面向汽车的全面传感器解决方案

作者:杨霞 发布时间:2018-10-10
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人们对于个性化车载体验、更高安全性能、辅助自动驾驶和可预测维护系统日益增长的需求正推动汽车传感器技术不断发展。抢占汽车互联市场及扩展物联网市场份额,因此越来越多的汽车OEM和子系统供应商积极寻求超越传统汽车MEMS供应商的创新,以期提高系统稳定性,降低成本,加快上市时间。

TDK集团首次亮相SENSOR CHINA2018,并集中展示了其一系列针对汽车行业的传感器产品。产品品牌包括 TDK、爱普科斯(EPCOS)、InvenSense、Micronas、Tronics 以及 TDK-Lambda。2018 年度3月末,TDK 的销售总额约为 120 亿美元,全球雇员 103,000 人。

人们对于个性化车载体验、更高安全性能、辅助自动驾驶和可预测维护系统日益增长的需求正推动汽车传感器技术不断发展。抢占汽车互联市场及扩展物联网市场份额,因此越来越多的汽车OEM和子系统供应商积极寻求超越传统汽车MEMS供应商的创新,以期提高系统稳定性,降低成本,加快上市时间。InvenSense可带来这样的增长机遇:InvenSense具有大容量建造平台,卓越性能的基于MEMS的运动跟踪设备和麦克风,超强算法和先进的处理器集成,可推动解决方案的创新,缩短新传感器解决方案的上市时间。高性能、低功耗的IAM-20680六轴(3轴加速度计+3轴陀螺仪)汽车惯性传感器已通过AEC-Q100标准测试。该产品安装更灵活,不限方向,外形小巧,适应于各种尺寸的系统。此外,IAM-20680还具有优异的噪声抑制和漂移稳定等特性,能满足众多车载解决方案对运动检测性能的严苛需求,包括导航、行李箱盖运动检测,以及ADAS摄像头和图像稳定系统。用于汽车市场的InvenSense定位库 (IPL) 在全球导航卫星系统 (GNSS) 信号较差的地区也能提供持续、准确的导航,有助于改善标准车辆导航系统的性能。IPL能将来自陀螺仪和加速度计的惯性传感器数据与GNSS相结合,提供随时可用且更精确的定位数据。在GNSS失灵的情况下,该功能尤其有效,例如城市峡谷或隧道、停车场等GNSS失效的区域。新开发的陀螺仪组合适用于防滑控制、滚动探测和电子稳定控制系统等安全应用,具有低偏置漂移、低灵敏度漂移和高振动抗性等特点,可满足最严苛的应用要求。

产品示意图

产品示意图

此外,还推出了适合汽车和物联网应用的微型传感器芯片。TDK集团的微型爱普科斯(EPCOS)MEMS压力传感器C33系列为车用型,尺寸仅为1 mmx1 mmx0.4mm,在同类产品中尺寸最小。其绝对压力测量范围为量1.2bar至10bar绝压,且通过AEC-Q101测试认证,典型工作电压为3V。施加5V电压时,灵敏度介于15mV/bar至80mV/bar之间,具体视型号而定。该微型压力传感器的工作温度范围为-40℃至+135℃,并可短时耐受140℃的高温。此外,传感器的长期稳定性也极好,误差仅为±0.35% FS。

另一款微型MEMS压力传感器C39系列的封装尺寸仅为0.65 mmx0.65 mm,适用于物联网和消费类应用。C39系列传感器具备一个突出亮点,即高度仅为0.24mm,是智能手机、可穿戴设备等有紧凑空间需求应用的理想之选。C39设计用于测量1.2bar的绝压,并且和C33类似,具有±0.35%FS 的长期稳定性。所有压力传感器都基于压电原理工作,并通过惠斯通电桥输出与待测压力及电源电压成正比的模拟信号。

值得一提的是,TDK集团的爱普科斯(EPCOS)NTC传感器元件专为测量高达650℃的高温而设计。该元件基于高温陶瓷传感器元件,连接至一根金属化氧化铝棒,然后进行玻璃封装,测量精度高,温度为200℃时,温度容差仅为±1K。由于采用了玻璃封装,该新型元件极其坚固耐用。新型传感器长16 mm,玻璃封装直径为2mm,还配备了焊接至氧化铝棒的连接线(可选)。

该高温传感器符合AEC-Q200标准,专为废气再循环系统等要求严苛的汽车电子应用而设计。 主要用于柴油发动机,可降低燃烧气体中过量的氧气,从而使高燃烧温度下产生的氮氧化物最 少。在再循环系统中,NTC传感器可测量废气的温度,有助于防止发动机过热,特别是气缸盖和阀座。

TDK展台

TDK展台

在电动汽车应用中,新型传感器可监控电动车驱动系统(直接由氢气产生电能)中使用的燃料 电池的温度,还可用于自清洁炉(根据热解原理工作)等家用电器。其中,自清洁炉的工作原 理是将炉身加热至500℃,分解食物残渣的长链分子,使其大部分都变成气体和灰烬。NTC 传感器可调节并稳定所需温度。

不断减少燃油消耗量和蒸发排放量的要求正促使汽车制造商及其供应商制定新的路线图。内燃机是世界上所有严苛环境法规关注的重点。TDK集团基于高精度压力传感应用的创新传感器平台开发了新的可靠燃油压力传感器,后者有助于缓解燃油消耗的增长,帮助汽车制造商满足新排放法规的要求。

压力传感器在和腐蚀性介质接触的情况下能长时间精确工作是实现可靠车载诊断和控制系统的先决条件,许多情况下也是强制要求的。在当今的许多压力传感器解决方案中,常使用弹性材料连接传感元件和壳体,并和待测介质接触。然而,燃油和软性粘结剂(弹性体)间的互动是实现精确测量和长期稳定性的一个瓶颈,在当下全球使用的燃油、混合剂和添加剂日趋复杂和多样化的大背景下更为凸显。  

TDK集团创新的油箱压力传感器采用独特设计:所有和燃油直接接触的塑料和弹性体都使用超耐久的玻璃基材料替代,与所有材料的热膨胀系数都是相互匹配的(图1)。和弹性体不同,这种材料不会膨胀、收缩或变脆,可消除因信号漂移或泄露导致的不精确压力测量。此外,因此,该传感器对所有种类的燃油都具有很高的抗性,并且在-40°C到+125 °C的温度范围内可实现误差小于±1% FS的测量精度,即使是温度在某一时间段内出现波动也能保证该精度。TDK集团的压力传感器技术代表了一种可用于多种燃油应用的先进传感器平台,并能提供多种外壳和连接器专用选项。

  琳琅满目的丰富展品吸引参观者纷纷驻足,和TDK现场工程师探讨技术特色和应用可能,成为SENSOR CHINA2018展会现场一颗耀眼的明珠。

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