¿Qué son los sensores de un coche y qué efecto tienen en el mismo?
[Editar este párrafo] Introducción detallada
Una característica del desarrollo de la tecnología automovilística moderna es que cada vez más piezas se controlan electrónicamente. Según la función del sensor, se puede dividir en sensores que miden temperatura, presión, flujo, posición, concentración de gas, velocidad, brillo, humedad seca, distancia y otras funciones. Una vez que un sensor falla, el equipo correspondiente no funcionará correctamente o incluso dejará de funcionar. Por tanto, el papel de los sensores en los coches es muy importante.
Los sensores automotrices, que antes solo se utilizaban en el motor, ahora se han extendido al chasis, la carrocería, la iluminación y los sistemas eléctricos. En estos sistemas se utilizan más de 100 sensores. Entre una amplia variedad de sensores, los más comunes incluyen:
Reflejan cambios en la presión absoluta en el colector de admisión, proporcionando señales de referencia para que la ECU (unidad de control electrónico del motor) calcule la duración de la inyección;
Mida la cantidad de aire inhalado por el motor y entréguela a la ECU como señal de referencia para el momento de la inyección;
Mida la apertura del acelerador y entréguela a la ECU como referencia para el corte de combustible, control de la relación aire-combustible y señal de corrección del ángulo de avance del encendido;
: detecta el cigüeñal y la velocidad del motor, y lo proporciona a la ECU como señal de referencia para determinar el tiempo de encendido y la secuencia de trabajo;
Detecta la concentración de oxígeno en los gases de escape y la proporciona a la ECU como señal de referencia. Señal de referencia para controlar la relación aire-combustible cerca del valor óptimo (valor teórico);
Detecta la concentración de oxígeno. temperatura del aire y proporcionarla a la ECU como base para calcular la densidad del aire;
: detecta la temperatura del refrigerante y proporciona información sobre la temperatura del motor a la ECU;
Está instalado en el cilindro bloque, detecta el golpeteo del motor y se lo proporciona a la ECU para ajustar el ángulo de avance del encendido de acuerdo con la señal.
Estos sensores se utilizan principalmente en transmisiones, mecanismos de dirección, suspensiones y ABS.
Transmisión: Existen sensores de velocidad, sensores de temperatura, sensores de velocidad del eje, sensores de presión, etc. , el dispositivo de dirección incluye sensores de ángulo, sensores de par y sensores hidráulicos;
Suspensión: sensor de velocidad del vehículo, sensor de aceleración, sensor de altura del vehículo, sensor de ángulo de balanceo, sensor de ángulo, etc.
Veamos los principales sensores del coche.
El sensor de flujo de aire convierte el aire inhalado en una señal eléctrica y la envía a la unidad de control electrónico (ECU) como una de las señales básicas para determinar la inyección de combustible. Según diferentes principios de medición, se divide en cuatro tipos: sensor de flujo de aire de paletas giratorias (camioneta Toyota Previa), sensor de flujo de aire de vórtice Karman (sedán Toyota Lexus LS400), sensor de flujo de aire de hilo caliente (motor VG30E para Nissan Maxima), Autobús doméstico Tianjin Sanfeng motor Volvo B230F TJ6481AQ4) y sensor de flujo de aire de película caliente. Los dos primeros son tipos de flujo volumétrico y los dos últimos son tipos de flujo másico. Actualmente se utilizan principalmente sensores de flujo de aire de hilo caliente y sensores de flujo de aire de película caliente.
El sensor de presión de admisión puede medir la presión absoluta en el colector de admisión según el estado de carga del motor, convertirla en una señal eléctrica y enviarla a la computadora junto con la señal de velocidad para determinar el combustible básico. Cantidad de inyección del inyector. El sedán nacional Audi 100 (motor V6), el sedán Santana 2000, el Beijing Cherokee (motor de 25 litros) y el sedán Toyota Crown 3.0 utilizan este sensor de presión. En la actualidad, los sensores de presión de aire de admisión de tipo varistor semiconductor se utilizan ampliamente.
