• 自動駕駛汽車傳感器畢業論文(汽車傳感器原理及應用論文)

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    怎么寫關于汽車電子方面的畢業論文

    關于智能傳感器與汽車電子的分析

    摘要:現代汽車電子從所應用的電子元器件到車內電子系統的架構均已進入了一個有本質性提高的新階段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能傳感器。

    關鍵詞:智能傳感器

    1 汽車電子操控和安全系統談起

    近幾年來我國汽車工業增長迅速,發展勢頭很猛。因此評論界出現了一些專家的預測:汽車工業有可能超過IT產業,成為中國國民經濟最重要的支柱產業之一。其實,汽車工業的增長必將包含與汽車產業相關的IT 產業的增長。例如,雖然目前在我國一汽的產品中電子產品和技術的價值含量只占10%—15%左右,但國外汽車中電子產品和技術的價值含量平均約為22%,中、高檔轎車中汽車電子已占30%以上,而且這個比例還在不斷地快速增長,預期很快將達到50%。

    電子信息技術已經成為新一代汽車發展方向的主導因素,汽車(機動車)的動力性能、操控性能、安全性能和舒適性能等各個方面的改進和提高,都將依賴于機械系統及結構和電子產品、信息技術間的完美結合。汽車工程界專家指出:電子技術的發展已使汽車產品的概念發生了深刻的變化。這也是最近電子信息產業界對汽車電子空前關注的原因之一。但是,必須指出的是,除了一些車內音響、視頻裝備,車用通信、導航系統,以及車載辦公系統、網絡系統等車內電子設備的本質改變較少外,現代汽車電子從所應用的電子元器件(包括傳感器、執行器、微電路等)到車內電子系統的架構均已進入了一個有本質性提高的新階段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能傳感器(智能執行器、智能變送器)。

    實際上,汽車電子已經經歷了幾個發展階段:從分立電子元器件搭建的電路監測控制,經過了電子元器件或組件加微處理器構筑的各自獨立的、專用的、半自動和自動的操控系統,現在已經進入了采用高速總線(目前至少有5種以上總線已開發使用),統一交換汽車運行中的各種電子裝備和系統的數據,實現綜合、智能調控的新階段。新的汽車電子系統由各個電子控制單元(ECU)組成,可以獨立操控,同時又能協調到整體運行的最佳狀態。

    還可以舉一個安全駕駛方面的例子,出于平穩、安全駕駛的需要,僅只針對四個輪子的操控上,除了應用大量壓力傳感器并普遍安裝了剎車防抱死裝置(ABS)外,許多轎車,包括國產車,已增設了電子動力分配系統(EBD),ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天氣駕駛時的穩定性?,F在,國內外的一些汽車進一步加裝了緊急剎車輔助系統(EBA),該系統在發生緊急情況時,自動檢測駕駛者踩制動踏板時的速度和力度,并判斷緊急制動的力度是否足夠,如果需要,就會自動增大制動力。EBA的自控動作必須在極短時間(例如百萬分之一秒級)內完成。這個系統能使200km/h高速行駛車輛的制動滑行距離縮短極其寶貴的20多米。針對車輪的還有分別監測各個車輪相對于車速的轉速,進而為每個車輪平衡分配動力,保證在惡劣路面條件下各輪間具有良好的均衡抓地能力的“電子牽引力控制”(ETC)系統等。

    從以上列舉的兩個例子可以清楚看到,汽車發展對汽車電子的一些基本要求:

    1.1 電子操控系統的動作必須快速、正確、可靠。傳感器(+調理電路)+微處理器,然后再通過微處理器(+功率放大電路)+執行器的技術途徑已經不再能滿足現代汽車的要求,需要通過硬件集成、直接交換數據和簡化電路,并提高智能化程度來確??刂茊卧獎幼鞯恼_性、可靠性和適時性。

