MEMS傳感器即微機電系統(tǒng)(Microelectro
Mechanical Systems),采用微電子和微機械加工技術(shù)制造出來的新型傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比,它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點。
MEMS微型傳感器應(yīng)用于汽車安全技術(shù)許多領(lǐng)域,在降低汽車電子系統(tǒng)成本及提高其性能方面的優(yōu)勢,已開始逐漸取代基于傳統(tǒng)機電技術(shù)的傳感器,成為汽車電子的重要構(gòu)成部分。
MEMS傳感器在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括以下方面:
發(fā)動機管理系統(tǒng)
進氣壓力監(jiān)測:MEMS 壓力傳感器可實時監(jiān)測發(fā)動機進氣系統(tǒng)的壓力變化。進氣壓力是燃燒控制系統(tǒng)的關(guān)鍵信號反饋,通過精確測量進氣壓力,電子控制單元(ECU)能根據(jù)該數(shù)據(jù)精準地控制噴油嘴的噴油時間和噴油量,確保發(fā)動機在不同工況下都能保持理想的空燃比,提高燃油的利用效率,降低油耗,同時減少尾氣排放。
渦輪增壓壓力檢測:對于渦輪增壓發(fā)動機,MEMS 壓力傳感器用于監(jiān)測渦輪增壓器產(chǎn)生的增壓壓力。確保增壓壓力在發(fā)動機可承受的安全范圍內(nèi),防止壓力過高對發(fā)動機造成損害,也避免壓力過低影響發(fā)動機的動力輸出。當增壓壓力異常時,ECU 可以及時調(diào)整渦輪增壓器的工作狀態(tài)或發(fā)出故障警報。
機油壓力監(jiān)測:監(jiān)測發(fā)動機機油的壓力狀況,保證發(fā)動機內(nèi)部各部件之間的潤滑效果。如果機油壓力過低,可能導(dǎo)致發(fā)動機零部件磨損加劇;而機油壓力過高,則可能會對發(fā)動機的密封件等造成損壞。MEMS 壓力傳感器能夠?qū)崟r準確地測量機油壓力,為發(fā)動機的正常運行提供保障。
制動系統(tǒng)
制動壓力監(jiān)測:MEMS 壓力傳感器安裝在制動系統(tǒng)的管路中,可以實時監(jiān)測制動液的壓力變化。當踩下剎車踏板時,壓力傳感器迅速感知壓力信號,并將其傳遞給制動控制系統(tǒng)。制動控制系統(tǒng)根據(jù)壓力信號的大小和變化速度,精確地控制制動液的流量和壓力,確保制動系統(tǒng)的制動力穩(wěn)定可靠,實現(xiàn)快速、有效的制動,提高汽車的制動安全性。
電子駐車系統(tǒng)(EPB):在電子駐車系統(tǒng)中,MEMS 傳感器用于檢測駐車制動裝置的工作狀態(tài)和受力情況。例如,當駕駛員操作電子駐車按鈕時,傳感器能夠準確地感知駐車制動裝置的動作,并將相關(guān)信息反饋給車輛的控制系統(tǒng),確保駐車制動的正常工作,防止車輛在停車時發(fā)生溜車等危險情況。
輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)
壓力實時監(jiān)測:MEMS 壓力傳感器被嵌入到輪胎內(nèi)部或安裝在輪胎氣門嘴上,可實時監(jiān)測輪胎的氣壓變化。當輪胎壓力異常時,傳感器會及時向駕駛員發(fā)出警告,提醒駕駛員及時調(diào)整輪胎氣壓,避免交通事故的發(fā)生。
車身穩(wěn)定系統(tǒng)
加速度和角速度檢測:加速度傳感器和角速度傳感器(陀螺儀)能夠檢測車輛的加速度、減速度以及車身的旋轉(zhuǎn)角速度等參數(shù)。當車輛在行駛過程中出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎、急加速、急減速等情況時,傳感器會將這些信息實時傳輸給車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)??刂葡到y(tǒng)根據(jù)傳感器的信號,判斷車輛的行駛狀態(tài)是否穩(wěn)定,并通過控制制動系統(tǒng)和發(fā)動機輸出功率等方式,對車輛的行駛姿態(tài)進行調(diào)整,確保車輛的穩(wěn)定性和安全性。
懸掛系統(tǒng)
振動監(jiān)測與反饋:MEMS 傳感器安裝在懸掛系統(tǒng)的各個部位,用于測量車輛行駛過程中懸掛系統(tǒng)的振動情況。根據(jù)傳感器反饋的振動數(shù)據(jù),懸掛控制系統(tǒng)可以實時調(diào)整懸掛的阻尼系數(shù)和彈簧剛度,使懸掛系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的路況和行駛狀態(tài)自動進行調(diào)整,提高車輛的行駛舒適性和操控性。例如,當車輛行駛在顛簸路面時,懸掛系統(tǒng)可以自動增加阻尼系數(shù),減少車身的振動;而在高速行駛時,懸掛系統(tǒng)可以降低彈簧剛度,提高車輛的穩(wěn)定性。
導(dǎo)航系統(tǒng)
姿態(tài)和位置輔助:加速度傳感器、陀螺儀傳感器、地磁傳感器等 MEMS 傳感器與汽車的導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合,能夠?qū)崟r監(jiān)測車輛的位置、速度、方向以及姿態(tài)等信息。這些傳感器為導(dǎo)航系統(tǒng)提供準確的車輛運動狀態(tài)數(shù)據(jù),幫助導(dǎo)航系統(tǒng)更精確地定位車輛的位置,并根據(jù)車輛的行駛方向和速度實時更新導(dǎo)航路線,為駕駛員提供準確的導(dǎo)航信息,提高導(dǎo)航的準確性和可靠性。
安全氣囊系統(tǒng)
碰撞檢測:加速度傳感器是安全氣囊系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。當汽車發(fā)生碰撞時,加速度傳感器能夠迅速感知車輛的加速度變化,并將碰撞信號傳遞給安全氣囊控制系統(tǒng)??刂葡到y(tǒng)根據(jù)傳感器的信號判斷碰撞的強度和方向,在極短的時間內(nèi)觸發(fā)安全氣囊膨脹,為駕駛員和乘客提供有效的保護,減輕碰撞對人員的傷害。
無人駕駛技術(shù)
環(huán)境感知與車輛定位:在無人駕駛汽車中,MEMS 傳感器起著至關(guān)重要的作用。例如,激光雷達、毫米波雷達等傳感器中通常會集成 MEMS 技術(shù),用于提高傳感器的性能和精度。這些傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測車輛周圍的環(huán)境,包括障礙物的距離、速度、方向等信息,為無人駕駛汽車的決策系統(tǒng)提供準確的環(huán)境感知數(shù)據(jù)。同時,MEMS 陀螺儀、加速度傳感器等還可以與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合,在衛(wèi)星信號較弱或丟失的情況下,通過慣性導(dǎo)航技術(shù)實時推算出車輛的位置和姿態(tài),為無人駕駛汽車提供可靠的定位信息,確保車輛的安全行駛。
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