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什么是电动汽车传感器 [复制链接]

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发表于 2017-9-4 13:25:32 |显示全部楼层
电动汽车传感器,被广泛应用于汽车发动机、底盘和车身等系统中,在纯电动汽车电子控制系统有着十分重要的作用。在纯电动汽车里,传感器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。

基本知识
现在电动汽车工业中,传感器广泛应用在发动机、底盘和车身等系统中,在纯电动汽车电子控制系统有着十分重要的作用。

传感器作为纯电动汽车电子控制系统的信息源,是纯电动汽车电子控制系统的关键部件,也是电动汽车电子技术领域研究的核心内容之一。目前,一辆普通家用轿车上大约安装近百只传感器,而豪华轿车上的传感器可达二百余只。据报道,2000年汽车传感器的市场为61.7亿美元,到2008年市场需求量达到14.87亿件。预计到2012年全球汽车传感器市场将上升到135亿美元,全球车用传感器将以9%左右的增长率持续增长。

在纯电动汽车里,传感器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。

发展趋势
未来纯电动汽车传感器的发展趋势是实现微型化、多功能化、集成化和智能化。

设计技术、材料技术。特别是微电子技术的发展是电动汽车传感器的微型化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个芯片上,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。多功能是指一个电动汽车传感器能检测两个或以上物理参数或化学参数。

集成化是直接利用半导体特性制成单片集成电路传感器或是将分离的小型传感器作在硅片上,如集成温度、湿度、压力传感器以及霍尔电路等。多功能化、集成化使传感器的信号处理更为方便,大大提高了传感器的使用性能,节约空间、降低成本。智能化是指纯电动汽车传感器与大规模集成电路的结合,使传感器的智能性不断升级,带有专用微型计算机的智能传感器已在汽车上应用。

介绍
20世界末,随着世界气候环境的恶化和能源危机加剧,人们的环保和节能意识不断增强,人们把目光转向新能源汽车的研发上,混合动力汽车和电动汽车的出现时汽车领域的重大革命,电动汽车除了在能源、环保和节能方面比普通汽车显示出优越性和强大的竞争力外,在车辆性能方面也显示除了巨大的优势,电动汽车的转矩响应迅速、加速度块,比燃油汽车搞出两个数量级,电动机可分散配置,通过线传电子控制技术直接控制车轮转速,易实现四轮独立驱动和四轮转向。网络技术、信息技术和线控技术的广泛应用,使智能交通系统(ITS)的实现也变得非常简单,还可以实现再生制动和能量回收,提高了电动汽车制动的安全性和可靠性。

电动汽车主要由电力驱动子系统、电源子系统和辅助子系统等几部分组成。其结构与传统汽车相比有了明显的变化,其传统燃油动力系统被电力驱动系统所替代。电力驱动系统包括系统控制器、功率变换器、电动机、机械传动装置和车轮,其功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能,并能够在汽车减速制动时,将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。电动汽车的能量源由电池提供。随着电动汽车的结构的变化,其内部所用的传感器也有所不同,传感器类型也相应发生变化。车内大部分的传统和机械钢性信号被柔性的电信号所取代,增加了电源系统中一些电压计电流传感器。为了更好地控制电动机的出入电压计电流,传感器的检测精度也比以往有所提高。电动汽车中同时保留了传统汽车中辅助子系统中作用电子控制传感单元(ECU),同时对安全管理系统和车身舒适系统传感器提出更高要求,体现了汽车传感器的最先进技术。

随着汽车电子控制技术的发展,无论是电动汽车工业,还是传统汽车工业对汽车传感器的要求将会越来越高,汽车传感器不仅要考虑安全、节能、环保以及智能化等方面性能,而且还要不断提高其技术含量,降低生产成本,提高性价比。

组成与分类
随着汽车工业的发展,日新月异的传感器技术正广泛应用到电动汽车领域中,现代汽车技术的发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制,而实现电子控制的主教就是传感器。

传感器能检测物理量、化学量、生物理等信息,并把其转换成电信号。根据传感器的作用,可分类为测量温度、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,对应的装置就会工作不正常甚至不工作。因此,传感器是汽车控制系统的关键性部件,如果没有各种传感器,汽车上的河中微机控制根本无法实现。汽车兴业是当前传感器的最大用户,据统计,1986年,在西欧传感器市场上,汽车用传感器占到33%,美国1986年汽车用传感器约为1.1亿个,其中用在发动机上的传感器约为6 000万个。但随着汽车电子控制技术的发展,汽车用传感器将大幅度地增加,遍布汽车的各个部位。