El sensor de posición del acelerador está instalado en la válvula del acelerador y se utiliza para detectar la apertura de la válvula del acelerador. Está vinculado con el acelerador a través de un mecanismo de palanca para reflejar las diferentes condiciones de trabajo del motor.
Este sensor puede detectar diferentes condiciones de funcionamiento del motor y luego ingresarlo en la ECU para controlar diferentes cantidades de inyección de combustible. Hay tres tipos: sensor de posición del acelerador de contacto del interruptor (Santana 2000 y Tianjin Sanfeng Bus), sensor de posición del acelerador de resistencia variable lineal (Beijing Cherokee) y sensor de posición del acelerador integrado (motor Audi 100 V6 nacional).
El sensor de ángulo del cigüeñal, también conocido como sensor de ángulo del cigüeñal, es el sensor más importante del sistema de encendido controlado por computadora. Su función es detectar la señal del punto muerto superior, la señal del ángulo del cigüeñal y la señal de velocidad del motor e ingresarlas en la computadora para que la computadora pueda emitir instrucciones de tiempo de encendido óptimo de acuerdo con la secuencia de encendido del cilindro. Hay tres tipos de sensores de posición del cigüeñal: sensor de posición del cigüeñal de pulso electromagnético, sensor de posición del cigüeñal de efecto Hall (Santana 2000 y Beijing Cherokee) y sensor de posición del cigüeñal de efecto fotoeléctrico. Los diferentes tipos de sensores de posición del cigüeñal tienen diferentes modos de control y precisión de control. El sensor de posición del cigüeñal generalmente se instala en el lado de la polea o del piñón del cigüeñal, algunos se instalan en el extremo delantero del árbol de levas y otros se instalan en el distribuidor (Santana 2000).
El sensor de detonación está instalado en el cilindro del motor para monitorear la detonación del motor en cualquier momento. Actualmente existen **modos de vibración y modos sin vibración.
[Editar este párrafo] Características básicas
1. Características del sensor
Un sensor es aquel que puede detectar cantidades físicas específicas y convertirlas en cantidades utilizables de acuerdo con ciertas reglas Un dispositivo o dispositivo que ingresa señales. En pocas palabras, un sensor es un dispositivo que convierte energía no eléctrica en energía eléctrica.
Los sensores suelen constar de tres partes: elementos sensibles, elementos de conversión y circuitos de medida.
1) El elemento sensible se refiere a la parte que puede sentir (o responder) directamente a la cantidad medida, es decir, se convierte en no electricidad u otras cantidades que tienen una relación definida con la medida. cantidad a través del elemento sensible del sensor.
2) El elemento de conversión convierte cantidades no eléctricas en parámetros eléctricos.
3) La función del circuito de medición es convertir los parámetros eléctricos ingresados por el elemento de conversión en cantidades eléctricas medibles como voltaje, corriente o frecuencia para su visualización, registro, control y procesamiento.
Índice de parámetro característico estático del sensor
1. Sensibilidad
La sensibilidad se refiere a la relación entre la salida Y del sensor y la entrada X en estado estable, o la aumento en la producción Y La relación entre la cantidad y el incremento de la entrada. El cambio más pequeño detectado se llama resolución.
3. Rango de medición y rango de medición
Dentro del rango de error permitido, el rango desde el límite inferior hasta el límite superior del valor de medición se denomina rango de medición.
4. Linealidad (error no lineal)
Bajo ciertas condiciones, el porcentaje máximo de desviación entre la curva de calibración del sensor y la línea recta ajustada y el valor de salida de escala completa se llama linealidad o error lineal.
Acción lenta
La histéresis se refiere al grado en que las características de avance y retroceso del sensor son inconsistentes en las mismas condiciones de trabajo.
6. Repetibilidad
La repetibilidad se refiere a la curva característica obtenida cambiando continuamente la cantidad de entrada en la misma dirección varias veces dentro de todo el rango de medición bajo las mismas condiciones de trabajo.
7. Deriva de cero y deriva de temperatura
Cuando el sensor no tiene entrada o la entrada es otro valor, el porcentaje máximo de desviación del valor de entrada del valor original indicado y la escala completa es la deriva periódica del cero. Por cada aumento de temperatura de 65438 ± 0 °C, el porcentaje de la desviación máxima entre el valor de salida del sensor y la escala completa se denomina deriva de temperatura.
