级机械系毕业论文传感器技术在汽车智能中的应用.docx

级机械系毕业论文传感器技术在汽车智能中的应用.docx

《级机械系毕业论文传感器技术在汽车智能中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《级机械系毕业论文传感器技术在汽车智能中的应用.docx（11页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

级机械系毕业论文传感器技术在汽车智能中的应用

AnhuiVocactional&TechnicalCollegeofIndustry&Trade

毕业论文

传感器技术在汽车智能中的应用

Sensortechnologyintheapplicationofsmartcar

所在系院：

机械工程系

专业班级：

汽车技术服务与营销

学生学号：

**********

******

指导教师：

（四号宋体）

年月日

传感器技术在汽车智能中的应用

摘要：

汽车发展的趋势是安全、节能、环保。

由于电子技术、计算机技术和信息技术等新技术的发展和应用，汽车电子控制在控制的精度、范围，适应性和智能化等多方面有了较大发展，实现了汽车的全面优化运行。

因此，在降低排放污染、减少燃油消耗、提高安全性和舒适性等方面等多方面，电子控制技术有着明显的优势。

关键词：

传感器技术、ECU、汽车智能应用

Sensortechnologyintheapplicationofthesmartcar

Abstract：

Thecaristhedevelopmenttrendofsafety,energysaving,environmentalprotection.Duetothedevelopmentandapplicationofnewtechnologyandelectronictechnology,computertechnologyandinformationtechnology,automotiveelectroniccontrolinthecontrolaccuracy,range,adaptabilityandintelligenceandotheraspectshavemadegreatprogress,toachieveacomprehensiveoptimizationoperationofthecar.Therefore,inreducingthepollutionemissions,reducefuelconsumption,improvesafetyandcomfortandotheraspects,theelectroniccontroltechnologyhasobviousadvantage.

Keywords：

sensortechnology、ECU、intelligentvehicle、apply

引言

近年来，随着汽车电子化，智能化和轻型化程度的不断提高，汽车产业对传感器的需求量也越来越大，汽车电子产品的作用是举足轻重的，而传感器在汽车电子产品中占有很大比重，所以汽车传感器市场将继续保持高速增长的态势，同时，汽车传感器作为信号转换和获取装置，对汽车安全性，经济性，舒适性等性能的影响也越来越重要。

电子技术已经成为新一代汽车发展方向的主导因素,而传感器是电子技术的核心元件,现代汽车越来越多地应用了传感器,以提高汽车发动机的经济、动力和排放性能,改善底盘的制动操纵性能、转向性能和汽车行驶的安全性能。

要实现这些目标的关键在于汽车的电子化和智能化,先决条件则是各种信息的及时获取,这势必要求在汽车中大量采用各种传感器。

传统的传感器往往体积和重量大、成本高,它们在汽车的运用中受到很大的限定。

第一章汽车传感器技术

1.1传感器的定义

传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

作用：

利用物理效应.化学效应.生物效应，把被测的物理量.化学量.生物量等非电量转换成电量。

车用传感器可以大致分为三类：

动力系统/安全管理系统和车身舒适系统传感器。

其中动力系统传感器市场所占的比例最大，也体现了汽车传感器的最先进技术。

1.2传感器的组成

传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。

　　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它量。

2.转换元件则将上述非电量转换成电参量。

1.3汽车传感器的分

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。

例如电控喷油喷射、废气排放、刹车防抱死系统、自动空调、大灯亮度控制、驾驶座位自动调整、转向控制、电控悬挂，等等。

电子自动控制的工作要依赖传感器的信息反缋。

据统计，目前一般轿车上大约有几十只传感器，高级轿车有100多个传感器。

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。

第二章传感器技术在汽车中的应用

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∶

2.1发动机上的传感器

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；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。

空气流量传感器：

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6481AQ4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。

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；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）

曲轴角度传感器：

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；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）。

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；水温传感器：

检测冷却液的温度，向ECU提供发动机温度信息；爆燃传感器：

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。

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。

2.2底盘控制方面的传感器

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；

第三章智能传感器发展趋势

微传感器、智能传感器是近几年才开始迅速发展起来的新兴技术。

在我国的报刊杂志上目前所使用的技术名称还比较含混，仍然笼统地称之为传感器，或者含糊地归纳为汽车半导体器件，也有将智能传感器（或智能执行器、智能变送器）与微系统、MEMS等都归入了MEMS（微机电系统）名称下的。

