传感器自动汽车:一种汽车车载传感器故障自动检测方法及装置

2021/11/06 21:05 · 传感器知识资讯 ·  · 传感器自动汽车:一种汽车车载传感器故障自动检测方法及装置已关闭评论
摘要:

传感器自动汽车:一种汽车车载传感器故障自动检测方法及装置)Int.CI??权利要求说明书说明书幅图?(54)发明名称??一种汽车车载传感器故障自动检测方法及装置?(57)摘要??本发明属于智能汽车运行状态监控技术领域,公开了一种汽车车载传感器故障自动检测方法及装置,通过原始数据校验步

传感器自动汽车:一种汽车车载传感器故障自动检测方法及装置  第1张

传感器自动汽车:一种汽车车载传感器故障自动检测方法及装置


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权利要求说明书
说明书
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一种汽车车载传感器故障自动检测方法及装置
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57
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本发明属于智能汽车运行状态监控技术领
域,公开了一种汽车车载传感器故障自动检测方
法及装置,通过原始数据校验步骤、帧率比对步
骤判断传感器是否发生故障,进一步的通过图像
数据判断步骤和距离数据判断步骤判断图像传感
器和激光雷达传感器是否发生故障,还可以输出
相应的故障代码,通过故障代码分析出发生故障
的传感器种类和故障级别,提示驾驶人员及时退
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传感器自动汽车:一种汽车车载传感器故障自动检测方法及装置  第2张

传感器自动汽车:汽车传感器

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汽车传感器
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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,转化成电信号输给计算机,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。
中文名
汽车传感器
应 用
汽车
类 型
输入装置
领 域
电子设备
目录
1
详细介绍
2
测试特点
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测试近似性
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测试设备
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其他要求
3
常用类型
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里程表
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机油压力
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水温传感
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空气流量
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ABS传感器
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安全气囊
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气体浓度
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位置和转速
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速度传感器
4
基本特性
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传感器特性
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工作机理
5
分类
6
发展历史
7
市场状况
8
应用现状
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应用
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温度传感器
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压力传感器
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流量传感器
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位置和转速
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气体浓度
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爆震传感器
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雷达传感器
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车身应用
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底盘应用
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应用状况
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导航系统用
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自动变速器
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应用
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国内发展
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市场
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重要性
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国内传感器
11
发展趋势
12
技术发展
13
如何检测
汽车传感器详细介绍
编辑
语音
汽车传感器(4张)
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,已扩展到底盘、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;
