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关于智能传感器与汽车电子的分析摘要：现代汽车电子从所应用的电子元器件到车内电子系统的架构均已进入了一个有本质性提高的新阶段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能传感器。关键词：智能传感器1 汽车电子操控和安全系统谈起近几年来我国汽车工业增长迅速，发展势头很猛。因此评论界出现了一些专家的预测：汽车工业有可能超过IT产业，成为中国国民经济最重要的支柱产业之一。其实，汽车工业的增长必将包含与汽车产业相关的IT 产业的增长。例如，虽然目前在我国一汽的产品中电子产品和技术的价值含量只占10%—15%左右，但国外汽车中电子产品和技术的价值含量平均约为22%，中、高档轿车中汽车电子已占30%以上，而且这个比例还在不断地快速增长，预期很快将达到50%。电子信息技术已经成为新一代汽车发展方向的主导因素，汽车（机动车）的动力性能、操控性能、安全性能和舒适性能等各个方面的改进和提高，都将依赖于机械系统及结构和电子产品、信息技术间的完美结合。汽车工程界专家指出：电子技术的发展已使汽车产品的概念发生了深刻的变化。这也是最近电子信息产业界对汽车电子空前关注的原因之一。但是，必须指出的是，除了一些车内音响、视频装备，车用通信、导航系统，以及车载办公系统、网络系统等车内电子设备的本质改变较少外，现代汽车电子从所应用的电子元器件（包括传感器、执行器、微电路等）到车内电子系统的架构均已进入了一个有本质性提高的新阶段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能传感器（智能执行器、智能变送器）。实际上，汽车电子已经经历了几个发展阶段：从分立电子元器件搭建的电路监测控制，经过了电子元器件或组件加微处理器构筑的各自独立的、专用的、半自动和自动的操控系统，现在已经进入了采用高速总线（目前至少有5种以上总线已开发使用），统一交换汽车运行中的各种电子装备和系统的数据，实现综合、智能调控的新阶段。新的汽车电子系统由各个电子控制单元（ECU）组成，可以独立操控，同时又能协调到整体运行的最佳状态。还可以举一个安全驾驶方面的例子，出于平稳、安全驾驶的需要，仅只针对四个轮子的操控上，除了应用大量压力传感器并普遍安装了刹车防抱死装置（ABS）外，许多轿车，包括国产车，已增设了电子动力分配系统（EBD），ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天气驾驶时的稳定性。现在，国内外的一些汽车进一步加装了紧急刹车辅助系统（EBA），该系统在发生紧急情况时，自动检测驾驶者踩制动踏板时的速度和力度，并判断紧急制动的力度是否足够，如果需要，就会自动增大制动力。EBA的自控动作必须在极短时间（例如百万分之一秒级）内完成。这个系统能使200km/h高速行驶车辆的制动滑行距离缩短极其宝贵的20多米。针对车轮的还有分别监测各个车轮相对于车速的转速，进而为每个车轮平衡分配动力，保证在恶劣路面条件下各轮间具有良好的均衡抓地能力的“电子牵引力控制”（ETC）系统等。从以上列举的两个例子可以清楚看到，汽车发展对汽车电子的一些基本要求： 电子操控系统的动作必须快速、正确、可靠。传感器（+调理电路）+微处理器，然后再通过微处理器（+功率放大电路）+执行器的技术途径已经不再能满足现代汽车的要求，需要通过硬件集成、直接交换数据和简化电路，并提高智能化程度来确保控制单元动作的正确性、可靠性和适时性。 现在几乎所有的汽车的机械结构部件都已受电子装置控制，但汽车车体内的空间有限，构件系统的空间更是极其有限。理想的情况当然是，电子控制单元应与受控制部件紧密结合，形成一个整体。因此器件和电路的微型化、集成化是不可回避的道路。 电子控制单元必须具有足够的智能化程度。以安全气囊为例，它在关键时刻必须要能及时、正确地瞬时打开，但在极大多数时间内气囊是处在待命状态，因此安全气囊的ECU 必须具有自检、自维护能力，不断确认气囊系统的可正常运作的可靠性，确保动作的“万无一失”。 