2. Mecanismo de funcionamiento de sensores comúnmente utilizados en motores
1) Efecto magnetoeléctrico
Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, cuando se mueve la bobina de N vueltas. en el campo magnético y corta las líneas de fuerza magnética (o cambia el flujo magnético del campo magnético donde se encuentra la bobina), la magnitud de la fuerza electromotriz inducida generada en la bobina depende de la tasa de cambio del flujo magnético que pasa a través de la bobina.
Sensor magnetoeléctrico móvil lineal
El sensor magnetoeléctrico móvil lineal consta de un imán permanente, una bobina y una carcasa del sensor.
Cuando la carcasa vibra con el cuerpo vibratorio a medir y la frecuencia de vibración es mucho mayor que la frecuencia natural del sensor, debido a que el resorte es blando y la masa de la parte móvil es relativamente grande, Es demasiado tarde para que la parte móvil vibre con el cuerpo vibrante (estacionario). En este momento, la velocidad de movimiento relativa entre el imán y la bobina es cercana a la velocidad de vibración del vibrador.
Sensor magnetoeléctrico giratorio
Se fijan hierro dulce, bobina e imán permanente. En el cuerpo giratorio bajo prueba se monta un mecanismo de medición de material magnéticamente permeable. Cada vez que se gira un diente, la resistencia magnética del circuito magnético formado entre el engranaje de medición y el hierro dulce cambia una vez, y el flujo magnético también cambia una vez. La frecuencia (número de pulsos) de la fuerza electromotriz inducida en la bobina es igual al producto del número de dientes del engranaje de medición por la velocidad de rotación.
2) Sensor Hall
1 efecto Hall
Coloca un semiconductor o lámina metálica en un campo magnético cuando la corriente (perpendicular al plano de la lámina). del campo magnético), se genera una fuerza electromotriz en la dirección perpendicular al campo magnético y a la corriente. Este fenómeno se llama efecto Hall.
2. Elemento Hall
Los materiales Hall más utilizados actualmente incluyen germanio (Ge), silicio (Si), antimonuro de indio (InSb) y arseniuro de indio (InAs). El germanio tipo n es fácil de fabricar y tiene buen coeficiente Hall, rendimiento de temperatura y linealidad. El silicio tipo P tiene la mejor linealidad y su coeficiente Hall y rendimiento de temperatura son los mismos que los del germanio tipo N, pero su movilidad electrónica es baja y su capacidad de carga es pobre. Por lo general, no se usa como un solo elemento Hall.
3) Sensor piezoeléctrico
1. Efecto piezoeléctrico
Cuando ciertos dieléctricos se deforman por una fuerza en una determinada dirección, en una determinada dirección se genera una carga. la superficie, y cuando se elimina la fuerza externa, vuelve a un estado sin carga. Este fenómeno se llama efecto piezoeléctrico positivo. Cuando se aplica un campo eléctrico en la dirección de polarización del dieléctrico, el dieléctrico producirá deformación mecánica o presión mecánica en una dirección determinada. Cuando se elimina el campo eléctrico externo, la deformación o tensión desaparecerá, lo que se denomina efecto piezoeléctrico inverso.
2. Elemento piezoeléctrico
El sensor piezoeléctrico es un sensor físico y un sensor de generación de energía. Los materiales piezoeléctricos comúnmente utilizados incluyen cristal estacional (SiO2_2) y cerámicas piezoeléctricas sintéticas.
La constante piezoeléctrica de las cerámicas piezoeléctricas es varias veces mayor que la de los cristales sensibles al tiempo y su sensibilidad es alta.
4) Sensor fotoeléctrico
1. Efecto fotoeléctrico
Cuando la luz ilumina un objeto, se puede ver como una cadena de fotones con energía bombardeando el objeto. . Si la energía del fotón es lo suficientemente grande, los electrones dentro del material se liberarán de las limitaciones de las fuerzas internas y producirán los efectos eléctricos correspondientes. Este es el llamado efecto fotoeléctrico.
