 个 现代汽车技术发展特征之一就是越来越 多的部件采用电子控制 根据传感器的作用 可以分类为测量温度 压力 流 量 位置 气体浓度 速度 光亮度 干湿度 距离等功能的汽车传感器传感 器 它们各司其职 一旦某个传感器失灵 对应的装置工作就会不正常甚至不 工作 因此 传感器在汽车车身上起着至关重要的作用 随着汽车行业的快速发展 传感器在汽车上的应用也随之不断扩大 它们 在汽车电子稳定性控制系统 包括轮速传感器 陀螺仪以及刹车处理器 车道 偏离警告系统和盲点探测系统 包括雷达 红外线或者光学传感器 各个方面 都得到了使用 最新调查数据显示 2006 年中国汽车传感器的市场销售额达到 3 9 亿美元 同比增长率为 42 8 2007 年 2010 年期间中国汽车传感器市场销 售额的年度复合增长率将超过 35 预计 2007 年市场销售额将达到 5 4 亿美元 其同比增长率为 36 3 预计 2009 年市场销售额将接近 10 5 亿美元 其同比 增长率为 40 5 预计 2010 年市场销售额将超过 13 2 亿美元 其同比增长率 为 35 2 中国汽车电子市场随着汽车大力发展而呈现强劲的增长势头 国内汽车电 子市场迅速增长起来 但中国汽车电子市场大多被世界跨国公司瓜分 加快汽 车电子国产化是汽车电子行业的首要任务 主要表现在更低的成本 更强的功 能以及更高的可靠性 汽车电子化越发达 自动化程度越高 对传感器的依赖 性就越大 因此 国内外都将车用传感器技术列为重点发展的高技术 汽车传 感器的应用将不仅仅局限在发动机管理系统 而是越来越多地与环境保护 安 全和智能联系在一起 随着汽车半导体技术的发展 汽车会变得越来越人性化 甚至会实现全部功能的电气化 操作更加舒适 方便 环保 汽车的安全 环 保 娱乐等消费将推动汽车传感器市场的快速发展 第六章第六章 汽车用传感器的发展趋势汽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都非常重视 未来的汽车 用传感器技术 总的发展趋势是微型化 多功能化 集成化和智能化 微型传感器基于从半导体集成电路技术发展而来的 MEMS 微电子机械系统 微型传感器利用微机械加工技术将微米级的敏感元件 信号处理器 数据处理 装置封装在一快芯片上 由于具有体积小 价格便宜 便于集成等特点 可以 明显提高系统测试精度 目前该技术日渐成熟 可以制作各种能敏感和检测力 学量 磁学量 热学量 化学量和生物量的微型传感器 由于基于 MEMS 技术的 微型传感器在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面的优势 它们已开始逐 步取代基于传统机电技术的传感器 多功能化是指一个传感器能检测 2 个或者两个以上的特性参数或者化学参 数 从而减少汽车传感器数量 提高系统可靠性 集成化是指利用 IC 制造技术和精细加工技术制作 IC 式传感器 智能化是指传感器与大规模集成电路相结合 带有 CPU 具有智能作用 以减少 ECU 的复杂程度 减少其体积 并降低成本 总之 随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛 汽车传 感器市场需求将保持高速增长 微型化 多功能化 集成化和智能化的传感器 将逐步取代传统的传感器 成为汽车传感器的主流 第七章结束语第七章结束语 经过了两个多月的学习和工作 我终于完成了 传感器在汽车上的应用 的论文 从开始接到论文题目到资料的收集 再到论文文章的完成 每走一步 对我来说都是新的尝试与挑战 这也是我在大学期间独立完成的最大的项目 在这段时间里 我学到了很多知识也有很多感受 从对汽车知识的一无所知 对传感器等相关技术很不了解的状态 我开始了独立的学习和总结 查看相关 的资料和书籍 让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰 与此同时始 我终感受着 导师的精心指导和无私的关怀 我受益匪浅 在此向老师表示深深的感谢和崇 高的敬意 虽然我的论文作品不是很成熟 还有很多不足之处 但我可以自豪的说 这里面的每一段文字 都有我的劳动 当看见我的论文结束时真是莫大的幸福 和欣慰 我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘泉 这次做论文的经历也会使我终身受益 我感受到做论文是要真真正正用心 去做的一件事情 是真正的自己学习的过程和总结的过程 希望这次的经历能 让我在以后学习中激励我继续进步 参考文献参考文献 1 宋年秀 张俊祥 刘超 汽车传感器原理与检测 200 问 太原 太原 理工大学 2009 2 郁有文 常建 程继红 传感器原理及工程应用 西安 西安电子科技 大学 2008 07 3 剂炳阳 汽车杂志 1993 5 4 贺建波 贺展开 汽车传感器的检测 现代汽