这里介绍当前一些欧美专著中常用的技术名词的定义和技术内涵。

首先必须说明的是，在绝大多数情况下，本文大小标题及全文中所说的传感器其实是泛指了三大类器件：

将非电学输入参量转换成电磁学信号输出的传感器；将电学信号转换成非电学参量输出的执行器；以及既能用作传感器又能用作执行器，其中较多的是将一种电磁学参量形式转变成另一种电磁学参量形态输出的变送器。

就是说，关于微传感器、智能传感器的技术特性可以扩大类推到微执行器、微变送器——传感器（或执行器、或变送器）的物理尺度中至少有一个物理尺寸等于或小于亚毫米量级的。

微传感器不是传统传感器简单的物理缩小的产物，而是基于半导体工艺技术的新一代器件：

应用新的工作机制和物化效应用与标准半导体工艺兼容的材料，用微细加工技术制备的。

因此有时也称为硅传感器。

可以用类似的定义和技术特征类推描述微执行器和微变送器。

图1是一个微加速度计的结构示意图

它由两块芯片组成，一是具有自检测能力的加速度计单元（微加速度传感器），另一块则是微传感器与微处理器（MCU）间的接口电路和MCU。

这是一种较早期（1996年前后）的，但已相当实用的器件，可用于汽车的自动制动和悬挂系统中，并且因微加速度计具有自检能力，还可用于安全气囊。

从此例中可以清楚看到，微传感器的优势不仅是体积的缩小，更在于能方便地与集成电路组合和规模生产。

应该指的是，采用这种两片的解决方案可以缩短设计周期、降低开发前期小批量试产的成本。

但对实际应用和市场来说，单芯片单芯片的解决方案显然更可取，生产成本更低，应用价值更高。

智能传感器（SmartSensor）、智能执行器和智能变送器——微传感器（或微执行器，或微变送器）和它的部分或全部处理器件、处理电路集成在一个芯片上的器件（例如上述的微加速度计的单芯片解决方案）。

因此智能传感器具有一定的仿生能力，如模糊逻辑运算、主动鉴别环境，自动调整和补偿适应环境的能力，自诊断、自维护等。

显然，出于规模生产和降低生产成本的要求，智能传感器的设计思想、材料选择和生产工艺必须要尽可能地和集成电路的标准硅平面工艺一致。

可以在正常工艺流程的投片前，或流程中，或工艺完成后增加一些特殊需要的工序，但也不应太多。

图2是一种智能硅压力传感器的布局示意图

 在一个封装中，把一只微机械压力传感器与模拟用户接口、8位模-数转换器（SAR）、微处理器（摩托罗拉69HC08）、存储器和串行接口（SPI）等集成在一个芯片上。

其前端的硅压力传感器是采用体硅微细加工技术制作的。

制备硅压力传感器的工序既可安排在集成CMOS电路工艺流程之前，亦可在后。

这种智能压力传感器的技术和市场都已成熟，已广泛用于汽车（机动车）所需的各式各样的压力测量和控制单元中，诸如各种气压计、喷嘴前集流腔压力、废气排气管、燃油、轮胎、液压传动装置等。

智能压力传感器的应用很广，不局限于汽车工业。

目前，生产智能压力传感器的厂商已不少，市售商品的品种也很多，已经出现激烈的竞争。

结果是智能压力传感器体积越来越小，随之控制单元所需的外围接插件和分立元件越来越少，但功能和性能却越来越强，而且生产成本降低很快（现在约为几美元一只）。

顺便需要说说的是，在一些中文资料中，尤其是一些产品宣传性材料中，笼统地将SmartSensor（或device）和Intelligentsensor（或device）都称之为智能传感器，但在欧美文献中是有所差别的。

