汽车电子控制技术课程设计乘客感知传感器

1、 汽车电器与电子控制课程设计 乘客感知传感器 班级 车辆工程11-1 学号 1101040325 姓名 苏凯一、研究的背景、作用与目的 安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。为了减少汽车发生碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害，现代汽车普遍装有安全气囊。安全气囊的安装位置在方向盘中央、助手席前工具箱上端以及前排座椅后部。 安装了安全气囊装置的轿车方向盘，一旦车前端发生了强烈的碰撞，安全气囊就会瞬时间从方向盘内“蹦”出来，垫在方向盘与驾驶者之间，防止驾驶者的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等硬物上，这种奇妙的装置自从面世以来，已经挽救了许多人的性命。 针对气囊未能对不同的乘员做出

2、相应的保护，我们可在乘员座位上安装一个乘员探测系统，对车座上是否有人，乘员的体型大小，以及就座时偏离正中情况进行探测。这种系统具有以下几个有点：1、使人体获得最佳保护 相当于专门安装一个传感器，探测的乘员乘坐信息，并传递给中央电脑控制中心。如果发生碰撞的话，控制中心在对各种传感器传过来的信息进行判断的同时综合考虑乘员探测系统探测所得的乘员乘坐信息。这样的话，安全气囊系统就可以针对驾驶员和乘员的乘坐情况适时适量展开气囊。理想的安全气囊是可以针对各种不同的特殊情况对汽车的使用者进行保护。安全气囊应尽可能多地收集和利用有关乘员形体位置信息及撞车类型和撞车速度的数据，建立数据库，对碰撞中乘员和车的有关

3、信息进行识别判断，调整安全气囊系统参数，使人体获得最佳保护。 2、减少材料的浪费气囊系统只能工作一次，发生事故被引爆后的气囊必须更换，为安全起见，气囊系统的所有元件也需更换。在汽车发生碰撞或紧急情况时，就需要这样一个传感器来根据乘客需要确定汽车需要打开几个安全气囊，避免材料的过多浪费和损失。2、 设计的原理1、压阻效应 固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅膜片受压时，膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。 2、 压阻式压力传感器基本介绍压阻式传感器有

4、两种类型：一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片，称为半导体应变片，因此应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器，另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。 半导体应变式传感器 半导体应变式传感器的结构形式基本上与电阻应变片传感器相同，也是由弹性敏感元件等三部分组成，所不同的是应变片的敏感栅是用半导体材料制成。半导体应变片与金属应变片相比，最突出的优点是它的体积小而灵敏高。它的灵敏系数比后者要大几十倍甚至上百倍，输出信号有时不必放大即可直接进行测量记录。此外，半导体应变片横向效应非常小，蠕变和滞后也小，频率响应范围亦很宽，从静态应

5、变至高频动态应变都能测量。由于半导体集成化制造工艺的发展，用此技术与半导体应变片相结合，可以直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器，使测量系统大为简化。但是半导体应变片也存在着很大的缺点，它的电阻温度系统要比金属电阻变化大一个数量级，灵敏系数随温度变化较大它的应变电阻特性曲线性较大，它的电阻值和灵敏系数分散性较大，不利于选配组合电桥等等。 扩散型压阻式传感器 扩散型压阻传感器的基片是半导体单晶硅。单晶硅是各向异性材料，取向不同时特性不一样。因此必须根据传感器受力变形情况来加工制作扩散硅敏感电阻膜片。 3、设计原理 乘客感知传感器是一个压力传感器，并把他置于座椅的坐垫中，当有乘客坐在座椅上时

6、传感器就能检测到座位上乘员的压力及其大小。传感器将测量的坐垫上的压力信号转化为电信号输入到ECU中，ECU能根据电信号的大小判断乘客有无及乘客重量大小并决定安全气囊是否打开和安全气囊充气量的多少。 选用压阻式传感器，利用他的压阻效应进行工作。硅压阻式压力传感器由外壳、硅膜片（硅杯）和引线等组成。硅膜片是核心部分，其外形状象杯故名硅杯，在硅膜上，用半导体工艺中的扩散掺杂法做成四个相等的电阻，经蒸镀金属电极及连线，接成惠斯登电桥再用压焊法与外引线相连。膜片的一侧是和被测系数相连接的高压腔，另一侧是低压腔，通常和大气相连，也有做成真空的。当膜片两边存在压力差时，膜片发生变形，产生应力应变，从而使扩散

7、电阻的电阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相对应的电压，其大小就反映了膜片所受压力差值。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D 转换和CPU ）显示或执行机构。2这种传感器的优缺点：优点： 1灵敏系数高，k =30 175（而电阻丝其值约在 1.6 3.6 之间)； 2机械滞后小、横向效应小及本身体积小。缺点： <1>温度温度性差：半导体材料的电阻温度系数大，且灵敏度系数随温度的变化也相当大。 <2>灵敏系数的非线性度较大：灵敏系数高，在承受大应变作用时，引起的电阻变化教大，灵

8、敏度系数失去线性。3、放大电路 压阻式压力传感器测量方法硅平膜片上的扩散电阻通常构成桥式测量电路，相对的桥臂电阻对称布置，电阻变化时，电桥输出电压与膜片所受压力成对应关系。如图的压力测量放大电路中，R1R4由压敏电阻构成的直流电桥，无力作用时，通过调节RP使直流桥输出电压为0。R5、R6为限流电阻。通过改变R7值可以改变放大倍数。输出电压信号如果要作为数字信号处理，则后续电路可接A/D转换电路。3、 参考文献1 刘艳梅. 电子技术在现代汽车上的发展与应用J. 中国科技信息, 2006,(01) .2 何玉军. 国内外汽车电子技术应用现状J. 电子产品世界, 2000,(05) .3 孙汯. 现代信息电子技术在汽车上的应用和发展J. 上海汽车, 2001,(10) .4沈莉;沈自伟;赵敬月;徐坚杰;汽车碰撞试验用多