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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相应的保护，我们可在
2、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。二、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。 5-17 压駅敛应原理任何材料电組
4、的变化率都由下式决定A A A p A/ A s/?p /5对金厲而背，上式中的一项较小.即电阻率的变化率较小，有时 可忽略不计，而AM与AM两项较大，即尺寸的变化率较大，故金属 电阻的变化率主要是由山与心丽项引起的这就是金属应变片的 基本工作慷理*对半导体而言，上式中的人旳与入也两项很小，即尺 寸的变化率很小，可忽略不计，而 P项较大，也就是电阻率变化 率较大.故半导体电阻的变化率主要是由一项引起的*这就是压阻式 传感器的基本工作原理。2、压阻式压力传感器基本介绍压阻式传感器有两种类型：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
5、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
6、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
7、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
8、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。图5-18 硅压阻差压传感器示意图1 鎂体；2硅片3压力管；4硅杯；5 引线斗6一压力符2这种传感器的优缺点： 优点：1灵敏系数高，k =30175 （而电阻丝其值约在1.63.6之间）；2机械滞后小、横向效应小及本身体积小。缺点：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。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，灵敏度系数失去线性
9、。3、放大电路5 V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。三、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). 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;汽车碰撞试验用多轴压阻加速度传感器及校准方法J；上海计量测试;2011年02期易选强;苑伟政;马炳和;陈爽;邓进军;压阻式微型压力传感器敏感结构设计J；西北工业大学学报；2008年06期李伟东;吴学忠;李圣怡;一种压阻式微压力传感器J;仪表技术 与传感器；2006年07期