    1.2 現在幾乎所有的汽車的機械結構部件都已受電子裝置控制,但汽車車體內的空間有限,構件系統的空間更是極其有限。理想的情況當然是,電子控制單元應與受控制部件緊密結合,形成一個整體。因此器件和電路的微型化、集成化是不可回避的道路。

    1.3 電子控制單元必須具有足夠的智能化程度。以安全氣囊為例,它在關鍵時刻必須要能及時、正確地瞬時打開,但在極大多數時間內氣囊是處在待命狀態,因此安全氣囊的ECU 必須具有自檢、自維護能力,不斷確認氣囊系統的可正常運作的可靠性,確保動作的“萬無一失”。

    1.4 汽車的各種功能部件都有各自的運動、操控特性,并且,對電子產品而言,大多處于非常惡劣的運行環境中,而且各不相同。諸如工作狀態時的高溫,靜止待命時的低溫,高濃度的油蒸汽和活性(毒性)氣體,以及高速運動和高強度的沖擊和振動等。因此,電子元器件和電路必須要有高穩定、抗環境和自適應、自補償調整的能力。

    1.5 與上述要求同樣重要,甚至有時是關鍵性的條件是,汽車電子控制單元用的電子元器件、模塊必須要能大規模工業生產,并能將成本降低到可接受的程度。一些微傳感器和智能傳感器就是這方面的典范。例如智能加速度傳感器,它不僅能較好地滿足現代汽車的各項需要,而且因為可以在集成電路標準硅工藝線上批量生產,生產成本較低(幾美元至十幾或幾十美元),所以在汽車工業中找到了自己最大的應用市場,反過來也有力地促進了汽車工業的電子信息化。

    2 智能傳感器:微傳感器與集成電路融合的新一代電子器件

    微傳感器、智能傳感器是近幾年才開始迅速發展起來的新興技術。在我國的報刊雜志上目前所使用的技術名稱還比較含混,仍然籠統地稱之為傳感器,或者含糊地歸納為汽車半導體器件,也有將智能傳感器(或智能執行器、智能變送器)與微系統、MEMS等都歸入了MEMS (微機電系統)名稱下的。這里介紹當前一些歐美專著中常用的技術名詞的定義和技術內涵。

    首先必須說明的是,在絕大多數情況下,本文大小標題及全文中所說的傳感器其實是泛指了三大類器件:將非電學輸入參量轉換成電磁學信號輸出的傳感器;將電學信號轉換成非電學參量輸出的執行器;以及既能用作傳感器又能用作執行器,其中較多的是將一種電磁學參量形式轉變成另一種電磁學參量形態輸出的變送器。就是說,關于微傳感器、智能傳感器的技術特性可以擴大類推到微執行器、微變送器-傳感器(或執行器、或變送器)的物理尺度中至少有一個物理尺寸等于或小于亞毫米量級的。微傳感器不是傳統傳感器簡單的物理縮小的產物,而是基于半導體工藝技術的新一代器件:應用新的工作機制和物化效應,采用與標準半導體工藝兼容的材料,用微細加工技術制備的。因此有時也稱為硅傳感器??梢杂妙愃频亩x和技術特征類推描述微執行器和微變送器。 它由兩塊芯片組成,一是具有自檢測能力的加速度計單元(微加速度傳感器),另一塊則是微傳感器與微處理器(MCU)間的接口電路和MCU。這是一種較早期(1996年前后)的,但已相當實用的器件,可用于汽車的自動制動和懸掛系統中,并且因微加速度計具有自檢能力,還可用于安全氣囊。從此例中可以清楚看到,微傳感器的優勢不僅是體積的縮小,更在于能方便地與集成電路組合和規模生產。應該指出的是,采用這種兩片的解決方案可以縮短設計周期、降低開發前期小批量試產的成本。但對實際應用和市場來說,單芯片的解決方案顯然更可取,生產成本更低,應用價值更高。