汽车传感器
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、卡门涡游式空气流量传感器、热线式空气流量传感器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。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。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,线性可变电阻式节气门位置传感器、综合型节气门位置传感器。
曲轴位置传感器
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、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。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。采用的有共振型和非共振型两大类。
汽车传感器测试特点
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语音
被测对象的多样性及快速变化性汽车上常用的传感器类型包括轮速传感器、曲轴/凸轮轴位置传感器、温度传感器、压力传感器、爆震传感器等。针对层出不穷的车型,每个功能相同的传感器在外形上又有着各种各样的差异,再加上测量指标、生产环境等要求越来越苛刻,使得传统单一的测试工作台无法兼顾如此多样的传感器生产。
汽车传感器测试近似性
在实际生产中,不同传感器的测试内容又有着一定的近似性。因为从测试原理上讲,汽车传感器主要分为主动式/被动式、温度、压力传感器等类型。也就是说,对于不同的传感器,只要测试原理是一样的,那就意味着它们的测试仪器等设备也是一样的。
汽车传感器测试设备
汽车传感器生产线都要求采用经济、高效、自动、灵活的测试设备,而且要具备高自动化、高效率、高产能、高可靠性的特点。传感器生产厂家希望一次性投入以后,测试设备本身还能不断地进行扩充,有效地支持最新产品和更高的性能指标要求,从而保证设备资本投入的有效性。
汽车传感器其他要求
为了保证生产质量,设备需要具备一定的生产过程统计能力,并有助于减少由于人为因素造成的生产质量降低的问题。集成化、智能化是汽车传感器的发展趋势。如果只进行终检测试,发现问题为时已晚,所以往往测试会和生产过程交互进行。这样,一方面要求测试设备与生产线上其他设备良好衔接,另一方面能够实现设备间的信息和数据共享。
汽车传感器常用类型
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语音
汽车传感器里程表
里程表传感器
在差速器或者半轴上面的传感器,来感觉转动的圈数,一般用霍尔,光电两个方式来检测信号,其目的利用里程表记数可有效的分析判断汽车的行驶速度和里程,因为半轴和车轮的角速度相等,已知轮胎的半径,直接通过里程参数来计算。在传动轴上设计两个轴承,大大减轻了运行中的力距,减少了摩擦力,增强了使用寿命;由原来的动态检测信号改为齿轮运转式检测信号;由原来直插式垂直变速箱改为倒角式接口变速箱。里程表传感器插头一般是在变速箱上,有的打开发动机盖可以看到,有的要在地沟操作。
汽车传感器机油压力
是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。常用的有硅压阻式和硅电容式,两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。一般情况上,我们通过机油压力传感器来检测汽车的机油向内的机油还有多少,并将检测到的信号转换成我们可以理解的信号,提醒我们还有多少机油,或者还可以走多远,甚至是提醒汽车需要加机油了。
汽车传感器水温传感
它的内部是一个半导体热敏电阻,温度愈低,电阻愈大;反之电阻愈小,安装在发动机缸体或缸盖的水套上,与冷却水直接接触。从而侧得发动机冷却水的温度。电控单元根据这一变化测得发动机冷却水的温度,温度愈低,电阻愈大;反之电阻愈小。电控单元根据这一变化测得发动机冷却水的温度,作为燃油喷射和点火正时的修正号。就是我们可以通过发动机水温的温度了解汽车运行的状态,停止或者运动,或者运动的时间有多长等。
汽车传感器空气流量
空气流量传感器
它的作用是检测发动机进气量的大小,并将进气量信息转换成电信号输出,并传送到ECU。我们知道汽车的行驶是需要点火装置点火得到向前的冲量,因此,充气量得大小是ECU计算汽车在点火的时候点火装置需要喷油时间和喷油量和点火时间的依据。它的作用是可以让我们更好的让汽车进行加减速行驶。
汽车传感器ABS传感器
在制动活塞旁边(卡制动碟的卡钳,里面是制动活塞),ABS工作就是保证制动活塞和制动碟不卡死,保证它们处于滑动摩擦和静摩擦的边缘。大多由电感传感器来监控车速,ABS传感器通过与随车轮同步转动的齿圈作用, 输出一组准正弦交流电信号,其频率和振幅与轮速有关.该输出信号传往ABS电控单元(ECU),实现对轮速的实时监控。
汽车传感器安全气囊
安全气囊传感器
也称碰撞传感器,按照用途的不同,分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞式用于检测碰撞时的加速度变化,并将碰撞信号传给气囊电脑,作为气囊电脑的触发信号;防护碰撞式它与触发碰撞式串联,用于防止气囊误爆。
汽车传感器气体浓度
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,它检测汽车尾气中的氧含量,根据排气中的氧浓度测定空燃比,向微机控制装置发出反馈信号,以控制空燃比收敛于理论值。当空燃比变高,废气中的氧浓度增加时,氧传感器的输出电压减小;当空燃比变低,废气中的氧浓度降低时,输出电压增大。电子控制单元识别这一突变信号,对喷油量进行修正,从而相应地调节空燃比,使其在理想空燃比附近变动。
汽车传感器位置和转速
主要用于检测发动机曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速检测,汽车加速度检测、汽车减速检测等,为点火时刻和喷油时刻提供参考点信号,同时,提供发动机转速信号。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。
汽车传感器速度传感器
速度传感器
速度传感器是电动汽车较为重要的传感器,也是应用较多的传感器。就其定义而言,速度传感器主要是用来测量速度的传感器,分为转速传感器、车速传感器、车轮转速传感器等。转速传感器主要用于电动汽车电动机旋转速度的检测。常用的转速传感器有三种,分别为电磁感应式转速传感器、光电感应式转速传感器、霍尔效应式转速传感器,均采用非接触式测量原理,以增强检测的安全性、提高检测精度。车速传感器用来测量电动汽车行驶速度。车速传感器信号主要用于仪表板的车速表显示及发动机怠速、电动汽车加速其间的控制等。目前我国绝大部分电动汽车上的速度表都是以汽车轮胎的旋转转速转换成汽车速度进行测速的。这在汽车制动、打滑的情况下,以及轮胎因新旧、摩擦、路面、胎压高低等造成其外圆周长的变化都会造成误差过大,甚至无法工作,车速传感器主要有电磁感应式、光电式、可变磁阻式和霍尔式集中。电动汽车上普遍采用电磁感应式和霍尔式速度传感器。
汽车传感器基本特性
