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汽车感知传感器物品中的传感器技术及其应用

汽车电子控制系统普遍遵循感知→控制→执行的工作流程。传感器作为感知单元获取系统的工作状态,控制单元处理传感器信号并计算输出控制指令,由执行单元完成相应动作。

以电动助力转向系统(EPS)为例,车辆运行过程中,方向盘扭矩转角传感器监测方向盘转角及扭矩信息,轮速传感器监测车轮转速(ECU)通过CAN总线实时获取传感器信号,并根据特定逻辑实时处理信号,计算得到一个理想的助力力矩,通过MOSFET控制电机,实现助力效果。

汽车动力、底盘、车身、电气四大系统中,绝大部分的电子控制具备类似的工作原理,从感知、控制到执行环节,其中半导体器件无处不在,如功率管理芯片(Power Management ICs, PMICs)、微控制单元(Microcontrollers, MCUs)、通信芯片(CAN/LIN等)、模数转换器(Analog-to-Digital Converters, ADCs),以及执行环节如功率晶体管(MOSFET/IGBT)和直流-直流变频装置(DC-DC Converter)等。其中MEMS(微机电系统)更是汽车电子化进程中的关键技术和产品机会所在。

MEMS是集成在一颗芯片上的机械结构、微型检测设备和微型驱动设备,它们共同作用于环境或物体上,以改变其物理属性,从而产生可用来进行量测或干预的一个或多个参数变化。这使得MEMS成为广泛应用于各种领域的一种重要技术工具,其性能优异且成本低,使得它非常适合用于智能手机、高级家居自动化设备以及工业自动化等领域。

目前,一辆现代汽车通常装有超过50个MEMS传感器,我们估计单车价值量500-1000元。这些产品虽都采用微机电系统封装,但对应原理各不相同。它们包括加速度计(用于主动悬挂)、陀螺仪(用于惯性导航)、压阻式压强计(用于发动机进气歧管)、磁场计(用于惯性导航)等,这些都是基于不同物理效应设计的,比如牛顿第二定律基础上开发加速度计,以及利用霍尔效应或者其他磁学现象来实现磁场计功能。

然而,与之相关的是,还有一种名为GMR(Giant Magnetoresistance effect)/TMR(Tunnel Magnetoresistance effect)/AMR(Anisotropic magnetoresistance effect)磁阻类型的高性能敏度磁位移探针,这些探针可以被用作位置跟踪、密闭空间内物体移动检测以及非接触式距离丈量等任务,它们依赖于材料内部构造与外部环境交互产生新的物理效应来扩展了前述基于霍尔效应的地面研究范围,并开辟了新的科学研究领域,同时也带来了新兴产业发展潜能,为未来的科技创新提供了可能性。

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