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        4. 都睿感控

          專注傳感器國內第一

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          智能傳感器與現代汽車電子

           現代汽車電子適用的電子部件到車內電子系統的框架已進入實質上提高的新階段。其中最有代表性的一個就是智能傳感器。

           1 .汽車電子控制和安全系統 

              近年來,我國汽車工業迅速成長,勢頭迅速增長。因此,有人預測,汽車工業有可能超過it產業,成為中國國民經濟最重要的柱產業之一。實際上,汽車產業的成長包括與汽車產業相關的it產業的成長。例如,現在中國汽車產品中電子產品和技術的價值是10 %-15%左右,海外汽車中電子產品和技術的價值平均約22%,中高級車中汽車的電子是30%以上。而且,這個比率還在急速成長,預計馬上就會達到50%。

              電子信息技術已成為下一代汽車發展的主要原因,汽車(汽車)的動力性能、操縱性能、安全性能、舒適性能等各方面的改善和提高,依賴于機械系統和構造與電子產品、信息技術的完善協作。汽車工程專家指出,電子技術的發展使汽車產品的概念發生了很大變化。這也是最近電子信息產業界對汽車電子空前關注的一個原因。但是,除了車內音響、視頻設備、車載通信、導航系統、車載辦公室系統、網絡系統等車內電子設備的本質變化較少之外,現在的汽車電子是適用的電子部件(傳感器、致動器、微電路等)進入了一個本質提高的階段。其中最典型的核心設備之一是智能傳感器(智能致動器、智能變送器)。實際上,汽車電子經過幾個發展階段:由個別電子部件構成的電路監視控制,通過電子部件和組件微處理器構成的各自獨立的專用、半自動、自動操作系統,到現在的高速總線(現在至少5種以上的總線)。新的汽車電子系統由各個電子控制單元( ECU )構成,可以獨立控制,同時可以協調整體動作的最佳狀態。例如,為了使發動機處于最佳工作狀態,根據吸入氣缸空氣流量、吸氣壓的測定,根據水溫、空氣溫度等工作環境參數計算基本噴射量,同時用節氣門位置傳感器檢測節氣門開度來決定發動機的動作。該發動機燃料噴射系統和點火綜合控制系統與廢氣排放的監視系統和啟動系統等組合,能夠構筑使汽車的發動機的動力和轉矩最大化,同時使燃料消耗和廢氣排放最小化的智能系統。

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              一個關于安全駕駛的例子,為了穩定安全運行僅針對使用輪子操控時,除了大量應用壓力傳感器,一般搭載制動鎖定裝置( ABS )外,還增設了包括國產車在內的許多乘用車、電子動力分配系統( EBD ),ABS + EBD最大限度地保障了雨雪天氣運轉時的穩定性,F在,在國內外的一些汽車中,追加了緊急制動輔助系統( EBA ),在緊急情況下,自動檢測駕駛員踩剎車踏板時的速度和力度,判斷緊急制動的力度是否足夠,根據需要自動增大制動力。EBA的自律動作需要在非常短的時間(例如,100萬分之1秒水平)完成。 該系統能夠將200 km/h的高速行駛車輛的制動滑行距離縮短至極其寶貴的20 m以上。除了車輪之外,還有監控各個車輪相對于車速的轉速,并按車輪平衡良好地分配動力,在壞路條件下確保各車輪間的平衡抓地能力的“電子牽引力控制”( etc )系統等。從上面列舉的兩個例子可以看出,汽車滿足了汽車電子的基本要件。

              1.電子控制系統的動作必須是高速、正確、可靠性高的動作。傳感器( +調整電路) +微處理器以及微處理器( +功率放大電路) +執行機構的技術路徑不能滿足當前汽車的要求。需要通過硬件整合、數據直接交換、電路簡單化、智能化,確?刂茊卧膭幼髡_性、可靠性、時間。 

              2.現在,大部分汽車的機械結構零件都是由電子裝置控制的,但是汽車車體內的空間有限,零件系統的空間更有限。當然,希望電子控制單元與被控制部件緊密結合而一體化。因此設備和電路的微細化集成化是不可避免的道路。

              3.電子控制單元必須達到足夠智能化,例,緊急時需要及時且正確的瞬間打開,但由于在極多的時間內氣囊處于待機狀態,因此氣囊的ECU具有自我診斷、自我維護能力,不斷確認氣囊系統正常工作的可靠性,并確認工作的“萬全”。 

              4.汽車的各功能部件各自具有運動、操作特性,另外,在電子產品中多處于非常惡劣的運轉環境中,各自不同。動作時的高溫、靜止待機時的低溫、高濃度的油蒸氣和活性(毒性)氣體、高速運動和高強度的沖擊和振動等。因此,電子部件和電路需要高穩定性、耐環境性、適應性、補償調整能力。

              5.與上述要求同樣重要,有時作為重要的條件,汽車電子控制單元用的電子部件、模塊需要大規模的工業生產,且成本需要降低到能接受的程度。微型傳感器和智能傳感器就是這個模型。例如,智能加速度傳感器不僅能夠滿足現代汽車的各種要求,而且能夠在集成電路的標準硅工藝線上批量生產,生產成本低(幾美元至十幾美元或十幾美元),因此在汽車產業中找到自己最大的應用市場。 

