Автомобильные электронные системы управления обычно следуют рабочему процессу восприятия → управления → выполнения.
Датчик действует как датчик для получения рабочего состояния системы, в то время как блок управления обрабатывает сигналы датчика и вычисляет команды управления выходом, которые в конечном итоге выполняются исполнительным блоком.
В качестве примера возьмем электрическую бустерную рулевую систему (EPS), во время работы транспортного средства датчик угла крутящего момента рулевого колеса контролирует информацию о углу рулевого колеса и крутящем моменте, датчик скорости колеса контролирует скорость колеса, контроллер (ECU) получает сигналы датчика в режиме реального времени через шину CAN, обрабатывает сигналы в режиме реального времени в соответствии с определенной логикой, вычисляет идеальный вспомогательный крутящий момент и, наконец, управляет электродвигателем через MOSFET для достижения вспомогательных эффектов.
В четырех основных системах автомобильной мощности, шасси, кузова и электричества подавляющее большинство электронных систем управления имеют аналогичный принцип работы. От восприятия, управления до исполнения, полупроводниковые устройства повсюду, включая датчики в системе восприятия, микроконтроллеры (MCU), коммуникационные чипы (CAN / LIN и т. Д.), модульные преобразователи в процессе управления (A / D) и силовые устройства в процессе выполнения (MOSFET, IGBT, DCDC). Среди них датчики - это возможности для автомобиля.
Автомобильные датчики можно разделить на две категории: восприятие автомобиля и восприятие окружающей среды. Датчики в источниках питания, шасси, кузове и электронных и электрических системах относятся к категории восприятия транспортных средств, в то время как в ADAS и беспилотных системах бортовые камеры, миллиметровые радары, лидары и т. Д. относятся к категории восприятия окружающей среды.
В этой статье основное внимание уделяется сенсорам автомобиля.
Согласно принципу работы, автомобильные датчики в основном можно разделить на четыре категории: MEMS, магнитные, химические и температурные. Мы подсчитали, что в обычных бензиновых автомобилях более 50 датчиков MEMS и более 30 магнитных датчиков, что составляет около 90% от общего числа.
Сенсоры MEMS
Сенсор MEMS (микроэлектромеханическая система) представляет собой микромеханическую систему, которая интегрирует микромеханическую структуру, микродатчики, микроприводы, схемы обработки сигналов и управления на чипе, а также интерфейсы, модули связи и питания. Он широко используется в датчиках давления и движения в автомобилях.
По оценкам Bosch, в настоящее время на одном автомобиле установлено более 50 датчиков MEMS, и мы оцениваем стоимость каждого автомобиля от 500 до 1000 долларов. Наиболее часто используемыми датчиками инерциальной навигационной системы являются датчики давления, акселерометры, гироскопы и магнитометры. Хотя эти продукты упакованы в микромеханические и электрические системы, их соответствующие принципы различны.
Давление MEMS: Большинство из них основаны на эффекте сопротивления давлению кремния. Давление, воздействующее на кремниевую пленку, приводит к изменению сопротивления четырех резистивных тензометров. выходной сигнал напряжения моста Уистона пропорционален давлению, подходит для сценариев среднего и низкого давления, таких как впускной коллектор двигателя, система контроля давления шины TPMS, вакуум, давление топливного бака и так далее. керамические конденсаторы обычно используются для применения среднего и высокого давления.
Ускорение MEMS: Согласно второму закону Ньютона, ускорение достигается путем измерения инерционной силы, соответствующей массовому блоку во время ускорения.
Используя принцип емкости, сопротивления давлению или конвекции, он делится на две категории: низкий g (ускорение силы тяжести) и высокий g, разница в том, что диапазон измеренных ускорений различен. Низкие / средние g датчики, такие как ±2g ~ ±24g, используются в небезопасных системах, таких как активная подвеска, ESP, опрокидывание, навигация и т. Д., В то время как датчики высокого G, такие как ±200 g, используются в системах безопасности, таких как подушки безопасности.