电动汽车传感器与传统汽车传感器一样,都是由敏感元件、转换元件和其他辅助元件组成,优势也将信号调节与转换电路及辅助电源作为传感器的组成部分。其中敏感元件是指传感器中能直接接受或响应被测量的部分;转换元件指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适合传输和测量的电信号部分。

电动汽车传感器按照其功用大致可分为两大类:一类是使驾驶员了解电动汽车各部分当前状态的显示传感器;另一类是用于控制汽车运行状态的控制传感器。电动汽车常用的控制类传感器如表8.1表示。


性能与要求
传感器的性能指标包括精度、响应特性、可靠性、耐久性、结构是否紧凑、实用性、输出电平等。由于在电动汽车上为了有效地控制电动机与发电机,需要更高精度地检测转子转速、电池的电压计电流传感器,因此对电动汽车用传感器的要求如下:

1)有较好的环境适应性。电动汽车工作的环境温度变化范围较宽、道路表面优劣程度相差很大,烈日、暴雨、环境温度相差悬殊,因此要求传感器耐震、耐温、耐水性良好。

2)批量生产性。由于电动汽车是批量生产的,甚至同一种传感器在一台汽车上要用到十至上百个,所以要求电动汽车用传感器要适合大批量生产的要求。

3)高精度。要求具有高精度的电压及电流传感器、转速传感器。如电动汽车上徐此案吃的电流检测精度要求在0.05~1500 A之间。

4)可靠性。

5)体积小。尽可能做到体积小、质量轻,便于安装、调试,减少整车重量。

6)符合电动汽车传感器有关技术标准要求。

应用-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。目前,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论坛的选择转速变换成汽车速度进行测速的。这在汽车制动、打滑的情况下,以及论坛因新旧、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。目前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。

发展趋势
全球传感器市场正呈现出快速增长态势。资讯公司INTECHNO CONSULTING的市场报告显示,2008年全球传感器市场容量为506亿美元,预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区,而美国、德国、日本依然是传感器市场分布最大的国家。就世界范围而言,传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场。

“没有传感器技术就没有现代汽车”已成为业内共识,这意味着汽车电子化越发达,自动化程度越高,对传感器依赖性就越大。对此,业内专家认为,未来新型汽车应用系统将催生新的汽车传感器与之配套。传感器的最大特点是不断引入新技术发展新功能,未来汽车传感器技术总发展趋势是微型化、多功能化和智能化。

世界车用传感器开发趋势
资料显示,一辆普通家用轿车上大约安装几十只传感器,豪华轿车上的传感器数量可多达200余只。据市场研究机构Strategy Analytics预计,到2012年汽车传感器销售额达158亿美元。

车用传感器大致分为3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比例最大,体现了汽车传感器的最先进技术。例如,油门踏板位置传感器的角度误差必须在0.4%以内;节气门位置传感器需要极高的可靠性,并要能够在-50度到150度工作。

在动力系统中,有源传感器引领发展趋势。凸轮和曲轴传感器因为与汽车的“心脏”发动机密切相关,成为动力系统的关键。而有源的凸轮传感器和曲轴传感器能够为动力系统提供更多的保护,因此将引领未来发展趋势。预计在2009年,将有5820万个有源曲轴传感器投入使用,而无源传感器则将减少到2150万个。

在安全管理系统中,压力传感器实现侧气囊控制。汽车安全管理系统也是广泛使用传感器的领域。汽车侧边气囊的控制有加速度传感器和压力传感器两种方案。权威数据表明,与加速度传感器相比,压力传感器在检测侧边撞击的速度方面,比加速度传感器快了将近3倍,而误动作的概率则更小。

在车身舒适系统中,车门、变速箱、被动安全让汽车更智能。车门模块中,车门把手、车窗控制上使用了直流马达位置传感器,采用分布式门模块架构,并通过LIN总线相连接。变速箱通过使用2轴或3轴角度/线性传感器,能够满足不同的变速箱位置要求并节省成本,具体的传感器选择则要根据汽车变速箱的功能和设计需求来决定。被动安全装置包括座椅承重的检测、安全带打开/扣住的监测、座椅位置调节的检测(保证气囊系统的有效保护)等等,这些控制的细节对汽车传感器的需求也十分可观。