汽车的各种功能部件都有各自的运动、操控特性，并且，对电子产品而言，大多处于非常恶劣的运行环境中，而且各不相同。诸如工作状态时的高温，静止待命时的低温，高浓度的油蒸汽和活性（毒性）气体，以及高速运动和高强度的冲击和振动等。因此，电子元器件和电路必须要有高稳定、抗环境和自适应、自补偿调整的能力。 与上述要求同样重要，甚至有时是关键性的条件是，汽车电子控制单元用的电子元器件、模块必须要能大规模工业生产，并能将成本降低到可接受的程度。一些微传感器和智能传感器就是这方面的典范。例如智能加速度传感器，它不仅能较好地满足现代汽车的各项需要，而且因为可以在集成电路标准硅工艺线上批量生产，生产成本较低（几美元至十几或几十美元），所以在汽车工业中找到了自己最大的应用市场，反过来也有力地促进了汽车工业的电子信息化。2 智能传感器：微传感器与集成电路融合的新一代电子器件微传感器、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，采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。 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。应该指出的是，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（Smart Sensor）、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。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。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Smart Sensor(或device)和Intelligent sensor（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。MEMS芯片的左侧给出的是制备MEMS芯片需要的基本工艺技术。它的右侧则为主要应用领域列举。很明显，MEMS 的最好解决方案也是选用与硅工艺兼容的材料及物理效应、设计理念和工艺流程，也即采用常规标准的CMOS 工艺与二维、三维微细加工技术相结合的方法，其中也包括微机械结构件的制作。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。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。

谈ABS防抱死制动系统一、引言 ABS防抱死制动系统已成为许多汽车的标准安全配置。世界上最早的机械防抱死系统（ABS）是1930年瑞典工程师维奈发明的，成为当时汽车装备的奢侈品。采用ABS能有效地缩短制动距离，减少汽车侧滑，防止车轮抱死和弹跳，改善方向稳定性以及减轻轮胎磨损，保障制动平稳，有利于驾驶安全。ABS的研究经过80年的努力，目前已有了突破性进展，从两轮ABS汽车开始变成四轮ABS汽车，从机械ABS开始向电子ABS发展，逐步使ABS在全球汽车工业得到推广和普及。ABS各种汽车可以在紧急制动时不会有任何一个车轮被抱死，保持良好的附着力和转向性能，提高汽车制动的安全性。二、ABS系统的基本构成 现在汽车上普遍采用的ABS防抱死制动系统是以控制车轮的角减速度为对象，控制车轮的制动力，实现防抱死制动的。主要由轮速传感器、控制器（电脑）及电磁阀组成。三、ABS的工作原理及调节过程（一）ABS的工作原理 由装在车轮上的转速传感器采集4个车轮的转速信号，送到电子控制单元计算出每个车轮的转速，进而推算出车辆的减速度及车轮的滑移率。 ABS电子控制单元根据计算出的参数，通过液压控制单元调节制动过程的制动压力，达到防止车轮抱死的目的。