汽車電子控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)乘客感知傳感器課件

1、 汽車電器與電子控制課程設(shè)計(jì) 乘客感知傳感器 班級 車輛工程11-1 學(xué)號 1101040325 姓名 蘇凱一、研究的背景、作用與目的 安全氣囊是現(xiàn)代轎車上引人注目的新技術(shù)裝置。為了減少汽車發(fā)生碰撞時(shí)由于巨大的慣性力所造成的對駕駛員和乘員的傷害，現(xiàn)代汽車普遍裝有安全氣囊。安全氣囊的安裝位置在方向盤中央、助手席前工具箱上端以及前排座椅后部。 安裝了安全氣囊裝置的轎車方向盤，一旦車前端發(fā)生了強(qiáng)烈的碰撞，安全氣囊就會(huì)瞬時(shí)間從方向盤內(nèi)“蹦”出來，墊在方向盤與駕駛者之間，防止駕駛者的頭部和胸部撞擊到方向盤或儀表板等硬物上，這種奇妙的裝置自從面世以來，已經(jīng)挽救了許多人的性命。 針對氣囊未能對不同的乘員做出

2、相應(yīng)的保護(hù)，我們可在乘員座位上安裝一個(gè)乘員探測系統(tǒng)，對車座上是否有人，乘員的體型大小，以及就座時(shí)偏離正中情況進(jìn)行探測。這種系統(tǒng)具有以下幾個(gè)有點(diǎn)：1、使人體獲得最佳保護(hù) 相當(dāng)于專門安裝一個(gè)傳感器，探測的乘員乘坐信息，并傳遞給中央電腦控制中心。如果發(fā)生碰撞的話，控制中心在對各種傳感器傳過來的信息進(jìn)行判斷的同時(shí)綜合考慮乘員探測系統(tǒng)探測所得的乘員乘坐信息。這樣的話，安全氣囊系統(tǒng)就可以針對駕駛員和乘員的乘坐情況適時(shí)適量展開氣囊。理想的安全氣囊是可以針對各種不同的特殊情況對汽車的使用者進(jìn)行保護(hù)。安全氣囊應(yīng)盡可能多地收集和利用有關(guān)乘員形體位置信息及撞車類型和撞車速度的數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫，對碰撞中乘員和車的有關(guān)

3、信息進(jìn)行識別判斷，調(diào)整安全氣囊系統(tǒng)參數(shù)，使人體獲得最佳保護(hù)。 2、減少材料的浪費(fèi)氣囊系統(tǒng)只能工作一次，發(fā)生事故被引爆后的氣囊必須更換，為安全起見，氣囊系統(tǒng)的所有元件也需更換。在汽車發(fā)生碰撞或緊急情況時(shí)，就需要這樣一個(gè)傳感器來根據(jù)乘客需要確定汽車需要打開幾個(gè)安全氣囊，避免材料的過多浪費(fèi)和損失。2、 設(shè)計(jì)的原理1、壓阻效應(yīng) 固體受力后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。壓阻式壓力傳感器是基于半導(dǎo)體材料(單晶硅)的壓阻效應(yīng)原理制成的傳感器，就是利用集成電路工藝直接在硅平膜片上按一定晶向制成擴(kuò)散壓敏電阻，當(dāng)硅膜片受壓時(shí)，膜片的變形將使擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化。 2、 壓阻式壓力傳感器基本介紹壓阻式傳感器有

4、兩種類型：一種是利用半導(dǎo)體材料的體電阻做成粘貼式應(yīng)變片，稱為半導(dǎo)體應(yīng)變片，因此應(yīng)變片制成的傳感器稱為半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器，另一種是在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻，以此擴(kuò)散電阻的傳感器稱為擴(kuò)散型壓阻傳感器。 半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器 半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)形式基本上與電阻應(yīng)變片傳感器相同，也是由彈性敏感元件等三部分組成，所不同的是應(yīng)變片的敏感柵是用半導(dǎo)體材料制成。半導(dǎo)體應(yīng)變片與金屬應(yīng)變片相比，最突出的優(yōu)點(diǎn)是它的體積小而靈敏高。它的靈敏系數(shù)比后者要大幾十倍甚至上百倍，輸出信號有時(shí)不必放大即可直接進(jìn)行測量記錄。此外，半導(dǎo)體應(yīng)變片橫向效應(yīng)非常小，蠕變和滯后也小，頻率響應(yīng)范圍亦很寬，從靜態(tài)應(yīng)

