現(xiàn)代汽車電子研究論文_優(yōu)秀論文

1、 現(xiàn)代汽車電子研究論文現(xiàn)代汽車電子從所應(yīng)用的電子元器件到車內(nèi)電子系統(tǒng)的架構(gòu)均已進入了一個有本質(zhì)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。一、汽車電子操控和安全系統(tǒng)談起近幾年來我國汽車工業(yè)增長迅速, 發(fā)展勢頭很猛。因此評論界出現(xiàn)了一些專家的預(yù)測：汽車工業(yè)有可能超過IT產(chǎn)業(yè), 成為中國國民經(jīng)濟最重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。其實, 汽車工業(yè)的增長必將包含與汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)的IT產(chǎn)業(yè)的增長。例如, 雖然目前在我國一汽的產(chǎn)品中電子產(chǎn)品和技術(shù)的價值含量只占10%15%左右, 但國外汽車中電子產(chǎn)品和技術(shù)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

2、, 預(yù)期很快將達到50%。電子信息技術(shù)已經(jīng)成為新一代汽車發(fā)展方向的主導(dǎo)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(tǒng)及結(jié)構(gòu)和電子產(chǎn)品、信息技術(shù)間的完美結(jié)合。汽車工程界專家指出：電子技術(shù)的發(fā)展已使汽車產(chǎn)品的概念發(fā)生了深刻的變化。這也是最近電子信息產(chǎn)業(yè)界對汽車電子空前關(guān)注的原因之一。但是, 必須指出的是, 除了一些車內(nèi)音響、視頻裝備, 車用通信、導(dǎo)航系統(tǒng), 以及車載辦公系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等車內(nèi)電子設(shè)備的本質(zhì)改變較少外, 現(xiàn)代汽車電子從所應(yīng)用的電子元器件（包括傳感器、執(zhí)行器、微電路等）到車內(nèi)電子系統(tǒng)的架構(gòu)均已進入了一個有本質(zhì)性提高的新階段。其中

3、最有代表性的核心器件之一就是智能傳感器（智能執(zhí)行器、智能變送器）。實際上, 汽車電子已經(jīng)經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段：從分立電子元器件搭建的電路監(jiān)測控制, 經(jīng)過了電子元器件或組件加微處理器構(gòu)筑的各自獨立的、專用的、半自動和自動的操控系統(tǒng), 現(xiàn)在已經(jīng)進入了采用高速總線（目前至少有5種以上總線已開發(fā)使用）, 統(tǒng)一交換汽車運行中的各種電子裝備和系統(tǒng)的數(shù)據(jù), 實現(xiàn)綜合、智能調(diào)控的新階段。新的汽車電子系統(tǒng)由各個電子控制單元（ECU）組成, 可以獨立操控, 同時又能協(xié)調(diào)到整體運行的最佳狀態(tài)。例如為使發(fā)動機處于最佳工作狀態(tài), 就需要從吸入汽缸的空氣流量、進氣壓力的測定開始, 再根據(jù)水溫、空氣溫度等工作環(huán)境參數(shù)計算出基

4、本噴油量, 同時還要通過節(jié)氣門位置傳感器檢測節(jié)氣門的開度, 確定發(fā)動機的工況, 進而控制, 調(diào)整最佳噴油量, 最后還需要通過曲軸的角速度傳感器監(jiān)測曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動機轉(zhuǎn)速, 最終計算出并發(fā)出最佳點火時機的指令。這個發(fā)動機燃油噴射系統(tǒng)和點火綜合控制系統(tǒng)還可以與廢氣排放的監(jiān)控系統(tǒng)和起動系統(tǒng)等組合, 構(gòu)筑成可使汽車發(fā)動機功率和扭矩最大化, 而同時燃油消耗和廢氣排放最低化的智能系統(tǒng)。還可以舉一個安全駕駛方面的例子, 出于平穩(wěn)、安全駕駛的需要, 僅只針對四個輪子的操控上, 除了應(yīng)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(chǎn)車, 已增設(shè)了電子動力分配系統(tǒng)（EBD）, ABS+

