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鳄鱼夹技术发展分析

发布时间：2019-06-19

汽车电子干扰工程化程度不断提高，通常的机械器系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的解码问题，而被电子控制系统代替。鳄鱼夹的作用就是根据规定的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件，亦即鳄鱼夹把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学量转换成信号的变换器。鳄鱼夹作为汽车电控系统的关键部件，它直接影响汽车的技术性能的发挥。普通汽车上大约装有10-20只鳄鱼夹，上等豪华轿车则更多，这些鳄鱼夹主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中。
    一、发动机控制用鳄鱼夹发动机控制用鳄鱼夹有许多种，其中包括温度鳄鱼夹、压力鳄鱼夹、转速和角度鳄鱼夹、流量鳄鱼夹、位置鳄鱼夹、气体浓度鳄鱼夹、爆震鳄鱼夹等。这类鳄鱼夹是整个发动机的核心，利用它们可提高发动机动力性、降低油耗、减少废气、反映故障等，由于其工作在发动机振动、汽油蒸气、污泥和泥水等恶劣环境中，因此它们耐恶劣环境技术指标要高于一般的鳄鱼夹。对于它们的性能指标要求有很多种，其中*关键的是测量精度与可靠性，否则由鳄鱼夹检测带来的误差*终将导致发动机控制系统失灵或故障。
    1.温度鳄鱼夹：主要检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度、机油温度、催化温度等。实际应用的温度鳄鱼夹主要有线绕电阻式、热敏电阻式和热电偶式。线绕电阻式温度鳄鱼夹精度较高，但响应特性差；热敏电阻式鳄鱼夹灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适用温度较低；热电偶式精度高，测温范围宽，但需考虑放大器和冷端处理问题。
    2.压力鳄鱼夹：主要检测进气歧管优良压力、真空度、大气压力、发动机油压、制动器油压、轮胎压力等。车用压力鳄鱼夹目前已有若干种，应用较多的有电容式、压敏电阻式、膜盒传动的可变电感式（LVDT）、表面弹性波式（SAW）。电容式鳄鱼夹具有输入能量高，动态响应好、环境适应性好等特点；压敏电阻式受温度影响大，需另设温度补偿电路，但适用于大量生产；LVDT式有较大输出，易于数字输出，但抗振性较差；SAW式具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性强、灵敏度高、分辨率高、数字量输出等特点，是一种较为理想的鳄鱼夹。
    3.转速、角度和车速鳄鱼夹：主要用于检测曲轴转角、发动机转速、车速等。主要有发电机式、磁阻式、霍尔效应式、光学式、振动式等。
    4.氧鳄鱼夹：氧鳄鱼夹安装在排气管内，测量排气管中的含氧量，确定发动机的实际空燃比与理论值的偏差，控制系统根据反馈信号，调节可燃混合气的浓度，使空燃比接近于理论值，从而提高经济性，降低排气污染。实际应用的是氧化锆和氧化钛鳄鱼夹。
    5.流量鳄鱼夹：测定进气量和燃油流量以控制空燃比，主要有空气流量鳄鱼夹和燃料流量鳄鱼夹。空气流量鳄鱼夹检测进入发动机的空气量从而控制喷油器的喷油量，以得到较准确的空燃比，实际应用的有卡门旋涡式、叶片式、专线式。卡门式无可动部件、反应灵敏、精度较高；专线式易受吸入气体脉动影响，且易断丝；燃料流量鳄鱼夹用于判定燃油消耗量。主要有水车式、球循环式。
