不斷增加的城市空氣污染

    經(jīng)過(guò)20年的改革開(kāi)放，中國(guó)私人汽車(chē)數(shù)量迅速增加，汽車(chē)開(kāi)始進(jìn)入普通人的家庭生活。汽車(chē)需求的迅猛增長(zhǎng)是推動(dòng)2002年中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要力量。去年汽車(chē)制造商制造并銷售了325萬(wàn)輛，比2001年增長(zhǎng)了37%。此外，去年載客汽車(chē)的銷售首次突破了100萬(wàn)大關(guān)，猛增56%，達(dá)到了112.6萬(wàn)輛。

    2001年后加入世界貿(mào)易組織（WTO），中國(guó)已經(jīng)將汽車(chē)的進(jìn)口關(guān)稅從70-90%降低到44-51%，到2005年將進(jìn)一步降低到25%。隨著汽車(chē)價(jià)格的下降以及中國(guó)人較低的汽車(chē)擁有量，中國(guó)的汽車(chē)市場(chǎng)將會(huì)進(jìn)一步繁榮。

    隨著轎車(chē)進(jìn)入家庭，主要城市及近郊的交通擁擠狀況會(huì)進(jìn)一步加劇，從而使汽車(chē)廢氣排放問(wèn)題更加嚴(yán)重。中國(guó)有2000萬(wàn)輛汽車(chē)和1億輛摩托車(chē)，而其中大多數(shù)都在城市。在城市環(huán)境污染物中，汽車(chē)所排放的氮氧化物占到了45至60%，而一氧化碳則占到了85%。因此，中國(guó)城市居民所吸入的劣質(zhì)空氣主要是由汽車(chē)所排放的廢氣造成的。

    除非政府愿意犧牲這方面的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，限制上路汽車(chē)數(shù)量。因此，要控制汽車(chē)廢氣排放問(wèn)題，利用電子技術(shù)來(lái)減少汽車(chē)的廢氣排放是解決方案之一。

    排放標(biāo)準(zhǔn)

    2001年底，中國(guó)政府宣布對(duì)中國(guó)三大汽車(chē)制造商降低30%的汽車(chē)消費(fèi)稅，前提是他們所制造的汽車(chē)得滿足歐II標(biāo)準(zhǔn)。六個(gè)月后，在第三屆中國(guó)亞洲清潔燃料國(guó)際會(huì)議上，政府的另一項(xiàng)聲明進(jìn)一步表明了控制汽車(chē)排放的決心。聲明稱，北京將從2003年1月開(kāi)始對(duì)在北京銷售的機(jī)動(dòng)車(chē)輛實(shí)行歐II標(biāo)準(zhǔn)，并計(jì)劃于2005年實(shí)施歐III標(biāo)準(zhǔn)。

    要控制廢氣排放所面臨的挑戰(zhàn)并不僅僅是要設(shè)計(jì)一個(gè)具有清潔燃燒能力的完美發(fā)動(dòng)機(jī)，還要利用合適的半導(dǎo)體電子器件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程進(jìn)行合理的控制。英飛凌為今天的發(fā)動(dòng)機(jī)管理平臺(tái)提供了所需要的單片機(jī)、傳感器和功率半導(dǎo)體器件。

    用于動(dòng)力總成系統(tǒng)的半導(dǎo)體器件

    為控制廢氣排放量，可利用半導(dǎo)體傳感器來(lái)精確測(cè)量吸入空氣的成份。利用單片機(jī)快速計(jì)算出所使用的燃料數(shù)量，然后再起動(dòng)燃料噴射器。由于有正確的空氣-燃料比，因此可以達(dá)到近乎完美的燃燒狀態(tài)，從而使廢氣的排放達(dá)到適合少。

    汽車(chē)動(dòng)力總成應(yīng)用中需要多個(gè)傳感器來(lái)將"真實(shí)"環(huán)境與電子部分連接起來(lái)?；诎雽?dǎo)體的傳感器專用于測(cè)量速度、位置、溫度和壓力。對(duì)于動(dòng)力總成應(yīng)用來(lái)說(shuō)，適合大的變化趨勢(shì)是利用集成了傳感器單元和信號(hào)處理部分的有源傳感器來(lái)代替過(guò)去的被動(dòng)式傳感器。由于需要更精確地測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，因此這一趨勢(shì)發(fā)展很快。

    在通過(guò)傳感器測(cè)量到發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)以后，單片機(jī)就可以處理這些數(shù)據(jù)并提供合適的控制信號(hào)來(lái)控制致動(dòng)器的動(dòng)作。單片機(jī)是利用邏輯技術(shù)制造的，而集成度的提高使得可以將功能強(qiáng)大的處理器與外設(shè)集成在一起。目前的趨勢(shì)是將DSP功能集成進(jìn)來(lái)，從而允許實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜和精確的信號(hào)處理軟件算法。這樣就可用軟件實(shí)現(xiàn)以前采用硬件實(shí)現(xiàn)的功能。