           二、智能傳感器:微型傳感器與集成電路融合的下一代電子設備。

              微型傳感器、智能傳感器是近年來急速發展的新技術。在我國的報紙雜志中現在使用的技術名稱還有混入,還是大致被稱為傳感器,或者含含糊糊地匯總到汽車半導體器件中,F介紹一些歐美專業書中常用的技術名詞的定義和技術內涵。

              首先,在大多數情況下,本文的所述傳感器是指將非電氣輸入參數轉換為電磁信號輸出的傳感器,和將非電氣輸入參數轉換為電磁信號輸出的傳感器這3種設備,及將電氣信號轉換為非電氣參數輸出的執行器。作為傳感器和執行機構都可以使用。即,微型傳感器、智能傳感器技術特性是微型致動器、微型發送器-傳感器(或者致動器、或者變送器)的物理尺寸中的至少一個物理尺寸為亞毫米級以下。微型傳感器不是以往傳感器的單純物理縮小產物,而是基于半導體工藝技術的下一代元件,應用新的機理和物理化效果,采用與標準半導體工藝兼容的材料,采用微細加工技術制造。因此,有時也稱為硅傳感器?梢杂猛瑯拥亩x和技術特征來記述微型執行機構和微型發信器。由2個芯片構成,1個是具有自我檢測功能的加速度計單元(微小加速度傳感器),另一個是微小傳感器和微處理器( MCU )間的接口電路和MCU。這是比較早期( 1996年左右),用于汽車的汽車制動器和懸架系統,微小加速度計具有自我診斷功能,也用于氣囊。由此例可知,微型傳感器的優點不僅是小型化,而且容易與集成電路組合和批量生產。通過采用這兩個解決方案,可以縮短設計周期,降低開發前的小規模試制品的成本。但是,在實際的應用程序和市場上,單芯片的解決方案更優越,生產成本低,應用價值更高。智能傳感器、智能執行器、智能變送器-微型傳感器(或微型傳感器或微型傳感器)及其處理設備的一部分或全部,處理電路集成化為一個芯片的設備(例如上述微加速度計的單芯片)。因此,智能傳感器具有一定的生物模仿能力,例如模糊邏輯運算、積極識別環境、自我診斷、自我維持等自動調整并補償適應環境的能力。當然,從批量生產化和制造成本削減的要求出發,智能傳感器的設計思想、材料選擇、制造工藝必須與集成電路的標準硅平面工藝盡可能一致。 在一個封裝中,一個微機壓力傳感器和模擬用戶接口、8位模擬數字轉換器( sar )、微處理器(遠程控制器69hc08 )、存儲器、串行接口( SPI )等集成化為一個芯片。其前端的硅壓力傳感器是用大容量硅微細加工技術制作的。硅壓力傳感器的制造工序可以在集成CMOS電路工藝流程前后進行。這種智能壓力傳感器的技術和市場已經成熟,廣泛應用于汽車(汽車)所要求的各種壓力測量控制裝置,例如各種氣壓計、噴嘴前匯流板壓力、排氣管、燃料、輪胎、液壓執行機構等。智能壓力傳感器不僅用于汽車產業,也用于廣泛的用途,F在,生產智能壓力傳感器的廠商很少,市售品種也很多,競爭激化。其結果是,隨著智能壓力傳感器的小型化,控制單元所需的周邊連接器和分立部件越來越少,但功能和性能越來越強,生產成本也大幅度降低(現在只需數美元1根)。

              最接近的智能傳感器可能是用于拍攝照相機、數碼相機、攝像機和手機的CCD圖像傳感器。這是因為CCD陣列內各硅單元從光變換的電信號非常弱,所以需要直接、及時地移動登錄,處理變換為標準圖像格式的信號。更加復雜的是,在數碼相機和攝像機上搭載的電子光學式防振系統,特別是高端產品的真正光學式防振系統中,實現了中等程度的高焦距( iox )的光學式擴大。其中心是2軸方向或3軸方向的微小加速度計或微小陀螺儀,由此監視主體的振動,換算成透鏡的各軸方向的位移量,驅動透鏡中的可變角度透鏡的移動,使光學系統的折射光路穩定。微系統和MEMS ( micro electro mechanical system ) -微傳感器、微電子電路(信號處理、控制電路、通信設備等)、由微執行元件構成三級級級聯系統、將集成化為一個芯片的設備稱為微系統。 具有機械連動和機械執行機構等微小機械部件的機器稱為MEMS。MEMS芯片的左側顯示了制造MEMS芯片所需的基本工藝技術。 右側有主要的應用領域。MEMS的最佳解決方案是選擇與硅工藝兼容的材料和物理效果、設計理念、工藝流程,即傳統的標準CMOS工藝和二維、三維微細加工技術的組合方法,顯然也包括微機器結構體的制作。微型傳感器在邏輯上發展的是智能傳感器,智能傳感器自然發展的是微型系統和MEMS,MEMS的進一步發展是能夠自主接收、識別、獨立、正確地動作外部信號和指令的微型機器,F在開發成功,現有市售產品MEMS品種多,涵蓋了廣泛的領域。包括全光通信和全光計算機的主要部件之一的二維、三維MEMS光開關。通過控制芯片上的微鏡陣列實現光輸入輸出的交叉連接。 這是目前全光開關技術的最佳解決方案。市場上可獲得的MEMS光開關到達1296路,開關切換時間約為20 ms。微機器(也稱為納米機器)還處于開發試驗階段,出現了很多有名的納米發動機、微型昆蟲、直升機、潛水艇等重要的研究室產品。技術產業界認為,這些開發的成功和實用化對工業技術和生活質量有很大影響。


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