5、變至高頻動(dòng)態(tài)應(yīng)變都能測量。由于半導(dǎo)體集成化制造工藝的發(fā)展，用此技術(shù)與半導(dǎo)體應(yīng)變片相結(jié)合，可以直接制成各種小型和超小型半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器，使測量系統(tǒng)大為簡化。但是半導(dǎo)體應(yīng)變片也存在著很大的缺點(diǎn)，它的電阻溫度系統(tǒng)要比金屬電阻變化大一個(gè)數(shù)量級，靈敏系數(shù)隨溫度變化較大它的應(yīng)變電阻特性曲線性較大，它的電阻值和靈敏系數(shù)分散性較大，不利于選配組合電橋等等。 擴(kuò)散型壓阻式傳感器 擴(kuò)散型壓阻傳感器的基片是半導(dǎo)體單晶硅。單晶硅是各向異性材料，取向不同時(shí)特性不一樣。因此必須根據(jù)傳感器受力變形情況來加工制作擴(kuò)散硅敏感電阻膜片。 3、設(shè)計(jì)原理 乘客感知傳感器是一個(gè)壓力傳感器，并把他置于座椅的坐墊中，當(dāng)有乘客坐在座椅上時(shí)

6、傳感器就能檢測到座位上乘員的壓力及其大小。傳感器將測量的坐墊上的壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號輸入到ECU中，ECU能根據(jù)電信號的大小判斷乘客有無及乘客重量大小并決定安全氣囊是否打開和安全氣囊充氣量的多少。 選用壓阻式傳感器，利用他的壓阻效應(yīng)進(jìn)行工作。硅壓阻式壓力傳感器由外殼、硅膜片（硅杯）和引線等組成。硅膜片是核心部分，其外形狀象杯故名硅杯，在硅膜上，用半導(dǎo)體工藝中的擴(kuò)散摻雜法做成四個(gè)相等的電阻，經(jīng)蒸鍍金屬電極及連線，接成惠斯登電橋再用壓焊法與外引線相連。膜片的一側(cè)是和被測系數(shù)相連接的高壓腔，另一側(cè)是低壓腔，通常和大氣相連，也有做成真空的。當(dāng)膜片兩邊存在壓力差時(shí)，膜片發(fā)生變形，產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變，從而使擴(kuò)散

7、電阻的電阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出相對應(yīng)的電壓，其大小就反映了膜片所受壓力差值。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D 轉(zhuǎn)換和CPU ）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2這種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1靈敏系數(shù)高，k =30 175（而電阻絲其值約在 1.6 3.6 之間)； 2機(jī)械滯后小、橫向效應(yīng)小及本身體積小。缺點(diǎn)： <1>溫度溫度性差：半導(dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)大，且靈敏度系數(shù)隨溫度的變化也相當(dāng)大。 <2>靈敏系數(shù)的非線性度較大：靈敏系數(shù)高，在承受大應(yīng)變作用時(shí)，引起的電阻變化教大，靈

8、敏度系數(shù)失去線性。3、放大電路 壓阻式壓力傳感器測量方法硅平膜片上的擴(kuò)散電阻通常構(gòu)成橋式測量電路，相對的橋臂電阻對稱布置，電阻變化時(shí)，電橋輸出電壓與膜片所受壓力成對應(yīng)關(guān)系。如圖的壓力測量放大電路中，R1R4由壓敏電阻構(gòu)成的直流電橋，無力作用時(shí)，通過調(diào)節(jié)RP使直流橋輸出電壓為0。R5、R6為限流電阻。通過改變R7值可以改變放大倍數(shù)。輸出電壓信號如果要作為數(shù)字信號處理，則后續(xù)電路可接A/D轉(zhuǎn)換電路。3、 參考文獻(xiàn)1 劉艷梅. 電子技術(shù)在現(xiàn)代汽車上的發(fā)展與應(yīng)用J. 中國科技信息, 2006,(01) .2 何玉軍. 國內(nèi)外汽車電子技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀J. 電子產(chǎn)品世界, 2000,(05) .3 孫汯. 現(xiàn)代信息電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用和發(fā)展J. 上海汽車, 2001,(10) .4沈莉;沈自偉;趙敬月;徐堅(jiān)杰;汽車碰撞試驗(yàn)用多