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语音
汽车传感器传感器特性
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电量的装置。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。3)、测量电路的作用是将转换元件输入的电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。传感器的静态特性参数指标⒈灵敏度灵敏度是指稳态时传感器输出量y和输入量x之比,或输出量y的增量和输入量x的增量之比,用k表示为k=dY/dX⒉分辨力传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力。⒊测量范围和量程在允许误差限内,被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。⒋线性度(非线性误差)在规定条件下,传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差。⒌迟滞迟滞是指在相同的工作条件下,传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。⒍重复性重复性是指在同一工作条件下,输入量按同一方向在全测量范围内连续变化多次所得特性曲线的不一致性。⒎零漂和温漂传感器在无输入或输入为另一值时,每隔一定时间,其输入值偏离原示值的最大偏差与满量程的百分比为零漂。而温度每升高1℃,传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比,称为温漂。
汽车传感器工作机理
一)磁电效应根据法拉第电磁感应定律,N匝线圈在磁场中运动,切割磁力线(或线圈所在磁场的磁通变化)时,线圈中所产生的感应电动势的大小取决于穿过线圈的磁通的变化率,直线移动式磁电传感器直线移动式磁电传感器由永久磁铁、线圈和传感器壳体等组成当壳体随被测振动体一起振动且在振动频率远大于传感器的固有频率时,由于弹簧较软,运动件质量相对较大,运动件来不及随振动体一起振动(静止不动)。此时,磁铁与线圈之间的相对运动速度接近振动体的振动速度。转动式软铁、线圈和永久磁铁固定不动。由导磁材料制成的测量齿轮安装在被测旋转体上,每转过一个齿,测量齿轮与软铁之间构成的磁路磁阻变化一次,磁通也变化一次。线圈中感应电动势的变化频率(脉冲数)等于测量齿轮上的齿数和转速的乘积。二)霍尔式传感器⒈霍尔效应半导体或金属薄片置于磁场中,当有电流(与磁场垂直的薄片平面方向)流过时,在垂直于磁场和电流的方向上产生电动势,这种现象称为霍尔效应。⒉霍尔元件常用的霍尔材料锗(Ge)、硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)等。N型锗容易加工制造,霍尔系数、温度性能、线性度较好;P型硅的线性度最好,霍尔系数、温度性能同N型锗,但电子迁移率较低,带负载能力较差,通常不作单个霍尔元件。三)压电式传感器⒈压电效应对某些电介质沿着一定方向加力而使其变形时,在一定表面上产生电荷,当外力撤除后,又恢复到不带电状态,这种现象称为正压电效应。在电介质的极化方向施加电场,电介质会在一定方向上产生机械变形或机械压力,当外电场去除后,变形或应力随之消失,此现象称为逆压电效应。⒉压电元件压电式传感器是物性型的、发电式传感器。常用的压电材料有石英晶体(SiO2)和人工合成的压电陶瓷。压电陶瓷的压电常数是石英晶体的几倍,灵敏度较高。四)光电式传感器⒈光电效应当光线照射物体时,可看作一串具有能量E的光子轰击物体,如果光子的能量足够大,物质内部电子吸收光子能量后,摆脱内部力的约束,发生相应电效应的物理现象,称为光电效应。1)在光线作用下,电子逸出物体表面的现象,称为外光电效应,如光电管、光电倍增管等。2)在光线作用下,物体的电阻率改变的现象,称为内光电效应,如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。3)在光线作用下,物体产生一定方向电动势的现象,称为光生伏特现象,如光电池(属于对感光面入射光点位置敏感的器件)等。⒉光敏电阻光敏电阻受到光线照射时,电子迁移,产生电子—空穴对,使电阻率变小。光照越强,阻值越低。入射光线消失,电子—空穴对恢复,电阻值逐渐恢复原值。⒊光敏管光敏管(光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等)属于半导体器件。⒋电致发光固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光。电致发光是将电能直接转换成光能的过程。发光二极管(LED)是以特殊材料掺杂制成的半导体电致发光器件。当其PN结正向偏置时,由于电子—空穴复合时产生过剩能量,该能量以光子形式放出而发光。五)热电式传感器1.热电效应将两种不同性质的金属导体A、B接成一个闭合回路,如果两接合点温度不相等(T0≠T),则在两导体间产生电动势,并且回路中有一定大小的电流存在,此现象称为热电效应。⒉热电阻传感器热电阻材料通常为纯金属,广泛使用的是铂、铜、镍、铁等⒊热敏电阻传感器热敏电阻用半导体制成,与金属热电阻相比有以下特点:1)电阻温度系数大,灵敏度高;2)结构简单,体积小,易于点测量;3)电阻率高,且适合动态测量;4)阻值与温度变化的关系是非线性的;5)稳定性较差。
汽车传感器分类
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常用的有如下三种:⒈按传感器的物理量分类,可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器⒉按传感器工作原理分类,可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。⒊按传感器输出信号的性质分类,可分为:输出为开关量(“1”和"0”或“开”和“关”)的开关型传感器;输出为模拟型传感器;输出为脉冲或代码的数字型传感器。
汽车传感器发展历史
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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。老式的油压传感器和水温传感器是彼此独立的,由于有着明确的最大值或最小值的限定,其中一些传感器的实际作用就相当于开关。随着传感器向电子化和数字化方向发展,它们的输出值将得到更多的相关利用。
汽车传感器市场状况