加速度、振动、速度传感器是汽车运动测量中的三种主要传感器,一直保持稳定而强劲的增长势头。目前,世界生产这三种传感器的大型企业有30多家,其中前5名公司占据了31.3%的市场份额。例如Endevco占13.6%,Wilcoxa Research占9.1%,摩托罗拉占4.2%,IMI占3.0%,Analog Devices占1.4%。

西方发达国家排放法规对尾气排放量日益严格的要求,推动了汽车用氧传感器的开发与生产。目前,已实用的汽车氧传感器有氧化锗氧传感器、二氧化钛氧传感器等几种。

值得一提的是,微型化传感器利用微机械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。由于其体积小、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。目前已有不少微型传感器面世,如压力传感器、加速度计、用于防撞的硅加速度计等。

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,从而可节约燃油10%。多功能化的特性使得传感器能够同时检测2个或2个以上的特性参数。

智能传感器配有专用计算机,它的迅速发展将汽车的安全性能提高到一个前所未有的高度。随着微电子技术和微机械加工技术的发展,传感器正朝着微型化、多功能化、智能化方向发展。

传感器在汽车中的应用图解

中国车用传感器发展技术甚忧

Strategy Analytics预测,从2004年到2009年,全球车用传感器将呈现9%左右的成长率。

中国市场更是车用传感器发展的沃土。近几年来,中国传感器的市场一直持续增长。计世资讯(CCW Research)最新调查数据显示,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2009年中国市场销售额将接近10.5亿美元,其同比增长率为40.5%;预计中国2010年市场销售额将超过13.2亿美元,其同比增长率为35.2%。

中国已经跃居世界第二大汽车市场,据中国汽车工业协会公布的数据显示,早在2007年,中国汽车产销量已经双双超过880万辆,同比增长高达22.02%,成为仅次于美国的第二大汽车消费国。

2008年,中国汽车传感器市场规模达57亿美元,预计2010年中国汽车传感器市场将达百亿元,2015年可达1500万辆。汽车电子的趋势是ECU越来越集中,传感器越来越多。中国电喷系统应用传感器占系统的70%以上,ABS(防死锁刹车系统)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。

业内专家由此看好汽车传感器在中国的发展前景。他们认为,汽车数量的增加以及每辆汽车上所采用传感器的增多,决定了中国汽车传感器市场容量必将不断增大,中国传感器市场正进入蓬勃发展期。

然而,和国外传感器产业相比,中国汽车传感器尚未形成独立的产业。自20世纪80年代以来,中国汽车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。中国汽车行业自行配套的传感器只是一些低档的产品。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。当中国发动机电子控制系统由国外进口时,其相应配套的传感器也同时进口到中国。

可见,中国汽车传感器产业整体水平较低,多种传感器尤其是高水平汽车传感器仍旧依赖进口。传感器市场被西门子、博世、霍尼韦尔等国际零部件巨头占据大半江山,而国内汽车传感器产业发展缓慢。

业内人士认为,中国传感器企业生产技术和生产规模目前并未达到汽车产业高新技术的要求,每年要进口50万套以上的高性能汽车传感器。中国的汽车传感器产品与国外同类产品相比,水平相差10多年。比如,中国企业生产的曲轴位置、车速传感器有不少采用电磁式或霍尔式传感方式,存在着准确度低、分解能力差、信号精度不高、抗干扰性弱等问题,而国外同类产品早已采用光电式,有效避免了上述弊端。

另外,汽车传感器微型化、多功能化、集成化和智能化的发展趋势对采用新工艺和开发新材料提出了更高要求。磁敏、气敏、力敏、热敏、光电、激光等多种传感器应运而生,传感器的材料也从金属发展成为半导体、陶瓷、光学纤维等材料。在这些方面,中国企业与外资企业的差距巨大。

目前,汽车技术升级换代,国内外企业都将车用传感器技术列为重点发展的高技术。微型化、智能化、非接触测量和MEAS传感技术,将逐步取代传统的机械式、应变片式、滑动电位器等传感技术,汽车传感器在安全、节能、环保以及智能化方面将取得重大突破。而各大传感器厂商在性能上的比拼,将提升汽车传感器的技术含量,降低生产成本,并推动新的技术革命,促进汽车传感器工业的发展。

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