西方专家和公众通常认为，Smart（智能型）传感器比Intelligent（知识型）的智慧层次和能力更高。

当然，知识型的内涵也在不断进化，但那些只能简单响应环境变化，作一些相应补偿、调整工作状态的，特别是不需要集成处理器的器件，其知识等级太低，一般不应归入智能器件范畴。

相信大多数读者能经常接触到的，最贴近生活的智能传感器可能要算是用于摄像头、数码相机、摄像机、手机摄像中的CCD图像传感器了。

这是一种非智能型传感器莫属的情况，因为CCD阵列中每个硅单元由光转

换成的电信号极弱，必须直接和及时移位寄存、并处理转换成标准的图像格式信号。

还有更复杂一些的，在中、高档长焦距（IOX）光学放大数码相机和摄像机上装备的电子和光学防抖系统，特别是高端产品中的真正光学防抖系统。

它的核心是双轴向或3轴向的微加速度计或微陀螺仪，通过它监测机身的抖动，并换算成镜头的各轴向位移量，进而驱动镜头中可变角度透镜的移动，使光学系统的折射光路保持稳定。

微系统（Microsystem）和MEMS（微机电系统）——由微传感器、微电子学电路（信号处理、控制电路、通信接品等）和微执行器构成一个三级级联系统、集成在一个芯片上的器件称之为微系统。

如果其中拥有机械联动或机械执行机构等微机械部件的器械则称之为MEMS。

微传感器合乎逻辑的发展延伸是智能传感器，智能传感器自然延伸则是微系统和MEMS，MEMS的进一步发展则是能够自主接收、分辨外界信号和指令，进而能独立、正确动作的微机械（Micromachines）。

现在，开发成功、并已有商业产品的MEMS品种已不少，涵盖图4所示的各大领域。

其中包括全光光通信和全光计算机的关键部件之一的二维、三维MEMS光开关。

图3是一只二维8×8路MEMS光开关

通过控制芯片上的微反射镜阵列，实现光输入/输出的交叉互联。

这是目前全光交换技术的成熟的最佳方案。

市场上可买到的MEMS光开关已达1296路，开关转换时间约为20ms。

微机械（也称为纳米机械）则尚处于开发试验阶段，但已有许多很重要的实验室产品涌现，如著名的纳米电机、微昆虫、微直升机和潜水艇等。

技术产业界普遍认为，它们的开发成功和投入实际应用将对工业技术和生活质量产生深远的影响。

结论

通过这次毕业设计让我收获到了很多，首先，锻炼了我的耐力因为设计是环环相扣的，做设计时要特别的谨慎。

其次，通过这次毕业设计巩固了我的专业技术知识，锻炼了我综合运用专业基础知识解决实际问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑三维制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志力、抗压能力及耐性也都得到了不同程度的提升。

这是我们都希望看到的，也是我们进行毕业设计的目的和最终归宿。

再者，由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：

在选择计算标准件是可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准。

在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。

致谢

本课题在选题及设计过程中得到了李海娟老师的细心指导。

她严谨细致、一丝不苟的工作作风一直是我学习和工作的榜样；她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无穷的启迪。

李老师多次关心并询问我的设计过程，并给我提出了很多宝贵的意见，帮助我开拓设计思路，精心点拨、热忱鼓励，在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在本次毕业设计的过程中还得到了学院许多老师和同学的帮助，正是因为他们帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，直至本次设计的顺利完成。

在此，我对他们的帮助表示衷心的感谢。

本次设计由于学生能力有限，加上时间较为紧迫，在设计中难免有诸多不足之处。

在此恳请各位老师和同学给予斧正。

参考文献：

[1]刘艳梅，《电子技术在现代汽车上的发展与应用[J]》.中国科技信息,2006

[2]别辉,过学讯《现代电子技术在汽车上的全面应用[J]》.北京汽车,2006,（04）.

[3]危明飞,高伟,包艳,魏辉《电子技术在现代汽车上的应用及发展趋势[J]》.重型汽车,2005,（06）.

[4]李磊,商达《现代汽车上电子技术的应用[J]》.现代电子技术,2004,（08）.

[5]顾晔《电子控制技术在汽车上的应用[J]》.汽车研究与开发,2005,（09）

[6]杨帆《传感器技术[J]》.西安电子科技大学出版社,2008,（09）