Угольная скорость MEMS / гироскоп: Основываясь на принципе силы Кориоли: когда объект движется по прямой по оси координат, предполагая, что система координат вращается, объект будет подвергаться вертикальной силе и вертикальному ускорению.
Гироскопы MEMS обычно оснащены конденсаторными панелями, которые могут перемещаться в обоих направлениях. Радиальные конденсаторные панели подвергаются воздействию колебательного напряжения, заставляющего объект двигаться радиально. При вращении поперечная конденсаторная панель может измерять изменения емкости, вызванные поперечным движением Кориоли, тем самым вычисляя угловую скорость. Можно измерить трехосную угловую скорость до x / y / z для опрокидывания, системы управления стабильностью транспортного средства, инерциальной навигации IMU и так далее.
Магнитометр: Во время движения геомагнитное поле изменяет направление основного магнитного поля магнитометра, вызывая изменение угла между направлением магнитного поля и током внутри проводящей мембраны. Изменение угла линейно связано с величиной сопротивления, и относительное положение с геомагнитным полем может быть определено путем преобразования позиционирования.
Магнитометры в основном используются в инерциальных навигационных системах (расчет курса), а также акселерометрах и гироскопах. Они используются для определения курсового угла и положения автомобиля путем измерения относительного положения с геомагнитным полем при отсутствии сигнала GPS. Магнитометр основан на магнитных эффектах и использует технологию MEMS. Из - за сложности достижения чувствительности, необходимой для эффекта Холла, AMR широко используется для индукции геомагнитного поля.
В настоящее время существует четыре поколения технологии магнитных датчиков, а именно эффект Холла, AMR (эффект анизотропного магнитного сопротивления), GMR (эффект гигантского магнитного сопротивления) и TMR (эффект туннельного магнитного сопротивления), которые в основном используются для измерения движения. Конкретные формы продукта включают датчики скорости, линейные и угловые датчики положения, датчики тока и так далее.
Датчик Холла: В настоящее время большинство магнитных датчиков, используемых в автомобилях, основаны на принципе эффекта Холла, называемом датчиком Холла. В основном используется для измерения положения, угла, скорости, тока и других величин движения, разделенных на переключатель Холла, позиционный Холл (линейный / угловой / 3D), скоростной Холл, электрический Холл и тип магнитометра навигационной системы.
Принцип измерения датчика Холла - эффект Холла - означает, что, когда электрический ток проходит через элемент Холла в магнитном поле, магнитное поле перпендикулярно силе, приложенной к электрону в элементе Холла в направлении движения электрона, так что положительный и отрицательный заряды накапливаются в направлении вертикального проводника и линии магнитной индукции, образуя напряжение Холла.
Принцип измерения датчика Холла основан на изменениях магнитного поля и индукционного тока, вызванных резкими магнитными линиями, чтобы обнаружить изменения в состоянии движения цели, которые в конечном итоге приводят к изменению напряжения Холла.
Магнитное сопротивление XMR: AMR, GMR и TMR основаны на принципе магнитного сопротивления. Как технология магнитных датчиков следующего поколения, благодаря своим преимуществам производительности, магнитная проницаемость растет с каждым днем. В настоящее время технология AMR / GMR широко используется в области датчиков, таких как скорость колеса, угол руля / крутящий момент, положение электронного дросселя, скорость коленчатого вала и кулачкового вала.
Используя эффект туннельного магнитного сопротивления магнитных многослойных материалов, производительность датчика TMR значительно улучшилась. По сравнению с компонентами Холла, AMR и GMR он имеет следующие преимущества:
Во - первых, хорошие температурные характеристики, передний модуль покрыт нанометровым слоем оксида, а не полупроводником;
Во - вторых, низкое энергопотребление тока, сниженное с 5 - 20 мА в Холле до уровня мкА;
В - третьих, он имеет высокую чувствительность и низкую стоимость с точки зрения размера и количества. Элементы Холла требуют использования сильных магнитов, таких как неодимовый ферробор.