    智能傳感器(Smart Sensor)、智能執行器和智能變送器-微傳感器(或微執行器,或微變送器)和它的部分或全部處理器件、處理電路集成在一個芯片上的器件(例如上述的微加速度計的單芯片解決方案)。因此智能傳感器具有一定的仿生能力,如模糊邏輯運算、主動鑒別環境,自動調整和補償適應環境的能力,自診斷、自維護等。顯然,出于規模生產和降低生產成本的要求,智能傳感器的設計思想、材料選擇和生產工藝必須要盡可能地和集成電路的標準硅平面工藝一致??梢栽谡9に嚵鞒痰耐镀?,或流程中,或工藝完成后增加一些特殊需要的工序,但也不應太多。

    在一個封裝中,把一只微機械壓力傳感器與模擬用戶接口、8位模-數轉換器(SAR)、微處理器(摩托羅拉69HC08)、存儲器和串行接口 (SPI)等集成在一個芯片上。其前端的硅壓力傳感器是采用體硅微細加工技術制作的。制備硅壓力傳感器的工序既可安排在集成 CMOS 電路工藝流程之前,亦可在后。這種智能壓力傳感器的技術和市場都已成熟,已廣泛用于汽車(機動車)所需的各式各樣的壓力測量和控制單元中,諸如各種氣壓計、噴嘴前集流腔壓力、廢氣排氣管、燃油、輪胎、液壓傳動裝置等。智能壓力傳感器的應用很廣,不局限于汽車工業。目前,生產智能壓力傳感器的廠商已不少,市售商品的品種也很多,已經出現激烈的競爭。結果是智能壓力傳感器體積越來越小,隨之控制單元所需的*** 接插件和分立元件越來越少,但功能和性能卻越來越強,而且生產成本降低很快。

    順便需要說說的是,在一些中文資料中,尤其是一些產品宣傳性材料中,籠統地將Smart Sensor(或device)和Intelligent sensor(或device)都稱之為智能傳感器,但在歐美文獻中是有所差別的。西方專家和公眾通常認為,Smart(智能型)傳感器比Intelligent(知識型)的智慧層次和能力更高。當然,知識型的內涵也在不斷進化,但那些只能簡單響應環境變化,作一些相應補償、調整工作狀態的,特別是不需要集成處理器的器件,其知識等級太低,一般不應歸入智能器件范疇。

    相信大多數讀者能經常接觸到的,最貼近生活的智能傳感器可能要算是用于攝像頭、數碼相機、攝像機、手機攝像中的CCD圖像傳感器了。這是一種非智能型傳感器莫屬的情況,因為CCD 陣列中每個硅單元由光轉換成的電信號極弱,必須直接和及時移位寄存、并處理轉換成標準的圖像格式信號。還有更復雜一些的,在中、高檔長焦距(IOX)光學放大數碼相機和攝像機上裝備的電子和光學防抖系統,特別是高端產品中的真正光學防抖系統。它的核心是雙軸向或3軸向的微加速度計或微陀螺儀,通過它監測機身的抖動,并換算成鏡頭的各軸向位移量,進而驅動鏡頭中可變角度透鏡的移動,使光學系統的折射光路保持穩定。

    微系統(Microsystem)和MEMS(微機電系統)-由微傳感器、微電子學電路(信號處理、控制電路、通信接品等)和微執行器構成一個三級級聯系統、集成在一個芯片上的器件稱之為微系統。如果其中擁有機械聯動或機械執行機構等微機械部件的器械則稱之為MEMS。

    MEMS芯片的左側給出的是制備MEMS芯片需要的基本工藝技術。它的右側則為主要應用領域列舉。很明顯,MEMS 的最好解決方案也是選用與硅工藝兼容的材料及物理效應、設計理念和工藝流程,也即采用常規標準的CMOS 工藝與二維、三維微細加工技術相結合的方法,其中也包括微機械結構件的制作。