1) Se denomina efecto fotoeléctrico externo al fenómeno de los electrones que se escapan de la superficie de un objeto bajo la acción de la luz, como por ejemplo los tubos fotoeléctricos, tubos fotomultiplicadores, etc.
2) Bajo la acción de la luz, se denomina efecto fotoeléctrico interno al fenómeno de cambios en la resistividad de los objetos, como fotorresistores, fotodiodos, fototransistores, fototransistores, etc.
3) Un objeto genera una fuerza electromotriz en una determinada dirección bajo la acción de la luz, lo que se denomina fenómeno fotovoltaico, como por ejemplo una célula fotovoltaica (un dispositivo que es sensible a la posición de la luz incidente mancha en la superficie fotosensible).
2. Fotorresistor
Cuando el fotorresistor es irradiado por luz, la migración de electrones genera pares electrón-hueco, lo que reduce la resistividad. Cuanto más fuerte es la luz, menor es la resistencia. La luz incidente desaparece, los pares electrón-hueco se restablecen y el valor de resistencia vuelve gradualmente al valor inicial.
3. Tubo fotosensible
Los tubos fotosensibles (fotodiodos, fototransistores, fototransistores, etc.) son dispositivos semiconductores.
4. Electroluminiscencia
El fenómeno de luminiscencia producido por materiales sólidos luminiscentes bajo excitación de un campo eléctrico se denomina electroluminiscencia. La electroluminiscencia es el proceso de convertir energía eléctrica directamente en energía luminosa. Un diodo emisor de luz (LED) es un dispositivo semiconductor electroluminiscente dopado con materiales especiales. Cuando la unión PN está polarizada directamente, se genera un exceso de energía debido a la recombinación de huecos de electrones, que se libera en forma de fotones y emite luz.
5) Sensor piroeléctrico
1. Efecto piroeléctrico
Cuando dos conductores metálicos A y B con diferentes propiedades se conectan formando un circuito cerrado, si la unión Si la temperatura no es igual (T0≠T), se generará una fuerza electromotriz entre los dos conductores y existirá una cierta cantidad de corriente en el circuito.
Este fenómeno se llama efecto termoeléctrico.
2. Sensor de resistencia térmica
El material de resistencia térmica suele ser metal puro, y se utilizan ampliamente platino, cobre, níquel, hierro, etc.
3. Sensor termistor
El termistor está hecho de semiconductor y tiene las siguientes características en comparación con el termistor metálico:
1) Resistencia a la temperatura Coeficiente grande, alta sensibilidad;
2) Estructura simple, tamaño pequeño, medición fácil de detectar;
3) Alta resistividad, adecuada para medición dinámica
4) La relación entre resistencia; y el cambio de temperatura no es lineal;
5) La estabilidad es pobre.
[Editar este párrafo] Historia del desarrollo
En la década de 1960, los automóviles solo tenían sensores de presión de aceite, sensores de cantidad de aceite y sensores de temperatura del agua, que estaban conectados a instrumentos o luces indicadoras.
En la década de 1970, para controlar las emisiones, se agregaron algunos sensores para ayudar a controlar el sistema de energía del automóvil, porque los convertidores catalíticos, los dispositivos de encendido electrónico y de inyección de combustible que aparecieron en el mismo período requerían estos sensores. mantener una determinada proporción de aire y combustible para controlar las emisiones. En la década de 1980, los frenos antibloqueo y las bolsas de aire mejoraron la seguridad de los automóviles.
Hoy en día, los sensores se utilizan para medir la temperatura y la presión de diversos fluidos (como la temperatura del aire de admisión, la presión de las vías respiratorias, la temperatura del agua de refrigeración, la presión de inyección de combustible, etc.); temperatura y presión de varias partes Velocidad y posición (como velocidad del vehículo, apertura del acelerador, árbol de levas, cigüeñal, ángulo y velocidad de la transmisión, posición de EGR, etc.); y el contenido de oxígeno en los gases de escape; los sensores utilizados para determinar la posición del asiento; los sensores en los sistemas de frenos antibloqueo y los controles de suspensión para medir la velocidad de las ruedas, la diferencia de altura de la carretera y la presión de los neumáticos para proteger a los pasajeros delanteros requieren más sensores de choque que solo un sensor de aceleración; . Frente al volumen lateral del fabricante, los airbags de techo y los airbags laterales para la cabeza más sofisticados, se deben agregar sensores. A medida que los investigadores utilizan sensores anticolisión (radar de alcance u otros sensores de alcance) para determinar y controlar la aceleración lateral del automóvil, la velocidad instantánea de cada rueda y el par requerido, el sistema de frenos se ha convertido en una parte integral del sistema de control de estabilidad del automóvil. .
