压力传感器在汽车中的10个创新应用

传感器专家网2 20210722

  • 压力传感器
  • 汽车安全气囊系统
  • 柴油机微粒过滤器


如果现代汽车中没有使用压力传感器，那我们的驾驶体验将会差很多。
实际上，车辆中的大多数关键系统都依赖压力传感器来测量和监视关键参数，以改善我们的驾驶体验，提高安全性并减少污染。
近些年，利益于技术的创新，压力传感器实现了更好的车辆行驶。
1.检测液压制动器的早期故障
你习惯的那种容易刹车的感觉，以及你脚下踏板的反应能力，都是由复杂的部件组成的，包括压力传感器。车内系统检测你施加在踏板上的压力，然后放大它，使你的努力更有效。
这些系统使用绝对压力传感器来监测制动伺服系统内两个独立腔室中保持的真空。
在正常运行条件下，踩下制动踏板会使其大气压力流入其中一个腔室。这增加了隔膜上的压力，进而增加了施加到主缸上的力。松开制动踏板后，可使用真空源恢复真空，该真空源可以通过专用泵或从歧管中抽出。
如果不能维持或恢复一个或两个腔室中的真空，则会出现故障状态。绝对压力传感器用于监视腔室内的压力，并在腔室内的压力不足以有效时提醒驾驶员或发动机管理系统。
如果没有一种可以测量车厢内压力的方法，那么系统可能会在驾驶员不知情的情况下发生故障，并导致制动功效突然丧失，而这正是最需要的时候。
制造商在这种应用中使用歧管绝对压力（MAP）传感器，该传感器可采用表贴封装提供，并且能够测量10至150 kPa（千帕斯卡）范围内的压力，整个范围的精度为1％范围。
2.优化燃油混合物以适应气压
使内燃机的效率尽可能高，这与使燃料混合气恰好适合当前条件有很大关系。当然，这包括实际转速和期望转速，但也包括对当前发动机转速、发动机和歧管温度进行调整。
不过，需要测量的不仅仅是空气温度；在调整燃油混合气和点火正时时，空气压力也是一个重要因素。这里，绝对压力传感器用于向发动机管理系统（EMS）提供所需的信息。
这些传感器用于测量歧管内部的压力，并且由于空气是从周围区域吸入的，所以外部空气压力也会被用来测量。大气压力对燃油混合气有很大的影响，因此通过测量气压并补偿变化，EMS可以调整发动机以获得最佳效率，无论汽车是在海平面上还是在海拔20000英尺以上。
这里也使用MAP传感器，但在这种情况下，它们需要能够测量高达400千帕的压力。
3.自动清洁排气过滤器
柴油是车辆（尤其是大型运输，建筑和农用车辆）最常见的燃料形式之一，压力传感器对于使柴油发动机尽可能清洁至关重要。
发动机内部的微粒过滤器用于捕获废气中存在的烟灰和其他颗粒，然后才能排放到大气中。然后需要清洁过滤器，方法是燃烧掉颗粒。
这可以通过使用将过滤器加热到烟灰燃烧的温度的主动系统来实现，也可以使用催化剂的被动系统来实现。
在主动系统中（请参见下图），压力传感器用于测量废气压力。当柴油机微粒过滤器（DPF）上的压力达到阈值时，将触发清洁过程。这可以通过使用两个绝对压力传感器或压差传感器进行测量。
4.确保催化转化器密封
在被动系统中，废气中的颗粒物使用催化转化器被破坏。在这种情况下，将使用压力传感器来确保系统即使在较低的发动机温度下也可以有效地工作。
催化转化器需要快速升温以有效工作。通常，它需要达到300°C以上，但是当发动机冷时，催化转化器也是如此。将空气供入排气歧管会触发放热过程，这有助于提高催化转化器的温度。
达到温度后，将关闭辅助空气阀的泵，并用阀将系统密封。使用位于泵和阀门之间的绝对压力传感器可以确保阀门正确关闭，并且保护系统的其余部分免受有害废气的影响。
5.监测废气再循环
汽车制造商面临着降低发动机整体排放的压力，其中一个可行的方法就是让部分废气再循环。
这项技术在汽油机和柴油机上都有效，它降低了燃烧室内的温度，从而减少了氮氧化物的生成和排放量。
控制发动机气体再循环（EGR）过程涉及使用绝对压力传感器来监测阀处的压力。如果没有这种控制，系统可能变得不稳定，导致气体再循环过多或过少。
传感器制造商一直在努力改进他们的生产工艺，以提供能够更好地承受此类应用中存在的恶劣环境的压力传感器。