    一旦單片機(jī)"知道"下一步該做什么，單片機(jī)就發(fā)送合適的信號(hào)到致動(dòng)器。通常，致動(dòng)器需要高電壓或者大電流才能動(dòng)作。因此，需要利用功率半導(dǎo)體器件來(lái)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，如燃料噴射器或火花塞。過(guò)去幾年里，功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展主要集中于優(yōu)化現(xiàn)有系統(tǒng)的成本和部分集成。這產(chǎn)生了能夠集成功率輸出級(jí)（DMOS或雙極）、模擬電路和數(shù)字邏輯的混合集成技術(shù)（BCD）。高集成度功率器件的優(yōu)勢(shì)是可以支持診斷，從而可使系統(tǒng)具有更好的可靠性（動(dòng)力總成是汽車(chē)中的關(guān)鍵應(yīng)用）。同時(shí)，這還可使適合終產(chǎn)品所需要的外部器件數(shù)量大大降低。

    系統(tǒng)解決方案

    目前的動(dòng)力總成電子控制單元（ECU）中，電子器件部分主要是半導(dǎo)體器件。

    半導(dǎo)體傳感器

    傳感器位于動(dòng)力總成系統(tǒng)的前端。傳感器用來(lái)測(cè)量物理參數(shù)，如水溫、空氣壓力以及發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。這些數(shù)據(jù)非常關(guān)鍵，它們?yōu)殚]環(huán)控制系統(tǒng)提供了關(guān)鍵信息。除了溫度傳感、壓力傳感和霍爾傳感器以外，微機(jī)械技術(shù)還帶來(lái)了嶄新的加速和偏向角速度傳感器，同時(shí)還允許利用標(biāo)準(zhǔn)晶圓制造工藝集成信號(hào)處理電路和數(shù)字化電路。

    1.溫度傳感器

    根據(jù)擴(kuò)展電阻原理，線性和穩(wěn)定的半導(dǎo)體傳感器可低成本地替代鎳或鉑金屬膜傳感器，同時(shí)還可提供比PTC熱電阻技術(shù)上更優(yōu)越的器件。

    2.位置和速度傳感器

    動(dòng)態(tài)差分霍爾IC可以測(cè)量曲軸或凸輪軸速度、傳動(dòng)速度和車(chē)輪速度。通過(guò)使用位于單個(gè)芯片上的兩個(gè)霍爾單元，一個(gè)差分放大器和處理電路，可以測(cè)量到磁場(chǎng)差。這意味著可以將溫度漂移、制造容差和外部電磁環(huán)境等破壞性環(huán)境影響降到適合小。同樣的信號(hào)水平，與單片機(jī)的接口要比采用舊式的有感線圈簡(jiǎn)單得多、便宜得多。

    英飛凌新開(kāi)發(fā)的TLE4925C特別適合曲軸應(yīng)用。其集成電路（基于霍爾效應(yīng)）提供了頻率與轉(zhuǎn)速成正比的數(shù)字信號(hào)輸出。額外的自校正模塊提供適合優(yōu)的精度。利用新的模塊型封裝所集成的濾波器電容器可以減少干擾。

    3.進(jìn)氣管絕對(duì)壓力/大氣絕對(duì)壓力傳感器

    在新一代傳感器中，復(fù)雜的處理電路完全集成在傳感器芯片上。隨著表面微機(jī)械技術(shù)得以在標(biāo)準(zhǔn)BiCMOS工藝進(jìn)行微機(jī)械加工，利用其技術(shù)制造的傳感器稱為MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))。利用微機(jī)械技術(shù)，可以制作出厚度僅有400 m的多晶硅薄膜。這些薄膜構(gòu)成在芯片上的多個(gè)電容器和兩個(gè)參考電容器。信號(hào)則源于壓感區(qū)域和參考區(qū)域的差別。

    由于需要利用模擬的絕對(duì)壓力傳感器來(lái)測(cè)量進(jìn)氣管絕對(duì)壓力和大氣絕對(duì)壓力，因此標(biāo)準(zhǔn)BiCMOS技術(shù)就特別重要。這是因?yàn)樾枰獜?fù)雜的電路來(lái)提供模擬輸出信號(hào)，進(jìn)行線性化和偏差補(bǔ)償。一個(gè)MAP傳感器測(cè)量進(jìn)氣管中空氣的絕對(duì)壓力，并為發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)提供一個(gè)重要的參數(shù)（空氣體積）。另一方面，一個(gè)BAP傳感器則測(cè)量環(huán)境空氣壓力（是汽車(chē)高度的函數(shù)），這也是發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)所需要的同樣重要的一個(gè)參數(shù)（空氣密度）。有了這兩個(gè)參數(shù)，就可算出空氣的質(zhì)量，并利用算出的空氣質(zhì)量來(lái)決定噴入多少燃料以實(shí)現(xiàn)適合佳的燃燒。英飛凌的BAP傳感器KP120適用于柴油和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的管理。

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