在ABS不起作用时，电子制动力分配系统仍可调节后轮制动力，保证后轮不会在先于前轮抱死，以保证车辆的安全。（二）ABS的调节过程 车轮制动压力调节的控制过程如下：1．建压阶段制动时，通过助力器和总泵建立制动压力。此时常开阀打开，常闭阀关闭，制动压力进入车轮制动器，车轮转速迅速降低，直到ABS电子控制单元通过转速传感器得到识别出车轮有抱死的倾向为止。2．保压阶段 ABS电子控制单元通过转速传感器得到信号，识别出车轮有抱死的倾向时，ABS电子控制单元即关闭常开阀，此时常闭阀仍然关闭。3．降压阶段 如果在保压阶段，车轮仍有抱死倾向，则ABS系统进入降压阶段。此时，电子控制单元命令常闭阀打开，常开阀关闭，液压泵开始工作，制动液从轮缸经低压蓄能器被送回到制动总泵，制动压力降低，制动踏板出现抖动，车轮抱死程度降低，车轮转速开始增加。4．升压阶段 为了达到最佳制动效果，当车轮达到一定转速后，ABS电子控制单元再次命令常开阀打开，常闭阀关闭。随着制动压力增加，车轮再次被制动和减速。四、ABS的正确使用与维修 ABS称为“防抱死”系统而不是“防滑”系统。虽然现代的ABS系统可最大限度地提高制动系统的稳定性，但不能防止车轮在所有的情况下都不发生滑移。在积雪结冰或湿滑的路面上行驶时，汽车稳定性仍较差，此时应减慢车速，小心驾驶。ABS不能减少驾驶员脚踩制动踏板的时间，因此，超速行驶，特别是在弯道、积水湿滑地方或太*近前车时，同样存在车祸的几率，需尽量避免。不可采用多踩几脚制动踏板的方法来增加制动力。在常规制动系统中，多踩几脚制动踏板可使更多的制动液流至分泵，增强制动效果。但对装有ABS的汽车，只需踩紧制动踏板，汽车就会自动进行制动防抱的工作，而不需要人工干预。多踩几脚制动踏板，反而会使ABS电脑得不到正确的制动信号，导致制动效果不良。不可随意增大轮胎的直径，但可以在保持原厂轮胎直径不变的前提下增大轮胎的宽度。因为ABS的车速信号是从车轮取得的，如果不按照此规定，就会导致车轮转速的数据不准确，而使得ABS判断错误，严重时还会造成事故。点火开关在“ON”的位置时，仪表板上的“ABS”指示灯会亮。多数汽车在发动机发动后几秒钟后熄灭。在蓄电池电压低于10V时，ABS恢复正常工作。若ABS指示灯亮后一直不再熄灭，表示系统有故障。此时系统仍能保证一般的制动功能，但无防抱死的能力，应尽快小心驾驶至修理厂检修。制动时，可感觉到制动踏板的抖动，表示ABS在正常工作中。同时也提醒驾驶员，车辆正在不良的路面上行驶，应放慢车速。 只能使用原厂规定的制动液。当车辆装备有安全气囊（SRS）进行ABS检修时，应将SRS的功能暂时解除（需要注意的是，某些车须用专用仪器才能把SRS电脑中的指令删除）。这可防止SRS意外爆开而伤人，在高速试验ABS的性能时特别应该注意。 由于车速传感器有磁性，容易吸上铁屑，检修时应注意。另外，装车速传感器时，应按规定的扭矩拧紧，并涂上指定的防锈剂（不能用黄油），并注意传感器与齿圈的间隙。如果制动管路中有空气，必须排除。一般来说，用手动排气法能够解决问题。必要时应参看原车的维修手册

一、安全气囊 安全气囊系统是一个辅助保护设备，在发生碰撞时，安全气囊充气大约需要秒，非常快的充气速度对确保当乘客的身体被安全带束缚不动而头部仍然向前行进时，安全气囊能及时到位。在头部碰到安全气囊时，安全气囊通过气囊表面的气孔开始排气。气体的排出有一定的速率，确保让人的身体部位缓慢地减速。车辆在行驶过程中遇到突发情况，速度变化大，为了保护乘客和驾驶员，迅速在人与碰撞物之间弹出气囊以吸收人撞在硬物上的能量，从而降低对人的伤害。 二、安全气囊的发展 1.国外汽车安全气囊的发展 安全气囊的雏形是美国人 发明的安全气垫，1952 年 Hetrick 发明了他自己之称为“汽车安全气垫”的装置，用来减轻急刹车或正面碰撞带来的严重伤害。这是一种纯机械装置，用于使气囊膨胀的压缩空气贮存在一个压力容器中，连接着弹簧的质量块用来感应汽车的减速度。当质量块产生位移时，能打开一个阀使压力空气从压力容器中冲出来，以使气囊膨胀。气囊可装在方向盘中、手套箱门上、仪表板上部以及前排座椅的靠背。