6.检查关键流体的压力
电子压力传感器最常见的用途可能是测量车辆的关键流体的压力，例如发动机油，变速箱和变速箱油，以及制动系统，冷却系统和燃料系统中的液压油。
电子压力传感器的部分结构会暴露在被测流体中，因此它们必须坚固耐用且具有弹性。通常，它将使用压阻效应，该效应检测由流体施加的压力引起的挠度导致的材料电阻变化。
针对该应用领域的压力传感器通常将能够承受极端环境，并被密封至IP 6k 9k（防尘，高压蒸汽/喷射清洁），并且能够测量从0 bar到最高600 bar的压力。工作温度范围为-40至+125°C.
7.防止门夹到手指
汽车上的电动车门关闭是一项伟大的创新，但如果你（或其他体型较小的人）在错误的时间进入车门和门框之间，可能会出现故障，但压力传感器会提供帮助。
使用与密封软管连接并安装在门框边缘周围的相对压力传感器，可以快速可靠地检测到任何障碍物。
软管的任何压缩都会导致内部压力升高，压力传感器会立即接收到压力，并将压力传递给车辆的安全系统。如果门被电激活，它将停止关闭；同样的技术也适用于窗户。
为这一新兴应用而设计的传感器通常符合PSI5（外围传感器接口5）协议，该协议最初是作为安全气囊传感器和ECU之间的可靠接口而开发的，并使用双绞线传输电源和数据。为这种安全关键应用而设计的压力传感器的工作范围约为50至110千帕。
8.检测泄漏的蒸气
汽车制造商的部分责任是保护环境免受内燃机产生的潜在有害蒸汽的影响。
新的汽油车现在包括一个防止这些蒸汽从密封的燃油系统中逸出的系统，通常是通过将蒸汽输送到含有活性炭的蒸发系统。空气与蒸汽混合，这样它们就可以被发动机安全地燃烧掉。被称为蒸发排放控制（EVAP）系统，它们经过严格的测试。
绝对压力传感器随时监控密封系统的完整性，在发生泄漏时向汽车（和驾驶员）发出警报。如果没有压力传感器监控系统，一旦发生泄漏，蒸汽可能会逸出，不仅会将有害蒸汽释放到大气中，还会使制造商面临因不遵守地区法规而被起诉的风险。
气压传感器可能位于燃油箱内，可以提供模拟或数字输出，测量的压力范围约为40至115千帕，精度为1.5千帕或更高。
9.更快地启动安全气囊
汽车制造商正在不断创新，以提高乘客的安全性。现代汽车不仅仅在仪表板上安装了安全气囊，它们的内部都有安全气囊，包括车门上的安全气囊，以在发生侧面碰撞时保护乘客。
使用相对压力传感器可以检测侧面碰撞期间车门空腔中发生的突然压力变化，这通常比使用其他技术快得多。在这个应用程序中使用正确的传感器可以让汽车的安全系统在百分之几秒内展开安全气囊，通常比前安全气囊系统的工作速度快得多。这是必要的，因为与仪表板安全气囊系统相比，车门靠近乘客可大大缩短可用的反应时间。在这种情况下，毫秒计数。
10.释放行人安全气囊
在汽车撞到行人的不幸事件中，最近的一项创新是利用压力传感器来部署一种安全机制（一种主动式发动机罩系统），其设计目的是在行人落在发动机罩上时减少对行人的冲击。
通过在汽车前保险杠上安装相对压力传感器，可以立即检测到保险杠的任何变形。如果发生这种情况，汽车的安全系统可以激活发动机舱内的压缩空气储备，从而将发动机盖向上推，并朝向汽车前部。
升高的发动机盖在行人和发动机较硬部件之间形成了一道屏障，从而降低了潜在的冲击严重性。
一些汽车还从发动机舱展开一个安全气囊，覆盖挡风玻璃，以进一步保护行人。
结语：
压力传感器在以上所有创新中都起着至关重要的作用，从而使行驶过程更清洁，更平稳，更安全。
目前，汽车市场是压力传感器的最大市场之一，并且由于使用方法的多样性，该市场可能还会保持下去。
从一系列的安全功能到减少污染和优化发动机效率，压力传感器是现代驾驶体验的核心，对于现代驾驶体验至关重要。

来源：半导体行业观察

声明：本文内容系作者个人观点，不代表传感器专家网观点或立场。更多观点，欢迎大家留言评论。
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