Датчики TMR заменят датчики Холла отличными характеристиками продукта в сценариях с высоким спросом:
1. Датчики угла, скорости и положения: включают положение ротора бесщеточного двигателя постоянного тока, угол рулевого колеса, скорость колеса, положение дросселя, угол коленчатого вала / кулачкового вала и другие приложения, требующие очень высокого уровня функциональной безопасности.
2. Датчик уровня жидкости: TMR заменяет клапанные переключатели, которые легко повреждаются, плохо согласованы и дорогостоящи. TMR обладает высокой чувствительностью и низкой стоимостью для преодоления проблемы разрушения.
Химический датчик
Датчики кислорода: Как правило, автомобиль оснащен двумя датчиками кислорода, передним датчиком кислорода и задним датчиком кислорода. Передний кислородный датчик обнаруживает содержание кислорода в выхлопных газах смеси и обеспечивает обратную связь с ECU двигателя для коррекции количества впрыска топлива, контролируя коэффициент горения смеси в воздухе вблизи теоретических значений для достижения максимальной эффективности тройного каталитического преобразователя. Датчик после кислорода определяет содержание кислорода в смеси после каталитического преобразования, чтобы определить, не отказал ли трехкомпонентный каталитический преобразователь.
Датчики оксида азота: Датчики оксида азота в основном используются в селективной системе каталитического восстановления дизельных транспортных средств (SCR) для проверки соответствия содержания оксида азота после каталитического восстановления выхлопных газов требованиям к выбросам.
Датчик температуры
Терморезисторы обычно используются для измерения температуры автомобиля и могут быть разделены на две категории: PTC и NTC.
NTC: Сопротивление уменьшается с повышением температуры и в основном используется для измерения температуры газа, жидкости и окружающей среды, включая охлаждающую жидкость, впускную трубу, выход испарителя кондиционера воздуха и контроль температуры внутри и снаружи автомобиля.
PTC: Когда температура превышает определенный уровень, сопротивление значительно увеличивается. Он в основном используется для защиты от перенапряжения, температурных ограничений, нагрева и других сценариев, таких как датчики защиты двигателя.
При высоких температурах, таких как выхлопные коллекторы двигателя и тройные каталитические конвертеры с температурой более 800 °C, традиционные термисторы не отвечают требованиям и обычно измеряются с помощью платиновых датчиков температуры сопротивления.
Wuxi Hui Union Information Technology Co., Ltd. является высокотехнологичным предприятием, занимающимся разработкой, производством и продажей различных типов волоконно - оптических гироскопов, микромеханических и электрических систем гироскопов, датчиков наклона, наклонов, нивелиров, электронных компасов, GPS, Beidou Navigation, AHRS, IMU, интегрированных навигационных систем. В частности, в области волоконно - оптических гироскопов компания использует уникальные цифровые решения с замкнутым контуром, обладает рядом запатентованных технологий и является одним из конкурентоспособных поставщиков волоконно - оптических гироскопов в Китае.
Многостороннее сотрудничество с региональной волоконно - оптической сетью связи Пекинского университета и Национальной лабораторией новых систем оптической связи создало богатый технологический резерв компании и мощные возможности для исследований и разработок, а также создало инерциальную навигационную сервисную платформу с независимыми правами интеллектуальной собственности. В настоящее время компания обладает различными высокоточными продуктами, применяемыми в различных областях, таких как наклонометр скважины, инерционный поиск севера, навигация, наведение, стабильность платформы и управление ориентацией, и имеет возможность разрабатывать индивидуальные продукты в соответствии с потребностями клиентов. Добро пожаловать на консультацию.
Заявление об освобождении от ответственности: часть фотографического контента выбрана из Интернета. В случае нарушения свяжитесь с нами для удаления. Большое спасибо.
(Редактор: Union Technology)