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传感器在汽车上的应用不断扩大,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。2005年,美国ABI研究公司公布了一份专门针对传感器市场的研究报告。这份名为《汽车传感器:加速计、陀螺仪、霍耳效应、光学、压力、雷达以及超音速传感器》的报告,对2012年前主要传感器的地区性使用前景作了预测。报告讨论了使用传感技术的许多先进安全系统,并提供了主要40家生产厂家的详细资料,以及100多家生产厂家名录。泰华调查公司的一位资深分析师认为,是主动式安全系统推动了传感器被越来越多地使用。在汽车业,安全系统成为传感器的最大市场。根据“全球信息公司”的调查报告,全球轻型汽车传感器OEM市场年均增长率7.4%,到2010年将达到140亿美元的规模,其增长幅度远远超出汽车本身的年均增长率。在发达国家,随着汽车电子系统日益完善,电子传感新技术快速发展,但已经成熟的传感器产品的增长将趋缓甚至可能下降;在发展中国家,基本的汽车传感器主要用于汽车发动机、安全、防盗、排放控制系统,增长量十分可观。用于发展中国家汽车幕?敬?衅鞑?分饕?ü齇EM生产,以减少成本。汽车传感器供应商面临严峻挑战:一方面要扩大产能产量,另一方面要不断减低成本,这种发展趋势未来将不可能改变。汽车发动和驱动系统仍是传感器的最大和最成熟的市场,然而与其它应用相比,增速将放缓;随着全球燃油价格的提高,“改进燃烧效率”将是汽车传感器的新的应用“亮点”领域;在汽车安全和防盗系统中的应用将是最快的增长的市场;尾气排放控制系统市场的发展则十分稳定,前景良好。按区域划分的几大应用市场是,在美国,主要用于胎压检测;在欧洲,用于汽车行人警告系统;在新兴产业国家,主要用于安全气囊和自动安全带系统。以每辆车来衡量,氧传感器用量最多,技术上不断进步。
汽车传感器应用现状
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语音
汽车传感器应用
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。供ECU对发动机工作状况进行精确控制,来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。
汽车传感器温度传感器
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。
汽车传感器压力传感器
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。
汽车传感器流量传感器
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<10ms。 汽车传感器位置和转速 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。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%。 汽车传感器气体浓度 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。 汽车传感器爆震传感器 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。 汽车传感器雷达传感器 汽车用24GHZ雷达传感器 24GHz雷达传感器用于汽车防撞安装系统,通过发射雷达波来判断前方出现的物体大小,距离和移动速度,进而通过显示器或与汽车制动系统进行配合,避免汽车与前方物体相撞。传感器发射频率在24.125GHz左右,可以调节的频率范围在50KHz左右。精度在国外精度可以达到毫米级别。 汽车传感器车身应用 车身控制用传感器主要用于提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等。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。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。在车身上应用的各种传感器:有防撞加速度传感器、超声近距离目标传感器和红外热成像传感器,毫米波雷达和环境气体电化学传感器。新型的传感器有超声阵列反向传感器、侧面路面偏距报警和红外热成像夜视传感器。 汽车传感器底盘应用 底盘控制用传感器是指用于变速器控制系统的车速传感器、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;悬架控制系统应用的传感器有车速传感器、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;动力转向系统应用的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。底盘应用的主要类型传感器,即旋转位移和压力传感器。惯性加速度传感器和角速率传感器取代了温度传感器而成为在车底盘上应用的4种主要传感器。表3种列出了27种传感器。其中4种是压力传感器,3种旋转位移传感器,5种加速度传感器和3种角速率传感器。27种传感器其中的15种是属于这种类型传感器。低盘应用的新型传感器有侧路面角速率传感器、车轮角位置传感器和悬架位移位置传感器。 汽车传感器应用状况 发动机控制系统用传感器主要有温度传感器、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,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。汽车控制系统应用的主要传感器类型,即旋转位移传感器、压力传感器和温度传感器。在北美,这三种传感器的销售数量分别占第一、第二和第四位。在表2中共列出了40种不同的汽车传感器。其中有8种压力传感器,四种温度传感器和四中旋转位移传感器。几年来研制的新型传感器是气缸压力传感器,踏板加速计位置传感器和油质量传感器。 汽车传感器导航系统用 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。 汽车传感器自动变速器 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。 汽车传感器应用 编辑 语音 汽车传感器的应用非常广泛,比如:1,汽油指示器,就是通过液位传感器来实现的,这种液位传感器利用液位的高低再转换成数字信号,可以很方便地从仪表上读取2,水温传感器,水温传感器是通过在水箱里装设的测温节点器,当水温过高了或过低了还可以报警,也可以从显示仪表上直接读取。3,车内空调,车内空调是通过装在车内的温度传感器来控制的,温度传感器有一个温度设置,当温度过低时就自动启动,当温度超过了又自动降温4,雨刮器传感器,雨刮器是通过传感器来感知雨水的大小,从而来控制雨刮器的频率,也就是说雨水大就刮得快,雨水小就刮得慢。5,发动机管理系统,采用各种传感器,将发动机吸入空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速等状况转换成电信号,送入控制器。控制器将这些信息与储存信息比较、精确计算后输出控制信号。EMS不仅可以精确控制燃油供给量,以取代传统的化油器,而且可以控制点火提前角和怠速空气流量等,极大地提高了发动机的性能。6,控制系统原理:通过安装在加速踏板上的踏板传感器,将踏板信息传递到电子控制器中的节气门控制模块,节气门控制模块通过一定的处理程序计算出节气门的开度并驱动直流电机完成节气门进气通道面积的调整,从而控制进气量,满足发动机不同工况下的进气需求。7,爆震传感器功能:检测发动机缸体振动情况,以供电子控制器识别发动机爆震工况。原理:爆震传感器是一种振动加速度传感器。它装在发动机气缸体上,可装一只或多只。传感器的敏感元件为一压电晶体,发动机爆震时,发动机振动通过传感器内的质块传递到晶体上。