早期的空气囊主要用于与其它安全装置一起防止飞机着陆时与地面的碰撞，1960 年，安全气囊技术开始在原有的基础上研制并转为民用。安全气囊由美国人约翰・赫特里特（John・Hotrich ）发明，他是一位自学成才的阿宾夕法尼亚州工程师。1952 年，在遭遇一次事故后，他萌发了设计撞车安全装置的想法。在这次事故中，约翰为躲避一个障碍物而猛打方向盘进行制动，他和妻子都用手臂本能地保护坐在前座中间位置上的女儿。这次事故后他意识到必须要有一个良好的方法来保护乘员，两周之后他绘好了设计图纸交给了代理人，这份图纸确定了今天安全气囊的雏型。1953 年 8 月 18 日，他获得了" 汽车缓冲安全装置" 的美国专利。从此汽车安全气囊现世了。 2.国内汽车安全气囊的发展 我国对汽车安全气囊的研究起步较晚，上个世纪 80 年代末我国的一些汽车碰撞安全和军工专家才开始关注汽车安全气囊的研究和发展。随着世界汽车进军我国，我国的汽车工业迎来了前所未有的发展契机，1992 年，我国自行研制的 FS-01 安全气囊通过撞车试验。随着科技的发展和人们对汽车安全重视程度的提高，近年来汽车安全技术中的安全气囊技术发展得很快，智能化、多安全气囊是今后整体安全气囊系统发展的必然趋势。新的技术可以更好地识别乘客类型，采取不同的保护措施。 近年来，智能型安全气囊的研究致力于开发一种能够最大限度地保护乘员的安全气囊系统。 这种气囊系统能够在汽车碰撞的一瞬间根据碰撞条件和乘员状况来调节气囊的工作性能。智能型气囊的关键技术之一是先进的传感系统和电子运算系统，它们在事故发生的短暂时刻内能够提供可靠的碰撞环境的信息。这些信息包括汽车碰撞的剧烈程度，碰撞的方位，乘员的身材、体重、位置，乘员是否系有安全带。智能气囊系统根据原有探测的信息作出判决怎样调节和控制气囊的工作性能，使气囊能充分发挥其保护效果。 三、安全气囊的应用及注意 1.安全气囊的应用 安全气囊属于烟火类（PTI）器材，无论是装配、储存、使用以及运输，都必须按照有关易燃、易爆危险品的“爆破器材法”的规定来处理。 安全气囊是一种一次性的安全防护装置，不允许在装车后进行任何试验。汽车若无碰撞事故正常行驶长达10年时，应更换新的安全气囊系统。 驾驶员和前座乘员安全气囊已成为轿车生产中的标准设备，作为正碰撞事故中的安全措施，安全气囊正往多样化去发展，侧面碰撞气囊正在迅速发展。不同设计形式的侧碰撞气囊可分别安装在坐椅靠背外侧、车门中部、车身中立柱、车身顶部与车门交界部位。这些安装在不同部位的侧碰撞气囊可分别起到保护乘员头部、胸部和臀部的作用。目前在研制的新型保护气囊，还有5 种：①安装在转向盘下方膝垫部位的安全气囊可保护下脚正碰撞中免受伤害。②安装在制动踏板下的安全气囊以保护脚和踝关节在正碰撞中免受伤害。③安装在前座椅靠背上的安全气囊以保护后座乘员。④安装在汽车发动机罩下的安全气囊，保护行人。⑤安装在前挡风玻璃边框的安全气囊以减少行人在汽车碰撞事故中头部的损伤。 安全气囊作为碰撞事故中的重要安全措施，但也不能完全依靠，驾驶员还是要提高驾驶水平技术，提高驾驶素质，以防事故的发生，保证自己和他人的人身财产安全。 2.安全气囊的使用注意 （1）安全气囊必须和安全带配合使用。安全气囊属于辅助防撞安全装置，只有和安全带配合使用，才能获得满意的效果。 （2）注意日常检查。主要检查各碰撞传感器的固定是否牢固，搭铁线部位是否清洁、连接是否可靠，方向盘转动时是否有卡滞现象，以判断方向盘内的SRS螺旋电缆是否完好。 （3）及时排除安全气囊的故障，否则会产生两种严重后果。一种是当汽车发生严重碰撞，需要安全气囊展开起保护作用时，它却不能工作。另一种是在汽车正常运行，安全气囊不应工作时，它却突然膨胀展开，给驾驶员和乘员造成不应有的意外伤害，甚至发生安全事故。 （4）避免高温。安全气囊装置的部件应妥善保管，不要让它承受85℃以上的高温，以免造成安全气囊误打开。 （5）避免意外磕碰和振动。安全气囊传感器等部件对碰撞和冲击很敏感，因此应尽量避免碰撞和冲击，以免造成安全气囊不必要的突然展开。 希望我的回答，能得到您的采纳