5、EBD可以最大限度的保障雨雪天氣駕駛時的穩(wěn)定性。現(xiàn)在, 國內(nèi)外的一些汽車進一步加裝了緊急剎車輔助系統(tǒng)（EBA）, 該系統(tǒng)在發(fā)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(nèi)完成。這個系統(tǒng)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(jiān)測各個車輪相對于車速的轉(zhuǎn)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(tǒng)等。從以上列舉的兩個例子可以清楚看到, 汽車發(fā)展對汽車電

6、子的一些基本要求：1電子操控系統(tǒng)的動作必須快速、正確、可靠。傳感器（+調(diào)理電路）+微處理器, 然后再通過微處理器（+功率放大電路）+執(zhí)行器的技術(shù)途徑已經(jīng)不再能滿足現(xiàn)代汽車的要求, 需要通過硬件集成、直接交換數(shù)據(jù)和簡化電路, 并提高智能化程度來確保控制單元動作的正確性、可靠性和適時性。2現(xiàn)在幾乎所有的汽車的機械結(jié)構(gòu)部件都已受電子裝置控制, 但汽車車體內(nèi)的空間有限, 構(gòu)件系統(tǒng)的空間更是極其有限。理想的情況當(dāng)然是, 電子控制單元應(yīng)與受控制部件緊密結(jié)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。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(guān)鍵時刻必須要能及時、正

7、確地瞬時打開, 但在極大多數(shù)時間內(nèi)氣囊是處在待命狀態(tài), 因此安全氣囊的ECU必須具有自檢、自維護能力, 不斷確認(rèn)氣囊系統(tǒng)的可正常運作的可靠性, 確保動作的“萬無一失”。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(chǎn)品而言, 大多處于非常惡劣的運行環(huán)境中, 而且各不相同。諸如工作狀態(tài)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(wěn)定、抗環(huán)境和自適應(yīng)、自補償調(diào)整的能力。5與上述要求同樣重要, 甚至有時是關(guān)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(guī)模工業(yè)生產(chǎn), 并能將成

8、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(xiàn)代汽車的各項需要, 而且因為可以在集成電路標(biāo)準(zhǔn)硅工藝線上批量生產(chǎn), 生產(chǎn)成本較低（幾美元至十幾或幾十美元）, 所以在汽車工業(yè)中找到了自己最大的應(yīng)用市場, 反過來也有力地促進了汽車工業(yè)的電子信息化。二、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(fā)展起來的新興技術(shù)。在我國的報刊雜志上目前所使用的技術(shù)名稱還比較含混, 仍然籠統(tǒng)地稱之為傳感器, 或者含糊地歸納為汽車半導(dǎo)體器件, 也有將智能傳感器（或智能執(zhí)行器、智能變送器）與微系統(tǒng)、MEMS等都歸入了

9、MEMS（微機電系統(tǒng)）名稱下的。這里介紹當(dāng)前一些歐美專著中常用的技術(shù)名詞的定義和技術(shù)內(nèi)涵。首先必須說明的是, 在絕大多數(shù)情況下, 本文大小標(biāo)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(xué)輸入?yún)⒘哭D(zhuǎn)換成電磁學(xué)信號輸出的傳感器；將電學(xué)信號轉(zhuǎn)換成非電學(xué)參量輸出的執(zhí)行器；以及既能用作傳感器又能用作執(zhí)行器, 其中較多的是將一種電磁學(xué)參量形式轉(zhuǎn)變成另一種電磁學(xué)參量形態(tài)輸出的變送器。就是說, 關(guān)于微傳感器、智能傳感器的技術(shù)特性可以擴大類推到微執(zhí)行器、微變送器-傳感器（或執(zhí)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(tǒng)傳感器簡單的物理縮小的產(chǎn)物, 而是基于半導(dǎo)體