压电晶体由于受质块振动产生的压力,在两个极面上产生电压,把振动转化为电压信号输出。8,怠速调节器功能:提供怠速旁通空气通道,并通过改变通道截面积影响旁通气量,实现发动机怠速工况时转速闭环控制。原理:怠速调节器内一块可在轴上自由转动的永久磁铁上刚性连接着一块旋转滑块永久磁铁可以在电缆线圈驱动下旋转,使滑块随之旋转。滑块的角位置决定了执行器旁通气流通道的开度,因而可以调节旁通气量的大小。电子控制器通过改变输送给执行器脉冲信号的占空比决定滑块的角位置,从而决定了旁通空气流量。9,氧传感器功能:测定发动机排气中氧气含量,确定汽油与空气是否完全燃烧。电子控制器根据这一信息实现以过量空气系数λ=1为目标的闭环控制,以确保三元催化转化器对排气中HC、CO和NOX三种污染物都有最大的转化效率。原理:氧传感器传感元件是一种陶瓷管,外侧通排气,内侧通大气。陶瓷管是一种固态电解质,加热后依靠陶瓷管外壁的催化剂使排气中的各种成份发生化学反应,氧离子可通过陶瓷管扩散。10,节气门位置传感器 功能:提供发动机负荷信息、工况信息。原理:此传感器实际上是具线性输出特性的转角电位计。电位计转臂与节气门同轴安装,当节气门转动时,带动电位计转臂滑到一定的电阻位置,电位计输出与节气门位置成比例的电压信号。 汽车传感器国内发展 编辑 语音 汽车传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一,本文简单介绍了国内汽车传感器的应用发展情况,主要介绍了汽车上几种主要的传感器,并对发展趋势进行了展望。 汽车传感器市场 市场研究数据显示,2002年全球汽车传感器的市场规模为70.1亿美元,预计2005年将达到85.2亿美元,年平均增长率为6.7%;全球2002年汽车传感器的市场需求量为10.38亿只,预计2005年将达到12.83亿只,年平均增长率为7.3%。中国的汽车工业发展加快。估计2010年将达600万辆的生产能力,若每辆车用10只传感器,将需6000万套传感器及其配套变送器和仪表。中国现有汽车2000万辆,并且每年以5%以上的速度递增,但是“电喷”汽车还只占10%左右,国家规定停止“化油器”汽车的生产,新出厂的汽车要求全部安装“电喷”系统。上海联合汽车电子年产120万套“电喷”系统传感器,一共4000~6000元/套,其中,汽车传感器占60%以上的产值。国内电喷系统应用传感器占系统的70%以上,ABS传感器的成本为50元左右,国内产量为100万套,产值为5000万元;安全气囊的传感器占系统成本的70%以上,安全气囊的传感器售价为2000元左右,需求量为100万套/年,则传感器的产值可达20亿元。 汽车传感器重要性 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。汽车传感器对温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。衡量现代高级轿车控制系统水平的关键就在于其传感器的数量和水平。当前,一辆国内普通家用轿车上大约安装了近百个传感器,而豪华轿车上的传感器数量多达200只。几年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统(MEMS)技术日渐成熟,利用这一技术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,这些传感器的体积和能耗小,可实现许多全新的功能,便于大批量和高精度生产,单件成本低,易构成大规模和多功能阵列,非常适合在汽车上应用。微型传感器的大规模应用将不仅限于发动机燃烧控制和安全气囊,在未来5~7年内,包括发动机运行管理、废气与空气质量控制、ABS、车辆动力的控制、自适应导航、车辆行驶安 全系统在内的应用,将为MEMS技术提供广阔的市场。 汽车传感器国内传感器 自20世纪80年代以来,国内汽车仪表行业引进国外的先进技术及与之相配套的传感器生产技术,基本满足了国内小批量、低水平车型的配套需求。由于起步较晚,还没有形成系列化、配套化,尚未形成独立的产业,仍然依附于汽车仪表企业。众多轿车、轻型车及部分载货车中采用新的电子产品,需要大批量、高水平的汽车传感器,但国内现有最高水平的汽车传感器产品比国外同类产品落后10多年,每年要进口50万套以上的高性能汽车传感器。许多传感器厂家为了增强产品的竞争力,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,使产品升级换代,从而逐步发展壮大,有的已成为几大“电喷”系统厂家的下游供应商。但绝大多数企业还只是配套生产其它车用传感器,处于利润少、产品单一、产品质量和技术水平低下的状况。伴随着国内汽车产量的迅速增长,今后几年国内汽车工业对传感器及其配套变速器和仪表的需求亦将大大增加,实现汽车传感器国产化势在必行。为适应这一形势,应重点开发新型压力、温度、流量、位移等传感器,尽快为汽车工业解决电喷系统、空调排污系统和自动驾驶系统所需的传感器是十分迫切的任务。汽车传感器对整车厂而言,是二级配套产品,必须以系统形式进入整车厂配套。一级系统配套商的实力关系到主机厂的品牌,所以必须建立系统平台,以系统带动传感器的发展。 汽车传感器发展趋势 编辑 语音 未来的汽车传感器技术的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。20世纪末期,设计技术、材料技术,特别是Mems (微电子机械系统)技术的发展使微型传感器提高到了一个新的水平,利用微电子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同一芯片上,它具有体积小、价格便宜、可靠性高等特点,并且可以明显提高系统测试精度。采用Mems技术可以制作检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器。由于Mems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。Mems传感器将成为世界汽车电子的重要构成部分。汽车传感器和电子系统向着采用Mems传感器的方向发展。Philips Electronics公司和Continental Treves公司10年销售1亿只用于汽车ABS系统的传感器芯片,生产上达到了一个新的里程碑。两个公司共同开发有源磁场传感器的前瞻性技术,产品应用在汽车厂家生产的最新的轿车上。Continental Teves公司用这种磁阻式转速传感器制作了轮速传感器,用于ABS系统,防滑系统等。Mems传感器成本低、可靠性好、尺寸小,可以集成在新的系统中,工作时间达到几百万个小时。Mems器件最早的是绝压传感器(Map)和气囊加速度传感器。正在研发和小批量生产的MEMS/MST产品有:轮速旋转传感器,胎压传感器,制冷压力传感器,发动机油压传感器,刹车压力传感器和偏离速率传感器等等。在今后的5-7年Mems器件将大量应用到汽车系统中。随着微电子技术的发展和电子控制系统在汽车上的应用迅速增加,汽车传感器市场需求将保持高速增长,以Mems技术为基础的微型化、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。21世纪初期(2010前后),敏感元件与传感器发展的总趋势是小型化、集成化、多功能化、智能化、系统化。