跟着人们对现代轿车更高功率和更低排放需求的日益增长，轿车传感器体系正快速开展。比方，在轿车底盘上，防抱死刹车体系(ABS）轮速传感器替代了直接压力传感器，能够运用户判别出轮胎充气状况。用于安全气囊的加速度计增加了依据陀螺仪的惯性模块。但问题是，哪一种传感器能满意下一代轿车对功用和安全性的开展需求呢？
跟着人们对现代轿车更高功率和更低排放需求的日益增长，轿车传感器体系正快速开展。比方，在轿车底盘上，防抱死刹车体系(ABS）轮速传感器替代了直接压力传感器，能够运用户判别出轮胎充气状况。用于安全气囊的加速度计增加了依据陀螺仪的惯性模块。但问题是，哪一种传感器能满意下一代轿车对功用和安全性的开展需求呢？
前期的传感器运用包含丈量油和水的压力/温度，后来增加了曲柄和凸轮方位检测、气体流量/温度/压力和废气剖析等运用。削减废气排放意味着在轿车的运用寿命期间操控发动机的功用是至关重要的。现代发动机操控技能一般依据标称输出扭矩与必定范围内输入变量之间的联系的查表成果来完成，所有这些数据都来源于对若干发动机的测功试验。由于发动机的功用随出产容差会发作改变，而且会在运用进程中发作磨损，用于操控发动机和轿车传动齿轮改变的扭矩估量一般不是最优的。
第一代胎压检测体系(TPMS）选用ABS车轮检测(轮胎在低气压下转速较快），或许电池供电的胎压传感器和发射器。ABS传感器的精度较低，检测算法需求较长时刻才干取得安稳成果。电池供电的传感器具有较高的精度可是相对而言比较粗笨，运用寿命有限，存在电池处理的问题。每年人们购买的新轮胎有十多亿只，抛弃的电池将发作环保问题。
外表声波(SAW）技能能够用作应变传感器，它重量轻(<2克），体积小，坚固耐用，可循环运用，无需电池，支撑无线传输。SAW传感器能够检测出EPS操控与动力系运用中的扭矩和温度，以及TPMS体系中的压力和温度。SAW特别适合于监测旋转部件或许那些触摸起来很难或很风险的部件。本文概述了由Honeywell公司出产的SAW传感体系的规划与问询办法，介绍了几种首要的轿车运用。
早在19世纪，人们就猜测并剖析了固体的外表声波特性，可是直到20世纪后半叶这项技能才得以运用到电子体系中。SAW设备能够将电信号转化为具有相同频率的声信号，可是由于声信号的传输速度比电信号慢5个数量级，它的波长要短得多；例如，频率为100MHz波长约为3米的电信号经过SAW设备转化之后的波长只要30微米。这样咱们就能够在很小的封装尺度内对射频信号进行处理。由于声信号具有较低的传输速度，因而能够在雷达体系和电视机中运用SAW器材完成时刻延迟和滤波功用，此外SAW在手机商场中的运用也逐步显现出来。Honeywell的SAW传感器在小型压电石英管芯上贴装了两个或三个单端口谐振器，本征谐振频率为434MHz左右，选用规范的照相平版印刷技能用铝制造而成(如图1所示）。由于SAW滤波器现已完成了很高的量产，出产SAW谐振器不需求新的制造东西，只需求制造一个新的掩模，因而SAW传感器具有单位成本低、易于二次供货的优势。
图1. SAW谐振器在小型压电石英管芯上贴装了两个或三个单端口谐振器，选用规范照相平版印刷技能用铝制造而成。
SAW谐振器
SAW谐振器受射频短脉冲的鼓励。居中放置的穿插指型转化器(IDT）经过压电效应将输入的电信号转化为机械波。这些机械波从IDT到反射器来回传输，直到某个强制谐振以驻波的办法存在。在该传输信号关断之后，该谐振器持续振动，可是振动频率是被施加的机械和/或热应力修正之后的。衰减振动经过压电效应转化回电信号，从头传输到SAW问询板，并在这儿对频率进行剖析并转化为工程参数。
电子体系经过履行各种使命将SAW传感器的状况改变状况转化为用于轿车操控压力、扭矩或温度等有用信号。它有必要无线鼓励SAW各个元件，读回它们的谐振信号，判别它们的频率，然后运用保存的校准信息核算出扭矩、压力或温度成果。
依据不同传感运用的需求，最多需求查询5个独立的SAW谐振器才干完成对输出参数的一次丈量。传感器是一种窄带器材，一般包含2个或3个标称频率峰值在433.05到434.70MHz ISM波段上的谐振器。频率峰值之间的距离有必要足够大，以避免在丈量进程中各个频率峰值呼应外部条件发作偏移时呈现穿插。不然，体系就无法盯梢每个谐振器与其相应频率之间的联系，导致在核算终究参数时发作紊乱。不管选用何种机械封装，特定运用中所有的谐振器都是并联的，然后问询体系看到的是一个具有多种谐振波峰的单端口谐振器等效电路。