    微傳感器合乎邏輯的發展延伸是智能傳感器,智能傳感器自然延伸則是微系統和MEMS,MEMS 的進一步發展則是能夠自主接收、分辨外界信號和指令,進而能獨立、正確動作的微機械(Micromachines)?,F在,開發成功、并已有商業產品的MEMS品種已不少,涵蓋各大領域。其中包括全光光通信和全光計算機的關鍵部件之一的二維、三維MEMS光開關。

    通過控制芯片上的微反射鏡陣列,實現光輸入/輸出的交叉互聯。這是目前全光交換技術的成熟的最佳方案。市場上可買到的MEMS光開關已達1296路,開關轉換時間約為20ms。

    微機械(也稱為納米機械)則尚處于開發試驗階段,但已有許多很重要的實驗室產品涌現,如著名的納米電機、微昆蟲、微直升機和潛水艇等。技術產業界普遍認為,它們的開發成功和投入實際應用將對工業技術和生活質量產生深遠的影響。

    汽車專業畢業論文(3000字)

    汽車ABS技術的發展趨勢研究

    在汽車防抱死制動系統出現之前,汽車所用的都是開環制動系統。其特點是制動器制動力矩的大小僅與駕駛員的操縱力、制動力的分配調節以及制動器的尺寸和型式有關。由于沒有車輪運動狀態的反饋信號,無法測知制動過程中車輪的速度和抱死情況,汽車就不可能據此調節輪缸或氣室制動壓力的大小。因此在緊急制動時,不可避免地出現車輪在地面上抱死拖滑的現象。當車輪抱死時,地面的側向附著性能很差,所能提供的側向附著力很小,汽車在受到任何微小外力的作用下就會出現方向失穩問題,極易發生交通事故。在潮濕路面或冰雪路面上制動時,這種方向失穩的現象會更加嚴重。汽車防抱死制動系統(Anti-lock Braking System簡稱ABS)的出現從根本上解決了汽車在制動過程中的車輪抱死問題。它的基本功能就是通過傳感器感知車輪每一瞬時的運動狀態,并根據其運動狀態相應地調節制動器制動力矩的大小以避免出現車輪的抱死現象,因而是一個閉環制動系統。

    它是電子控制技術在汽車上最有成就的應用項目之一,汽車制動防抱死系統可使汽車在制動時維持方向穩定性和縮短制動距離,有效提高行車的安全性。

    一、ABS的工作原理

    汽車制動時由于車輪速度與汽車速度之間存在著差異,因而會導致車輪與路面之間產生滑移,當車輪以純滾動方式與路面接觸時,其滑移率為零;當車輪抱死時其滑移率為100%。當滑移率在8%~35%之間時,能傳遞最大的制動力。制動防抱死的基本原理就是依據上述的研究成果,通過控制調節制動力,使制動過程中車輪滑移率控制在合適的范圍內,以取得最佳的制動效果。ABS系統硬件構成主要由傳感器(包括輪速傳感器、減速度傳感器和車速傳感器)、電子控制裝置、制動壓力調節器三大部分組成,形成一個以滑移率為目標的自動控制系統。傳感器測量車輪轉速并將這一數據傳送至電子控制裝置上,控制裝置是一個微處理器,它根據車輪轉速傳感器信號來計算車速。在制動過程中,車輪轉速可與控制裝置中預先編制的理想減速度的特性曲線相比較。如果控制裝置判斷出車輪減速度太快和車輪即將抱死時,它就發出信號給液壓調節器,液壓調節器可根據來自控制裝置的信號對制動器的卡鉗或輪泵的油壓進行控制(作用、保持、釋放、重新作用)。這一動作,每秒鐘能出現10次以上。

