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汽车感知传感器揭秘它们如何通过组成与作用察觉周围物品

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,大部分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。包括MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)、磁、化学和温度等四大类传感器,其组成和作用至关重要。

我们统计传统汽油车上MEMS传感器超50个,每个价值500-1000元,不仅数量庞大,而且经济效益巨大。MEMS技术主要用于压力类以及运动类传感器,如加速度计和陀螺仪,这些产品虽然采用微机电系统封装,但对应原理各不相同。

压力MEMS通常基于硅的压阻效应,而加速度MEMS则基于牛顿第二定律,加速度计分为低g(重力加速度)和高g两大类,以适应不同的应用需求。陀螺仪利用Coriolis力的变化来检测旋转角度,而磁场计则依赖于地磁场改变主磁场方向,从而引起导电薄膜内磁场方向与电流夹角值变化,用以确定航向角及姿态。

目前磁傳 感 使 用 的 技术 主要 包 括 霍 尔 效 应 和 AMR 等,还有 GMR 和 TMR 这两种新一代技术正在逐步渗透市场,以其更高性能优势替换旧有技术。在高要求应用场景中,如位臵、角度位臵或液位检测等功能安全等级要求非常高的情况下,将会更加广泛使用TMR技术替代霍尔效应或者AMR/GMR技术,因为TMR具有更强的灵敏度、高温稳定性以及更低功耗,更适合未来自动驾驶时代中的精确位置跟踪需求。

此外,还有一些化学类型的传感器如氧化物(O2)、氮氧化物(NOx)、CO2等用于排放标准检测,以及温度探头用于发动机冷却液温度监控,它们都是现代汽车环境管理不可或缺的一部分。

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