与一个射频ASIC相衔接的DSP操控器担任办理SAW谐振器的无线问询进程。该进程首要要发射一个窄带射频脉冲信号，其频率挨近其间一个SAW谐振器的谐振频率峰值。问询电路与无源传感器之间的无线接口依据不同的运用而不同。平面微带耦合器一般在转矩类运用中用于坚持定子和转子之间的不间断衔接。偶极子天线现已运用在TPMS运用中。这一问询相位中的发射功率巨细一般在0.2到3mW之间。在SAW谐振器遭到无线鼓励后，射频ASIC从发射形式切换到接纳形式，然后能够捕捉到回来的射频信号。ASIC的接纳通路包含一个低噪声扩大器(LNA），后接一个单边带(SSB）混频器，将?433 MHz的信号首要下变频为11MHz的中频信号，然后经过滤波和扩大，输入到一个I-Q混频器，然后对该信号进一步进行下变频，改换为1MHz的第二中频信号。
这样，SAW信号就会分红独立的正交低频信道，表明为I+jQ。这些I和Q信号从ASIC传送到DSP中，然后被DSP内部的模数转化器(ADC）一起采样。这一问询进程重复履行屡次，然后能够将一个SAW单元的多个I-Q呼应信号组合成时刻同步的办法，称之为相关累积，这种办法削减了射频ASIC中随机差错和相位差错的影响，提高了信号的信噪比(SNR）。下一步是核算由采样的I-Q数据构成的复数信号的离散傅里叶改换(DFT），然后判别谐振峰值的精确频率。这种办法比较仅对单通道输入进行DFT改换的办法愈加精确。不再进行全频谱的快速傅立叶改换(FFT），由于传感器是窄带的，在进行全量程丈量时，采样信号的峰值频率将坐落第二中频信号±谐振器的最大频率偏移翻译内。首要核算一组距离较大的谱线，以此判别频率峰值的大约方位。然后核算一组距离较密的谱线，终究选用内插法核算出精确的谐振频率。
对转化器中的每个SAW谐振器次序履行上述问询和判别谐振频率的进程，将发作一组频率值，这些频率值是核算与检测参数成正比的微分偏移量的根底。DSP运用一组依据模型的方程式对这些输入的频率差值进行核算，得到终究的扭矩、温度或压力值，传输给轿车操控器或许进行其他更高档的处理。
SAW传感器
如图2所示，装置了SAW谐振器的石英管芯一般选用片状不锈钢封装，直径约为11mm，厚度约为2mm，重量<2gm。
关于胎压检测运用，该管芯坐落两个杰出部分，受上外表隔阂经过中心气针的顶压而变形。问询和反向散射信号经过一个一般的鞭状天线被播送出去。
关于扭矩检测运用(如图3所示），该管芯张贴在片状外壳的底部，整个器材再与待测扭矩的组件相连。问询和回来信号经过非触摸式平面耦合器向外发射。
在TPMS和扭矩检测管芯中，三个SAW谐振器发作两个频率差值，一个正比于压力或扭矩，其他的正比于温度。这种办法能够检测出带温度补偿的压力和扭矩，也能够独自用作温度监测。
关于TPMS，SAW传感器的装置也有多种办法，能够选用张贴式橡胶块装置在轮胎上，或许装置在气门上(橡胶和金属原料），或许在低压安全胎上固定在车轮中。用户能够调整灵敏度，以满意从气压为10巴的货车到气压为2巴的赛车的需求。典型精度为全标度的1％。
图2. 石英管芯一般选用片状不锈钢封装，直径约为11mm，厚度约为2mm，重量<2gm。
图3. 关于扭矩检测，传感器管芯张贴在片状管壳的底部.
关于扭矩丈量(如图4所示），传感器与传动轴或圆盘相连，谐振器以±45°的典型方向角检测剪切应变的压力重量。
图4. 关于TPMS运用，SAW传感器能够经过多种办法装置在轮胎上，扭矩传感器与传动轴或圆盘相连，谐振器以±45°的方向角检测剪切应变的压力重量.
关于50到500之间的微应力，丈量精度能够到达1％的等级。现在运用包含EPAS转向轴、发动机flexplates、自动档输出轴和传动轴。
本文小结
SAW检测技能为轿车中的压力、扭矩和温度，特别是旋转部件的检测供给了新的机会。在许多状况下，咱们能够从直接的参数丈量(为估量某个所需的变量）切换到实时的输出检测，以完成监控和闭环操控功用。