    二、ABS技術的發展及應用現狀

    基于制動防抱理論的制動系統首先是應用于火車和飛機上。1936年,德國博世公司(BOSCH)申請一項電液控制的ABS裝置專利,促進了ABS技術在汽車上的應用。汽車上開始使用ABS始于1950年代中期福特汽車公司,1954年福特汽車公司在林肯車上裝用法國航空公司的ABS裝置,這種ABS裝置控制部分采用機械式,結構復雜,功能相對單一,只有在特定車輛和工況下防抱死才有效,因此制動效果并不理想。機械結構復雜使ABS裝置的可靠性差、控制精度低、價格偏高。ABS技術在汽車上的推廣應用舉步艱難。直到70年代后期,由于電子技術迅猛發展,為ABS技術在汽車上應用提供了可靠的技術支持。ABS控制部分采用了電子控制,其反應速度、控制精度和可靠性都顯著提高,制動效果也明顯改善,同時其體積逐步變小,質量逐步減輕,控制與診斷功能不斷增強,價格也逐漸降低。這段時期許多家公司都相繼研制了形式多樣的ABS裝置。

    進入90年代后,ABS技術不斷發展成熟,控制精度、控制功能不斷完善?,F在發達國家已廣泛采用ABS技術,ABS裝置已成為汽車的必要裝備。北美和西歐的各類客車和輕型貨車ABS的裝備率已達90%以上,轎車ABS的裝備率在60%左右,運送危險品的貨車ABS的裝備率為100%。ABS裝置制造商主要有:德國博世公司(BOSCH),歐、美、日、韓國車采用最多;美國德科公司(DELCO),美國通用及韓國大宇汽車采用;美國本迪克斯公司(BENDIX),美國克萊斯勒汽車采用;還有德國戴維斯公司(TEVES)、德國瓦布科(WABCO)、美國凱爾西海斯公(KELSEYHAYES)等,這些公司的ABS產品都在廣泛地應用,而且還在不斷發展、更新和換代。

    近年來,ABS技術在我國也正在推廣和應用,1999年我國制定的國家強制性標準GB12676-1999《汽車制動系統結構、性能和試驗方法》中已把裝用ABS作為強制性法規。此后一汽大眾、二汽富康、上海大眾、重慶長安、上海通用等均開始采用ABS技術,但這些ABS裝置我國均沒有自主的知識產權。

    國內研究ABS主要有東風汽車公司、交通部重慶公路研究所、濟南捷特汽車電子研究所、清華大學、西安交通大學、吉林大學、華南理工大學、合肥工業大學等單位,雖然起步較晚,也取得了一些成果。在氣壓ABS方面,國內企業包括東風電子科技股份有限公司、重慶聚能、廣東科密等都已形成了一定的生產規模。液壓ABS由于技術難度大,國外技術封鎖嚴密,國內企業暫時不能獨立生產,但在液壓ABS方面也在做自主研發,力圖突破國外跨國公司的技術壁壘,已經取得了一些新的進展和突破。如清華大學和浙江亞太等承擔的汽車液壓防抱死制動系統(ABS)“九五”國家科技攻關課題,在ABS控制理論與方法、電子控制單元、液壓控制單元、開發裝置和匹配方法等關鍵技術方面均取得了重大成果。采用的耗散功率理論,避免了傳統的邏輯門限值研究方法的局限性,取得了理論上的突破,研發ABS成功且進入產業化、批量生產階段。其試樣在南京IVECO輕型客車上匹配使用全面達到了國家標準GB12676-1999和歐洲法規EECR13的要求。這對振興我國汽車工業與汽車零部件業具有劃時代意義,標志著我國汽車液壓ABS國產化已邁出堅實的一步。同時合肥工業大學也研制出國內具有自主知識產權的液壓制動電子防抱系統,率先在HF6700輕型汽車上匹配使用獲得成功。國內液壓ABS技術含量與國外雖有一定的差距,但在政府的大力支持和國內豐富的人力資源配合下,相信國內可以在較短的時間內在ABS技術某些領域趕超國際水平