10、工藝技術(shù)的新一代器件：應(yīng)用新的工作機制和物化效應(yīng), 采用與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝兼容的材料, 用微細加工技術(shù)制備的。因此有時也稱為硅傳感器?？梢杂妙愃频亩x和技術(shù)特征類推描述微執(zhí)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(dāng)實用的器件, 可用于汽車的自動制動和懸掛系統(tǒng)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(yōu)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(guī)模生產(chǎn)。應(yīng)該指的是, 采用這種兩片的解決方案

11、可以縮短設(shè)計周期、降低開發(fā)前期小批量試產(chǎn)的成本。但對實際應(yīng)用和市場來說, 單芯片的解決方案顯然更可取, 生產(chǎn)成本更低, 應(yīng)用價值更高。智能傳感器（SmartSensor）、智能執(zhí)行器和智能變送器-微傳感器（或微執(zhí)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(huán)境, 自動調(diào)整和補償適應(yīng)環(huán)境的能力, 自診斷、自維護等。顯然, 出于規(guī)模生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本的要求, 智能傳感器的設(shè)計思想、材料選擇和生產(chǎn)工藝必須要盡可能地和集成電路的標(biāo)準(zhǔn)硅平面工藝一致?？梢栽谡９に嚵鞒痰耐?/p>

12、片前, 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(yīng)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(shù)轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)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(yīng)用很廣, 不局限于汽車工業(yè)。目前, 生產(chǎn)智能

13、壓力傳感器的廠商已不少, 市售商品的品種也很多, 已經(jīng)出現(xiàn)激烈的競爭。結(jié)果是智能壓力傳感器體積越來越小, 隨之控制單元所需的外圍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(chǎn)成本降低很快（現(xiàn)在約為幾美元一只）。順便需要說說的是, 在一些中文資料中, 尤其是一些產(chǎn)品宣傳性材料中, 籠統(tǒng)地將SmartSensor(或device)和Intelligentsensor（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(rèn)為, Smart（智能型）傳感器比Intelligent(知識型)的智慧層次和能力更高。當(dāng)然, 知識型的內(nèi)涵也在不斷進化, 但那些只

14、能簡單響應(yīng)環(huán)境變化, 作一些相應(yīng)補償、調(diào)整工作狀態(tài)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(yīng)歸入智能器件范疇。相信大多數(shù)讀者能經(jīng)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(shù)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(zhuǎn)換成的電信號極弱, 必須直接和及時移位寄存、并處理轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的圖像格式信號。還有更復(fù)雜一些的, 在中、高檔長焦距（IOX）光學(xué)放大數(shù)碼相機和攝像機上裝備的電子和光學(xué)防抖系統(tǒng), 特別是高端產(chǎn)品中的真正光學(xué)防抖系統(tǒng)。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(jiān)測機

15、身的抖動, 并換算成鏡頭的各軸向位移量, 進而驅(qū)動鏡頭中可變角度透鏡的移動, 使光學(xué)系統(tǒng)的折射光路保持穩(wěn)定。微系統(tǒng)（Microsystem）和MEMS（微機電系統(tǒng)）-由微傳感器、微電子學(xué)電路（信號處理、控制電路、通信接品等）和微執(zhí)行器構(gòu)成一個三級級聯(lián)系統(tǒng)、集成在一個芯片上的器件稱之為微系統(tǒng)。如果其中擁有機械聯(lián)動或機械執(zhí)行機構(gòu)等微機械部件的器械則稱之為MEMS。MEMS芯片的左側(cè)給出的是制備MEMS芯片需要的基本工藝技術(shù)。它的右側(cè)則為主要應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)、設(shè)計理念和工藝流程, 也即采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝與二維、三維微細加工技術(shù)相結(jié)合的方法, 其中也包括微機械結(jié)構(gòu)件的制作。微傳感器合乎邏輯的發(fā)展延伸是智能傳感器, 智能傳感器自然延伸則是微系統(tǒng)和MEMS, MEMS的進一步發(fā)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(xiàn)在, 開發(fā)成功、并已有商業(yè)產(chǎn)品的MEMS品種已不少