El antiguo sensor de presión de aceite y el sensor de temperatura del agua son independientes entre sí. En realidad, algunos son equivalentes a interruptores porque existen límites máximos o mínimos claros. A medida que se desarrollen la electrónica y los sensores digitales, sus valores de salida serán más relevantes.
[Editar este párrafo] Condiciones del mercado
La aplicación de sensores en los automóviles se está expandiendo. Ya se utilizan en sistemas electrónicos de control de estabilidad de automóviles (incluidos sensores de velocidad de las ruedas, giroscopios y procesadores de frenos), sistemas de advertencia de cambio de carril y sistemas de detección de puntos ciegos (incluidos sensores de radar, infrarrojos u ópticos).
En 2005, la empresa estadounidense de investigación ABI publicó un informe de investigación específicamente sobre el mercado de sensores. El informe "Sensores automotrices: acelerómetro, giroscopio, efecto Hall, sensores ópticos, de presión, radar y ultrasónicos" predice las perspectivas de aplicación regional de los principales sensores hasta 2012. El informe analiza una serie de sistemas de seguridad avanzados que utilizan tecnología de detección y proporciona información detallada sobre 40 fabricantes importantes y directorios de más de 100 fabricantes. Un analista senior de la firma de investigación cree que los sistemas de seguridad activos están impulsando un mayor uso de sensores. En la industria del automóvil, los sistemas de seguridad se han convertido en el mayor mercado de sensores.
Un informe de encuesta realizado por "Global Information Company" muestra que el mercado mundial de OEM de sensores para vehículos ligeros crecerá a una tasa anual promedio del 7,4% y alcanzará una escala de 654.3804 millones de dólares estadounidenses para 2065.43804, superando con creces la propio coche. En los países desarrollados, con la mejora de los sistemas electrónicos automotrices, se están desarrollando rápidamente nuevas tecnologías de detección electrónica, pero el crecimiento de productos de sensores maduros se desacelerará o incluso disminuirá en los países en desarrollo, los sensores automotrices básicos se utilizan principalmente en motores de automóviles, seguridad, y sistemas antirrobo y de control de emisiones, el crecimiento es considerable. ¿Pantallas de coches en los países en desarrollo? ¿A dónde ir? ¿problema? ¿punto? Producción EM para reducir costos.
Los proveedores de sensores para automóviles se enfrentan a graves desafíos: por un lado, deben ampliar la capacidad de producción y, por otro, deben reducir continuamente los costes. Es poco probable que esta tendencia de desarrollo cambie en el futuro.
Los sistemas de arranque y conducción de automóviles siguen siendo el mercado más grande y maduro para sensores, pero el crecimiento se desacelerará en comparación con otras aplicaciones a medida que aumenten los precios mundiales del combustible, "mejorando la eficiencia de la combustión". Es una nueva aplicación "brillante"; spot" para sensores de automóviles; las aplicaciones en sistemas de seguridad y antirrobo para automóviles serán el mercado de más rápido crecimiento; el mercado de sistemas de control de emisiones de escape se está desarrollando de manera muy constante y tiene buenas perspectivas. Los principales mercados de aplicación por región son: en Estados Unidos, se utiliza principalmente para la detección de la presión de los neumáticos; en Europa, se utiliza para sistemas de alerta de peatones en automóviles; en países industriales emergentes, se utiliza principalmente para bolsas de aire y sistemas automáticos de cinturones de seguridad; . Medidos por cada vehículo, los sensores de oxígeno son los más utilizados y la tecnología mejora constantemente.