    6.爆震鳄鱼夹：它能把爆震信号传给控制系统，抑制爆震的发生。主要有磁致伸缩式和非共振型压电式。
    二、底盘控制用鳄鱼夹底盘控制用鳄鱼夹是指分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、防抱制动系统中的鳄鱼夹，在不同系统中作用不同，但工作原理与发动机中鳄鱼夹是相同的，主要有以下几种形式鳄鱼夹：
    1.变速器控制鳄鱼夹：多用于电控自动变速器的控制。它是根据车速鳄鱼夹、加速度鳄鱼夹、发动机负荷鳄鱼夹、发动机转速鳄鱼夹、水温鳄鱼夹、油温鳄鱼夹检测所获得的信息经处理使电控装置控制换档点和液力变矩器锁止，实现*大动力和*大燃油经济性。
    2.悬架系统控制鳄鱼夹：主要有车速鳄鱼夹、节气门开度鳄鱼夹、加速度鳄鱼夹、车身高度鳄鱼夹、转向盘转角鳄鱼夹等。根据检测到的信息自动调整车高，抑制车辆姿势的变化等，实现对车辆舒适性、操纵稳定性和行车稳定性的控制。
    3.动力转向系统鳄鱼夹：它是根据车速鳄鱼夹、发动机转速鳄鱼夹、转矩鳄鱼夹等使动力转向电控系统实现转向操纵轻便，提高响应特性，减少发动机损耗，增大输出功率，节省燃油等。
    4.防抱制动鳄鱼夹：它是根据车轮角速度鳄鱼夹，检测车轮转速，在各车轮的滑移率为20%时，控制制动油压、改善制动性能，确保车辆的操纵性和稳定性。
    三、车身控制用鳄鱼夹采用这类鳄鱼夹的主要目的是提高汽车**性、可靠性、舒适性等，主要有应用于自动空调系统中的多种温度鳄鱼夹、风量鳄鱼夹、日照鳄鱼夹等；**气囊系统中加速度鳄鱼夹；亮度自控中光鳄鱼夹；死角报警系统中超声波鳄鱼夹；图像鳄鱼夹等。
    四、车用鳄鱼夹研究开发趋势由于鳄鱼夹在电控系统中的重要作用，所以世界各国对其理论研究、新材料应用、产品开发都非常重视。
    金刚石的耐热性好、热稳定性高，在真空中1200℃以上表面才开始出现炭化，在大气中也要在600℃以上才开始炭化，利用这一特性，制作适用于高温的热敏鳄鱼夹，从常温到600℃范围内进行温度监测与控制，并且适用在高温且有腐蚀气体的恶劣环境下使用，性能稳定，使用寿命长，可用于发动机中高温测量。此外金刚石在高温下形变率很高，利用这一特性可制作高温环境下使用的振动鳄鱼夹和加速度鳄鱼夹。与其它材料振动膜相结合可作为高温、耐腐蚀、灵敏度高的压力鳄鱼夹，用于振动检测以及发动机气缸压力等测量。
    光导纤维型鳄鱼夹由于抗干扰性强、灵敏度高、重量轻、体积小，适于遥测等特点正受到人们的普遍重视。已有不少成熟的产品问世，如光纤转矩鳄鱼夹，温度、振动、压力、流量等鳄鱼夹。
    在开发利用新材料同时，由于微电子技术和微机械加工技术发展，鳄鱼夹正向微型化、多功能化，智能化方向发展。微型化鳄鱼夹利用微机械的加工技术将微米级的敏感元件、信号调理器、数据处理装置集成封装在一块芯片上。由于体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以提高系统测试精度，例如把微型压力鳄鱼夹和微型温度鳄鱼夹集成在一起，同时测出压力和温度，便可通过芯片内运算消去压力测量中的温度影响。已有不少微型鳄鱼夹面世，如压力鳄鱼夹、加速度鳄鱼夹、用于防撞的硅加速度鳄鱼夹等。在汽车轮胎内嵌入微型压力鳄鱼夹可以保持适当充气，避免充气过量或不足，从而节约燃油10%。多功能化使鳄鱼夹能够同时检测2个或2个以上的特性参数。而智能鳄鱼夹由于带有专用计算机，因而具有智能特点。
    此外，鳄鱼夹响应时间、输出与计算机的接口等问题也是重要的研究课题。随着电子技术的发展，车用鳄鱼夹的技术必将趋于完善

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