传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,并加速新一代传感器的开发和产业化。微机械加工技术(MEMT)和微米/纳米技术将得到高速发展,将成为21世纪传感器领域中带有革命变化的高新技术。采用MEMT制作的MEMS产品(微传感器和微系统),具有划时代的微小体积、低成本、高可靠等独特的优点,预计由微传感器、微执行器以及信号和数据处理装置总装集成的微系统将进入商业市场。随着新型敏感材料的加速开发,微电子、光电子、生物化学、信息处理等各学科、各种新技术的互相渗透和综合利用,可望研制出一批新颖、先进的传感器。如:新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面阵列红列探测器、生物传感器、诊断传感器、智能传感器、基因传感器以及模糊传感器等。硅传感器的研究、生产和应用将成为主流,半导体工业将更加有力地带动传感器的设计手日工艺制造技术;而微处理器和计算机将进一步带动新一代智能传感器和网络传感器的数据管理和采集。敏感元件与传感器的更新换代周期将越来越短,其应用领域将得到拓展,二次传感器和传感器系统的应用将大幅度增长,廉价传感器的比例将增大,必将促进世界传感器市场的迅速发展。高科技在传感技术中的应用比例更加增大。传感技术涉及多学科的交叉,它的设计需要多学科综合理论分析,常规方法已难于满足,CAD技术将得到广泛应用。如:国外在90年代初就研究出了用于硅压力传感器设计的MEMS CAD软件,大型有限元分析软件ANSYS,包含了力、热、声、流体、电、磁等分析模块,在MEMS器件的设计和模拟方面取得了成功。传感器产业将进一步向着生产规模化、专业化和自动化方向发展。工业化大生产的平面工艺技术将是促进传感器价格大幅度降低的主要动力。而传感器制造的后工序一一封装工艺和测试标定(两者的费用约占产品总成本的50%以上)的自动化,将成为关键生产工艺予以突破。传感器产业的企业结构仍将呈现“大、中、小并举”“集团化、专业化生产共存”的格局,集团化的大公司(含跨国集团公司〉将越来越显示出它的垄断作用,而专业化生产的中、小企业因其能适应市场小批量产品的需求,仍有其生存、发展的空间和机遇。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。 汽车传感器技术发展 编辑 语音 随着汽车解码器电子技术的发展,汽车电子干扰工程化程度不断提高,通常的机械器系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的解码问题,而被电子控制系统代替。传感器的作用就是根据规定的被测量的大小,定量提供有用的电输出信号的部件,亦即传感器把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学量转换成信号的变换器。传感器作为汽车电控系统的关键部件,它直接影响汽车的技术性能的发挥。普通汽车上大约装有10-20只传感器,高级豪华轿车则更多,这些传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中。一、发动机控制用传感器发动机控制用传感器有许多种,其中包括温度传感器、压力传感器、转速和角度传感器、流量传感器、位置传感器、气体浓度传感器、爆震传感器等。这类传感器是整个发动机的核心,利用它们可提高发动机动力性、降低油耗、减少废气、反映故障等,由于其工作在发动机振动、汽油蒸气、污泥和泥水等恶劣环境中,因此它们耐恶劣环境技术指标要高于一般的传感器。对于它们的性能指标要求有很多种,其中最关键的是测量精度与可靠性,否则由传感器检测带来的误差最终将导致发动机控制系统失灵或故障。1.温度传感器:主要检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度、机油温度、催化温度等。实际应用的温度传感器主要有线绕电阻式、热敏电阻式和热电偶式。线绕电阻式温度传感器精度较高,但响应特性差;热敏电阻式传感器灵敏度高,响应特性较好,但线性差,适用温度较低;热电偶式精度高,测温范围宽,但需考虑放大器和冷端处理问题。2.压力传感器:主要检测进气歧管绝对压力、真空度、大气压力、发动机油压、制动器油压、轮胎压力等。车用压力传感器已有若干种,应用较多的有电容式、压敏电阻式、膜盒传动的可变电感式(LVDT)、表面弹性波式(SAW)。电容式传感器具有输入能量高,动态响应好、环境适应性好等特点;压敏电阻式受温度影响大,需另设温度补偿电路,但适用于大量生产;LVDT式有较大输出,易于数字输出,但抗振性较差;SAW式具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性强、灵敏度高、分辨率高、数字量输出等特点,是一种较为理想的传感器。3.转速、角度和车速传感器:主要用于检测曲轴转角、发动机转速、车速等。主要有发电机式、磁阻式、霍尔效应式、光学式、振动式等。4.氧传感器:氧传感器安装在排气管内,测量排气管中的含氧量,确定发动机的实际空燃比与理论值的偏差,控制系统根据反馈信号,调节可燃混合气的浓度,使空燃比接近于理论值,从而提高经济性,降低排气污染。实际应用的是氧化锆和氧化钛传感器。5.流量传感器:测定进气量和燃油流量以控制空燃比,主要有空气流量传感器和燃料流量传感器。空气流量传感器检测进入发动机的空气量从而控制喷油器的喷油量,以得到较准确的空燃比,实际应用的有卡门旋涡式、叶片式、热线式。卡门式无可动部件、反应灵敏、精度较高;热线式易受吸入气体脉动影响,且易断丝;燃料流量传感器用于判定燃油消耗量。主要有水车式、球循环式。6.爆震传感器:它能把爆震信号传给控制系统,抑制爆震的发生。主要有磁致伸缩式和非共振型压电式。二、底盘控制用传感器底盘控制用传感器是指分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、防抱制动系统中的传感器,在不同系统中作用不同,但工作原理与发动机中传感器是相同的,主要有以下几种形式传感器:1.变速器控制传感器:多用于电控自动变速器的控制。它是根据车速传感器、加速度传感器、发动机负荷传感器、发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器检测所获得的信息经处理使电控装置控制换档点和液力变矩器锁止,实现最大动力和最大燃油经济性。2.悬架系统控制传感器:主要有车速传感器、节气门开度传感器、加速度传感器、车身高度传感器、转向盘转角传感器等。根据检测到的信息自动调整车高,抑制车辆姿势的变化等,实现对车辆舒适性、操纵稳定性和行车稳定性的控制。3.动力转向系统传感器:它是根据车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器等使动力转向电控系统实现转向操纵轻便,提高响应特性,减少发动机损耗,增大输出功率,节省燃油等。4.防抱制动传感器:它是根据车轮角速度传感器,检测车轮转速,在各车轮的滑移率为20%时,控制制动油压、改善制动性能,确保车辆的操纵性和稳定性。三、车身控制用传感器采用这类传感器的主要目的是提高汽车安全性、可靠性、舒适性等,主要有应用于自动空调系统中的多种温度传感器、风量传感器、日照传感器等;安全气囊系统中加速度传感器;亮度自控中光传感器;死角报警系统中超声波传感器;图像传感器等。四、车用传感器研究开发趋势由于传感器在电控系统中的重要作用,所以世界各国对其理论研究、新材料应用、产品开发都非常重视。