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海拉非接触式位置传感器 |
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| http://cn.newmaker.com
7/14/2009 10:11:00 AM
佳工机电网
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如今，车辆传感器系统的一个重要任务就是确定位置。现代车辆上使用的多种机电系统都需要位置传感器，不仅是为了报告驾驶员的意图（测量参考值），也是为了确定发动机或车辆的状态（测量实际值）。
数十年来，电位计一直被用于测量位置和角度。其设计简单，应用专业，制造技术成熟，而且价格低廉，这些都是电位计仍将在多种汽车装置中继续应用的原因。但由于工作原理的原因，电位计在应用方面也存在诸多限制：当处于高温和振动等不利环境中时，磨损和污染都可能导致故障发生；由于电位计只允许通过较小的信号电流，这势必在电器接触和插件连接上花费更大的精力，也使得车辆内信号传输的整个过程都易受到外部影响。
随着对机电系统可靠性及适用性方面的需要与日俱增，从而使非接触式传感器的使用越来越频繁。在这个领域，主要是霍尔式或MR传感器之类的磁铁式传感器与光学和电感传感器相竞争。从技术角度而言，要分辨这类传感器原理的优劣，需要采用统一的评定标准，例如：精确度、综合了各项测量任务（线性、移动、旋转、不同的测量范围）来评定的适用性以及集成能力（设计与功能角度）。但是，除总体技术条件外，基本部件的成本也在这个决策过程中起到重要作用。另外，传感器在系统整个使用寿命期间，即使是在恶劣的环境下的有效性，及传感器原理是否已经在系列生产中经过验证也要进行考虑。
霍尔式元件在轿车行业主要用作角度测量的开关器件和传感器。这些传感器按点对点的关系执行工作。因此，相对于机械容差，其具有较高的敏感度，而这反过来又必须要在补偿上花更大力气。电感式传感器在一个平面内工作，因此在各个方面都极为牢固。各向异性磁阻（AMR）传感器也非常牢固，但从部件复杂性角度来讲，它处于劣势。通常需要双芯片来建造一个传感器，因为AMR工艺不能与CMOS工艺相集成。汽车应用中另一个重要类型是电磁感应式传感器（PLCD），其主要应用于线性位置测量领域。
自首个非接触式位置传感器进入市场以来，海拉就积极参与其中。海拉支持其内部开发的电磁感应传感器概念CIPOS（非接触式位置传感器）。其设计非常简单：定子由平面激励、接收线圈及评价电子元件组成，还包括一个标准PCB和ASIC；转子由特定几何形状闭合导线制成的冲压件（导电材料或PCB元件）制成（见图1）。交流电流从激励线圈上流过，围绕着转子导电回路产生一个电磁场，产生的交流感应电流流经转子，反过来又产生一个反作用于接收线圈的电磁场。根据转子的位置在接收线圈上生成感应电压，并由电子元件进行测定。通过这种方式，同一个ASIC可以同时测量旋转方向和角度。
图1 电感测量原理
因此，采用比值信号测量方法，其工作原理与温度无关，对机械容差不敏感。同时，由于其设计简单，这种传感器易于连接，从而在整个应用中实现经济有效的利用。因此，该原理在位置测量方面普遍适用。几种传感器的性能比较
 优势和前景
海拉既供应报告驾驶员意图的传感器，也供应确定发动机或车辆状态的传感器。前者包括踏板传感器和转向传感器。此外，节流阀传感器、传动传感器和车辆水平传感器更多的是起到记录发动机或车辆状态的作用。
踏板传感器用来确定踏板位置，产生踏板触觉。海拉是第一个开发柴油机和汽油机一体式电子踏板的供应商。这种踏板用于配备了电控驾驶系统的客车及电动车。踏板传感器的设计使得踏板、踏板力的发生装置和位置传感器全都位于一个模件内，这样就可以按各个客户的要求调整踏板传感器。
海拉目前正积极开发将非接触式传感器集成到踏板上的新型革新解决方案。除继续努力减少封装空间需要外，这会在尺寸、质量和成本方面带来较大优势。海拉也在开发新型的传感器接口，以改善未来踏板市场在整合车辆中的适用性和成本。海拉供应的其他传感器都采用自己的非接触式电磁感应传感器技术，这就让原来各种应用中积累的经验直接应用到开发中。电磁感应测量原理的优势在发动机室中尤其有效，如不受温度影响，对机械容差不敏感等。
海拉转向传感器可以支持多种车辆功能。一方面，它们可以为电子液压助力系统报告驾驶员操纵动作；另一方面，它们也是ESP之类复杂的动态驱动系统的一个部件。
图2 采用模块化设计的转向角度/转向扭矩组合传感器
目前，海拉正在开发将转向角传感器和转向矩传感器组合在一起的一种模块化设计（见图2），并逐步开始生产。根据不同的要求，传感器可以作为纯转向转矩传感器或“单圈”或“多圈”转向扭矩/转向角组合传感器安装在一个外壳内。这种组合传感器将首先用于电动助力转向系统。但原则上，它也适用于副操纵或线性转向等应用。由于其可靠的设计和电磁感应测量原理，这种传感器可用于乘客车厢及发动机中的转向系统。
电子节气门传感器的任务是测量电子节气门开度，也使用了CIPOS技术。电磁感应式传感器对高温和振动不敏感，非常适合安装在发动机室内，而简单的设计也可以实现经济的传感器组合方式。
除一体化解决方案外，海拉也在开发用于轴端的独立式解决方案。这种方案特别适于发动机室中的恶劣环境条件，如进气歧管口盖（Flap）、废气再循环系统（EGR）、转筒口盖（Tumble Flap）或传动应用。电子测量范围可经过调整，适于相应的应用要求。
凭借更简单化的机械设计，更小的封装室间要求，更优化的密封，以及更稳定的温度特性等优点，这种技术领先的传感器已成为目前市场上其他批量生产的传感器更积极的替代方案。这种传动轴端传感器已用于多种应用，其中包括车身水平传感器，这是海拉供应的首批非接触式位置传感器应用中的一种。它能测量车辆的倾斜角，这是与舒适性和安全性相关的多个车辆部件所需的必要数据，如活动底盘、车身调整和自动大灯水平调节。
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