    求一篇傳感器畢業論文

    一、紅外輻射的產生及其性質

    紅外輻射是由于物體(固體、液體和氣體)內部分子的轉動及振動而產生的。這類振動過程是物體受熱而引起的,只有在絕對零度(-273.16℃)時,一切物體的分子才會停止運動。所以在絕對零度時,沒有一種物體會發射紅外線。換言之,在一般的常溫下,所有的物體都是紅外輻射的發射源。例如火焰、軸承、汽車、飛機、動植物甚至人體等都是紅外輻射源。紅外線和所有的電磁波一樣,具有反射、折射、散射、干涉及吸收等性質,但它的特點是熱效應非常大,紅外線在真空中傳播的速度c=3×108m/s,而在介質中傳播時,由于介質的吸收和散射作用使它產生衰減。紅外線的衰減遵循如下規律

    (9-2-1)

    式中,I為通過厚度為x的介質后的通量;I0為射到介質時的通量;e為自然對數的底;K為與介質性質有關的常數。

    金屬對紅外輻射衰減非常大,一般金屬材料基本上不能透過紅外線;大多數的半導體材料及一些塑料能透過紅外線;液體對紅外線的吸收較大,例如厚l(mm)的水對紅外線的透明度很小,當厚度達到lcm時,水對紅外線幾乎完全不透明了;氣體對紅外輻射也有不同程度的吸收,例如大氣(含水蒸汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等)就存在不同程度的吸收,它對波長為1~5μm,8~14μm之間的紅外線是比較透明的,對其他波長的透明度就差了。而介質的不均勻,晶體材料的不純潔,有雜質或懸浮小顆粒等,都會引起對紅外輻射的散射。

    實踐證明,溫度愈低的物體輻射的紅外線波長愈長。由此在工業上和軍事上根據需要有選擇地接收某一范圍的波長,就可以達到測量的目的。

    二、紅外傳感器的組成:

    我們先看看紅外系統的組成、主要光學系統和輔助光學系統,在此基礎上對紅外的關鍵元件進行詳細的探討。其實,紅外傳感器的工作原理并不復雜,一個典型的傳感器系統各部分工作原理(如圖所示):

    三、紅外傳感系統的分類:

    紅外傳感系統是用紅外線為介質的測量系統,按照功能能夠分成五類:(1)輻射計,用于輻射和光譜測量;(2)搜索和跟蹤系統,用于搜索和跟蹤紅外目標,確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤;(3)熱成像系統,可產生整個目標紅外輻射的分布圖象;(4)紅外測距和通信系統;(5)混合系統,是指以各類系統中的兩個或者多個的組合。

    四、紅外傳感器工作原理:

    (1)待側目標。根據待側目標的紅外輻射特性可進行紅外系統的設定。

    (2)大氣衰減。待測目標的紅外輻射通過地球大氣層時,由于氣體分子和各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收,將使得紅外源發出的紅外輻射發生衰減。

    (3)光學接收器。它接收目標的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當于雷達天線,常用是物鏡。

    (4)輻射調制器。對來自待測目標的輻射調制成交變的輻射光,提供目標方位信息,并可濾除大面積的干擾信號。又稱調制盤和斬波器,它具有多種結構。

    (5)紅外探測器。這是紅外系統的核心。它是利用紅外輻射與物質相互作用所呈現出來的物理效應探測紅外輻射的傳感器,多數情況下是利用這種相互作用所呈現出來的電學效應。此類探測器可分為光子探測器和熱敏感探測器兩大類型。

    (6)探測器制冷器。由于某些探測器必須要在低溫下工作,所以相應的系統必須有制冷設備。經過制冷,設備可以縮短響應時間,提高探測靈敏度。

    (7)信號處理系統。將探測的信號進行放大、濾波,并從這些信號中提取出信息。然后將此類信息轉化成為所需要的格式,最后輸送到控制設備或者顯示器中。

    (8)顯示設備。這是紅外設備的終端設備。常用的顯示器有示波器、顯象管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。

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