金刚石的耐热性好、热稳定性高,在真空中1200℃以上表面才开始出现炭化,在大气中也要在600℃以上才开始炭化,利用这一特性,制作适用于高温的热敏传感器,从常温到600℃范围内进行温度监测与控制,并且适用在高温且有腐蚀气体的恶劣环境下使用,性能稳定,使用寿命长,可用于发动机中高温测量。此外金刚石在高温下形变率很高,利用这一特性可制作高温环境下使用的振动传感器和加速度传感器。与其它材料振动膜相结合可作为高温、耐腐蚀、灵敏度高的压力传感器,用于振动检测以及发动机气缸压力等测量。光导纤维型传感器由于抗干扰性强、灵敏度高、重量轻、体积小,适于遥测等特点正受到人们的普遍重视。已有不少成熟的产品问世,如光纤转矩传感器,温度、振动、压力、流量等传感器。在开发利用新材料同时,由于微电子技术和微机械加工技术发展,传感器正向微型化、多功能化,智能化方向发展。微型化传感器利用微机械的加工技术将微米级的敏感元件、信号调理器、数据处理装置集成封装在一块芯片上。由于体积小、价格便宜、便于集成等特点,可以提高系统测试精度,例如把微型压力传感器和微型温度传感器集成在一起,同时测出压力和温度,便可通过芯片内运算消去压力测量中的温度影响。已有不少微型传感器面世,如压力传感器、加速度传感器、用于防撞的硅加速度传感器等。在汽车轮胎内嵌入微型压力传感器可以保持适当充气,避免充气过量或不足,从而节约燃油10%。多功能化使传感器能够同时检测2个或2个以上的特性参数。而智能传感器由于带有专用计算机,因而具有智能特点。此外,传感器响应时间、输出与计算机的接口等问题也是重要的研究课题。随着电子技术的发展,车用传感器的技术必将趋于完善 汽车传感器如何检测 编辑 语音 发动机汽车节气门由驾驶员通过加速踏板来操纵,以改变发动机的进气量,从而控制发动机的运转。不同的汽车节气门开度标志着发动机的不同运转工况。1、开关量输出型汽车节气门位置传感器的检测(1)结构和电路开关量输出型节气门位置传感器又称为节气门开关。它有两副触点,分别为怠速触点(IDL)和全负荷触点(PSW)。由一个和节气门同轴的凸轮控制两开关触点的开启和闭合。当节气门处于全关闭的位置时,怠速触点IDL闭合,ECU根据怠速开关的闭合信号判定发动机处于怠速工况,从而按怠速工况的要求控制喷油量;当节气门打开时,怠速触点打开,ECU根据这一信号进行从怠速到小负荷的过渡工况的喷油控制;全负荷触点在节气门由全闭位置到中小开度范围内一直处于开启状态,当节气门打开至一定角度(丰田1G-EU车为55°)的位置时,全负荷触点开始闭合,向ECU送出发动机处于全负荷运转工况的信号,ECU根据此信号进行全负荷加浓控制。丰田1G-EU发动机电子控制系统用的开关量输出型节气门位置传感器。(2)开关量输出型节气门位置传感器的检查调整。①就车检查端子间的导通性点火开关置于“OFF”位置,拔下节气门位置传感器连接器,在节气门限位螺钉和限位杆之间插入适当厚度的厚薄规;用万用表Ω档在节气门位置传感器连接器上测量怠速触点和全负荷触点的导通情况。当节气门全闭时,怠速触点IDL应导通;当节气门全开或接近全开时,全负荷触点PSW应导通;在其他开度下,两触点均应不导通。具体情况如表1所示。否则,应调整或更换节气门位置传感器。2、线性可变电阻输出型节气门位置传感器的检测(1)结构和电路线性可变电阻型节气门位置传感器是一种线性电位计,电位计的滑动触点由节气门轴带动。在不同的节气门开度下,电位计的电阻也不同,从而将节气门开度转变为电压信号输送给ECU。ECU通过节气门位置传感器,可以获得表示节气门由全闭到全开的所有开启角度的、连续变化的电压信号,以及节气门开度的变化速率,从而更精确地判定发动机的运行工况。一般在这种节气门位置传感器中,也设有一怠速触点IDL,以判定发动机的怠速工况。。(2)线性可变电阻型节气门位置传感器的检查调整①怠速触点导通性检测点火开关置于“OFF”位置,拔去节气门位置传感器的导线连接器,用万用表Ω档在节气门位置传感器连接器上测量怠速触点IDL的导通情况。当节气门全闭时,IDL-E2端子间应导通(电阻为0);当节气门打开时,IDL-E2端子间应不导通(电阻为∞)。否则应更换节气门位置传感器。②测量线性电位计的电阻点火开关置于OFF位置,拔下节气门位置传感器的导线连接器,用万用表的Ω档测量线性电位计的电阻,该电阻应能随节气门开度增大而呈线性增大。 词条图册 更多图册 解读词条背后的知识 凡实测控 仪器仪表解决方案提供 汽车传感器波形分析应用 汽车传感器波形分析应示波器是用来对电路中电压或电流的波动情况进行测量的工具,它能实时地反应器件的工作情况。在电路分析中通.是用它来测量输入与输出的波形,并由观察者经过分析研究,得出此电路性能的优良状况或问题所在。随着现代汽车技术的发展,在汽车中使用了大量的,在其工作环境中感... 2020-08-050 阅读20

传感器自动汽车:起底自动驾驶汽车的五大传感器

  自动驾驶汽车是在一个未知的动态环境中运行的,所以它需要事先构建出环境地图并在地图中进行自我定位,而执行同步定位和映射过程(SLAM,即时定位和地图构建)的输入则需要传感器和AI系统的帮助。
  安装在自动驾驶系统上的传感器通常用于感知环境。选择每个传感器是为了权衡采样率、视场(fov)、精度、范围、成本和整个系统复杂度。
  一般情况下,自动驾驶汽车包含的传感器主要有五种类型:
  1、远程雷达:信号能够透过雨、雾、灰尘等视线障碍物进行目标检测。
  2、照相机:一般以组合形式进行短程目标探测,多应用于远距离特征感知和交通检测。
  3、激光雷达:多用于三维环境映射和目标检测。
  4、短程/中程雷达:中短程目标检测,适用于侧面和后方避险。
  5、超声波:近距离目标检测。
  这些传感器都有其优缺点,没有一种单一传感器能够适用于所有路况。通常情况下,想要可靠、安全地操控一辆自动驾驶汽车,需要同时使用多个传感器。
  而这五大传感器又可分为无源传感器(如摄像头)和有源传感器(如激光雷达、雷达和超声波收发器)。那么,什么是有源传感器?什么是无源传感器?两者的区别是什么?又会如何影响自动驾驶汽车的感测效果?
  自动驾驶汽车上的无源传感器与有源传感器
  无源传感器也称为能量转换型传感器,它不需要外部电源。在自动驾驶汽车上,无源传感器为无源摄像头传感器。
  摄像头传感器
  摄像头通过收集反射到三维环境对象上的光来捕捉二维图像。图像质量通常取决于环境条件,即不同的天气条件,不同的光照环境,都会对图像质量产生不同的影响。计算机视觉和机器学习算法通常用于从捕获的图像/视频中提取有用的信息。
  目前,由于单目像头难以对物体距离进行测量,通过多台摄像头利用三角测原理实观距离测量的立体视觉方法得到广泛应用。多目立体摄像头,可在一定程度上实现深度、距离的感知。
  今后摄像头可感知光线的波长范围将扩大可见光逐步材大至还红外线、远红外线,将现对人随着感知围从可眼所不可见物体的感知。同时,HDR(高动态范围成像)技术也将得到应用。通过拍摄曝光度不同的一组照片,可以以此合成近似于人眼所见的图像。该技术在智能手机上已得到普及,将来也将被运用于汽车领域。
  有源传感器,也称为能量转换性传感器或换能器,指将非电能量转化为电能量,只转化能量本身,并不转化能量信号的传感器。在自动驾驶汽车里,雷达、激光雷达和超声波传感器都是有源传感器。
  激光雷达
