MEMS传感器在汽车电子领域的应用

 

　　随着新型半导体材料和MEMS加工工艺、敏感元件集成设计、传感器结构设计与制造工艺的不断突破，MEMS传感器已经衍生出众多品种，其分类方法很多，按其工作原理，MEMS传感器可以分为物理型MEMS传感器、化学型MEMS传感器以及生物型MEMS传感器三类。其中，物理型MEMS传感器是汽车上采用得最为普遍的传感器，主要应用于安全系统、制动防抱死系统( ABS )、发动机系统、行车导航、车辆监护和自诊断等方面。目前，车用MEMS传感器市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、化学传感器、气体传感器和指纹识别传感器等。

 

　　具体来说，MEMS压力传感器可以用来测量气囊压力、燃油压力、发动机机油压力、进气管道压力、发动机进气量及轮胎压力。这种传感器用单晶硅作材料，以采用MEMS技术在材料中间制作成力敏膜片，然后在膜片上扩散杂质形成四只应变电阻，再以惠斯顿电桥方式将应变电阻连接成电路，来获得高灵敏度。车用MEMS压力传感器有电容式、压阻式、差动变压器式、声表面波式等几种常见的形式。而MEMS加速度计主要用于汽车安全气囊系统、防滑系统、汽车导航系统和防盗系统等，除了有电容式、压阻式以外，MEMS加速度计还有压电式、隧道电流型、谐振式和热电偶式等形式。其中，电容式MEMS加速度计具有灵敏度高、受温度影响极小等特点，是目前MEMS微加速度计中的主流产品。微陀螺仪是一种角速率传感器，主要用于汽车导航的GPS信号补偿和汽车底盘控制系统，主要有振动式、转子式等几种。目前，应用最多的属于振动陀螺仪，它利用单晶硅或多晶硅的振动质量块在被基座带动旋转时产生的哥氏效应来感测角速度。例如汽车在转弯时，系统通过陀螺仪测量角速度来指示方向盘的转动是否到位，主动在内侧或者外侧车轮上加上适当的制动以防止汽车脱离车道，通常，它与低加速度计一起构成主动控制系统。

 

汽车发动机进气量检测

 

　　空气质量流量计是汽车电喷系统中重要的传感器之一，用于检测进入气缸的空气量，提供给ECU，确定出对应的喷油量并控制喷油，形成所需空燃比的混合气。

 

　　美泰科技独立开发的热膜式空气流量计采用第四代技术，具有测量精度高、相应速度快、可靠性高等特点。

 

　　目前已完成台架试验与整车路试试验，传感器满足整车配套技术要求，其性能指标达到国外同类水平，具有技术先进、性价比高等突出优势。

 

　　进气压力传感器以真空管连接进气歧管，随着引擎不同的转速负荷，感应进气歧管内的真空变化，再从感知器内部电阻的改变，转换成电压信号，供ECM电脑修正喷油量和点火正时角度。配合空气流量计，使进气系统的检测达到最佳状态。

 

汽车安全气囊

 

　　安全气囊传感器一般也称碰撞传感器，按照用途的不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器，用于检测碰撞时的加速度变化，并将碰撞信号传给气囊电脑，作为气囊电脑的触发信号；防护碰撞传感器也称为安全碰撞传感器，它与触发碰撞传感器串联，用于防止气囊误爆。安全气囊传感器一般也称碰撞传感器，按照用途的不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器，用于检测碰撞时的加速度变化，并将碰撞信号传给气囊电脑，作为气囊电脑的触发信号；防护碰撞传感器也称为安全碰撞传感器，它与触发碰撞传感器串联，用于防止气囊误爆。

　　

　　按照结构的不同，碰撞传感器还可分为机电式碰撞传感器、电子式碰撞传感器以及机械式碰撞传感器。防护碰撞传感器一般采用电子式结构，触发碰撞传感器一般采用机电结合式结构或机械式结构。机电结合式碰撞传感器是利用机械的运动（滚动或转动）来控制电气触点动作，再由触点断开和闭合来控制气囊电路的接通和切断，常见的有滚球式和偏心锤式碰撞传感器。电子式碰撞传感器没有电气触点，目前常用的有电阻应变式和压电效应式两种。机械式碰撞传感器常见的有水银开关式，它是利用水银导电的特性来控制气囊电路的接通和切断。

 

　　美泰科技自主研发的安全气囊用加速度传感器采用硅MEMS电容式原理，测量范围±2 ~ ±200g，SOIC16标准封装。具有高线性度，可靠性高等特点。

 

车身电子稳定系统

 

　　ESP系统实际是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会刹慢内后轮，从而校正行驶方向。

 

　　ESP系统是汽车上一个重要的系统，通常是支援ABS及ASR的功能。它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，然后向ABS、ASR发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡。ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。ESP一般需要安装转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等。

 

汽车假人碰撞试验

 

　　碰撞测试假人是用来模拟车祸对人体的影响的真人一样大小的玩偶。假人上装有许多测量撞击测试时产生的加载的传感器。在最佳情况下假人的生物力学性能应该和人体一样——比如身体各部分的大小和质量，以及关节的刚性，等等，只有这样使用它们的模拟才能和现实相匹配。不同的假人模拟男性或者女性的身体，以及不同身高和年龄的人体。对于一些交通工具来说使用碰撞测试假人的测试是型号许可的必要条件。

 

　　美泰科技独立研制的硅MEMS压阻式假人碰撞传感器已通过碰撞、振动与冲击试验。具有低阻尼、DC响应等特点。目前已配套国内诸多知名整车碰撞试验室。