  LiDAR使用发射器发射激光束,并通过接收器对遇障碍物后返回的激光束进行探测。激光雷达传感器通过发射脉冲激光,计算散射光从发射到遇障碍物返回的时间间隔(TimeofFlight,下行时间),可对三维空间内的物体形状及距离进行有效感知,可在较长距离内(当前车用最长距离为120m)实现感知。
  激光雷达以每秒50,000-200,000个脉冲的速度覆盖一个区域,并将返回的信号编译成一个3D点云,通过比较连续感知的点云、物体的差异检测其运动,由此创建一个250米范围内的3D地图。
  随着今后系统结构简化,激光雷达发射器等半导体在实现量产的同时,价格也将下降。此外,测量用LiDAR与感知车辆周边异常情况的LiDAR在技术参数上是不同的。常规摄像头无法感知夜间环境,而LiDAR不论昼夜均可使用。
  雷达
  无论是毫米波雷达还是普通雷达,都主要通过无线电波进行测距。无线电波以光速传播,在电磁波谱中频率最低(波长最长),基于无线电波的反射特性,雷达传感器可以探测到前方物体之外的东西。
  不过,雷达信号容易被具有相当导电性的材料(如金属物体)反射,并且其他无线电波的干扰也会影响雷达的性能,造成雷达传感器无法对物体进行探测。在确定被探测目标的形状方面,雷达的能力不如激光雷达。
  当前使用的毫米波雷达有24GHz、60GHz、76GHz等多种规格。与使用可见光、红外线、激光等光源的传感器相比,米波达波长要长,可穿透雨、雪、雾,不容易受坏天气的影响。传感器有坚固的结构,防污性能强。不仅可测距,还可以利用多普勒效应测量相对速度。
  由于空间解析能力低,在高级自动驾驶中,毫米波雷达常作为辅助传感器用于相对速度测量等功能。
  另外,由于频率不同的毫米波雷达各有其特性,并且在其他用途上使用的相同频率雷达可能彼此间将发生干涉,因此需要探讨如何对超声波雷达的使用场合进行限制。
  超声波传感器
  超声波传感器也称为声纳;声音导航测距。在有源传感器中,声波的频率最低(波长最长),因此声波更容易被干扰,这也意味着超声波传感器很容易受到不利环境条件的影响,如下雨和灰尘。另外,其他声波产生的干扰也会影响传感器的性能,需要通过使用多个传感器和依赖额外的传感器类型来缓解干扰。
  相比于摄像头、激光雷达和毫米波雷达,超声波在自动驾驶领域的运用并不广泛。
  有源传感器与无源传感器的区别:
  简单来说,两者的区别在于是否需要外部供电。无源传感器,不需要电源就能工作;有源传感器,需要供电才能工作。
  从工作原理来分析,无源传感器是完全通过吸收被测对象的能量来输出信号;而有源传感器的输出信号能量部分来自被测对象,另一部分由电源提供。
  从性能上来分析,无源传感器更简单,但对被测对象的影响更大,灵敏度不高,输出信号能量不高,易受干扰;有源传感器较复杂,对被测对象的影响小,灵敏度高,输出信号能量高,不易受干扰。
  本质上,有源传感器是在无源传感器基础上多了一个能量放大机制而已。两者在自动驾驶汽车上的应用各有优劣。
  无源传感器能够探测环境中物体反射的现有能量,如光、辐射等。但在弱光环境下,由于没有自己的传播源,无源传感器的性能将有所下降。并且在产生的数据方面,对比有源传感器,无源传感器产生的数据量更多,约0.5-3.5Gbps。
  即便如此,无源传感器在自动驾驶应用中仍具有多方面特点,主要包括:
  1.涵盖整个视野宽度的高分辨率的像素和颜色;
  2.在视野中保持恒定的帧频;
  3.两个摄像头可以生成一个3D立体视图;
  4.缺乏发射源减少了来自其他车辆的干扰的可能性;
  5.技术成熟,成本低;
  6.系统生成的图像便于用户理解和交互。
  使用无源摄像头传感器套件,需要覆盖汽车周边的各个环境。这可以通过使用在特定时间间隔拍摄图像的旋转相机来实现,或者通过软件将4-6个相机的图像拼接在一起。
  此外,这些传感器需要一个超过100分贝的高动态范围(场景中高光和阴影的成像能力),使它们能够在各种光照条件下工作,并区分不同的对象。
  而激光雷达和超声波这类有源传感器,具有信号传输源,依靠TOF原理感知环境,ToF能够通过等待信号的反射返回来测量信号从源到目标的传播时间,信号的频率决定了系统所使用的能量及其准确性。因此,确定正确的波长在选择系统时起着关键的作用。
  自动驾驶汽车中的传感器融合及算法
  无论是有源还是无源,自动驾驶汽车上的各类传感器均有其优缺点,而且SLAM是一个复杂的过程,因为定位需要地图,而绘制地图需要良好的位置估计。所以,为了更准确地执行即时定位和地图构建,往往会采用多传感器融合的方案。
  传感器融合是将多个传感器和数据库的数据结合起来以实现信息改进的过程。它是一个多层次的过程,能够处理数据间的联系和相关性,对数据进行组合,与使用单个数据源相比,能够获得更便宜、更高质量、相关性更高的信息。
  而自动驾驶汽车需要从技术上对传感器进行判断、选择,筛选的条件主要有以下几个方面:
  扫描范围,决定了传感器对被感知的物体做出反应的时间;
  分辨率,传感器可以为自动驾驶车辆提供的环境细节;
  视野/角度分辨率,决定自动驾驶汽车需要多少传感器来覆盖感知的区域;
  3D环境下区分静态对象和动态对象的能力;
  刷新率,决定传感器信息更新的频率;
  在不同环境条件下的总体可靠性和准确性;
  成本、尺寸和软件兼容性;
  生成的数据量。
  具体我们可以看看Waymo、Volvo-Uber和Tesla的传感器方案,均采用多种传感器。
  同时,传感器融合还需要用到强大的AI算法。在自动驾驶汽车AI架构中,主要有两种方法:
  1.逐步处理。把整个驾驶过程拆解为一系列逐层连接的流水线,其中的每一步,比如感知、定位、地图、路径导航、运动控制,都分别由各自的具体软件组件处理。
  2.端到端。基于深度学习的解决方案,一次性处理所有这些功能。
  通过传感器的融合,自动驾驶汽车获得了数据,不过,如何从传感器信号中提取有用的信息,并基于现有信息执行任务,还需要利用机器学习算法——CNN、RNN、DRL。
  CNN(卷积神经网络):主要用于处理图像和空间信息,提取感兴趣的特征和识别环境中的对象。这些神经网络是由一个卷积层构成的:一个过滤器的集合,它试图区分图像的元素或输入数据来标记它们。这个卷积层的输出被输入到一个算法中,该算法将它们结合起来预测图像的最佳描述。最后的软件组件通常称为对象分类器,因为它可以对图像中的对象进行分类,例如一个路标或另一辆汽车。
  RNN(递归神经网络):主要用于处理视频信息,在这些网络中,先前步骤的输出将作为输入进入到网络中,从而允许信息和知识能够在网络中持久存在并被上下文化。
  DRL(深度强化学习):DRL方法允许软件定义的“代理”学习在虚拟环境中使用奖励函数实现目标的最佳可能操作。这些面向目标的算法将学习如何实现目标,或如何在多个步骤中沿着一个特定的维度最大化。目前,深度强化学习在无人驾驶汽车中的应用还处于起步阶段。
  这些方法不一定是孤立存在的。为了避免过度拟合,在深度学习中通常会进行多任务训练网络。当机器学习算法被训练用于一个特定的任务时,它会变得如此专注于模仿它所训练的数据,以至于试图进行插值或外推时,它的输出会变得不现实。
  通过在多个任务上训练机器学习算法,网络的核心将专注于发现对所有目的都有用的通用特性,而不是专注于一个任务,以便输出更加实际有用的应用程序。
  利用传感器提供的所有数据和这些算法,自动驾驶汽车能够探测到周围的物体。

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