Рис. 6. Этапы развития автомобильных датчиков
Временно несущественную роль в толстопленочной технологии играли датчики, которые брали свое начало из гибридных технологий. Они и сегодня иногда встречаются, например, в пластинчатых кислородных зондах и датчиках высокой температуры для измерения в зоне выхлопа. Если температурные датчики и датчики магнитного поля сначала создавались как структуры, подобные переключателям, и изготавливались отдельными партиями, то эта тенденция укрепилась, когда удалось структурировать кремний различными способами, а также микромеханически в двух и трех измерениях (координатных осях), и с помощью очень эффективных методов прочно и функционально соединить в различных положениях.
Поскольку технологии электронного полупроводникового переключения основаны практически только на кремнии как основном рабочем материале, во всех датчиках все остальные материалы и технологии играют незначительную роль. Так, например, кварц тоже можно микромеханически сформировать с помощью анизотропной технологии травления, однако он в отличие от кремния обладает лучшими пьезоэлектрическими свойствами. III-V-полупроводники, такие как арсенид галлия (GaAs), обладают гораздо более широким диапазоном рабочей температуры, чем кремний, что могло бы дать значительные преимущества при использовании на различных участках в автомобиле. Тонкие механические слои очень хорошо подходят для изготовления точных резисторов растяжения, точных температурных датчиков резисторов, зависимых от магнитного поля.
С помощью кремния удалось интегрировать в датчик монолитным способом еще и электронику. Эта технология—несмотря на немногие исключения (например, Hall-IC) — утратила свое значение из-за большого числа и многообразия этапов обработки и связанной с этим негибкости. Гибридные технологии интеграции в очень узкое пространство по всем правилам требуют значительно более экономичных, функциональных и равнозначных решений (рисунки 7).
Рис. 7. Гибридная интеграция датчика и электроники: поверхностный микромеханический датчик ускорения на микрогибридном переключающем контуре
Если разработка датчиков вначале фокусировалась практически исключительно на внутриавтомобильных системах трансмиссии, ходовой и кузова, а также безопасности движения, то направление последних разработок все больше и больше ориентировано на внешние ближнее и дальнее окружение транспортного средства:
- ультразвуковые датчики определяют препятствия во время парковки и в обозримом будущем позволят, (в сочетании с другими датчиками) автоматически парковать автомобиль;
- радар ближнего действия определяет объекты в зоне вокруг автомобиля, которые с большой вероятностью могут стать причиной ДТП, чтобы выиграть время и настроить системы безопасности до столкновения (Precrash-датчики);
- датчики изображения могут определить не только дорожные знаки, но и передать их на дисплей водителя, а также распознавать контуры дороги, предупреждать водителя об опасности отклонения от дороги и при необходимости длительное время позволять ехать в автоматическом режиме; в сочетании с инфракрасными лучами и экраном в поле зрения водителя ИК-чувствительные датчики изображения позволяют осуществлять наблюдение за дорогой ночью и даже в тумане (ночное видение);
- датчики-радары дальнего действия осуществляют наблюдение за дорогой на расстоянии 150 м перед автомобилем, позволяя приспособиться к скорости автомобилей, движущихся впереди, а также длительное время поддерживать движение в автоматическом режиме.
(Данные взяты с онлайн-портала: «SKODABOOK.RU»)
Датчики и исполнительные элементы управления образуют в качестве периферии интерфейсы (согласующие устройства) между автомобилем с его сложными приводными, тормозными, ходовыми и кузовными функциями, а также ведущими и навигационными функциями и цифровым электронным блоком управления в качестве устройства для обработки данных (рисунок 8). Как правило, согласующий переключатель выдает сенсорные сигналы для блока управления в необходимой стандартизированной форме (измерительная цепочка, система учета измерений).
Рис. 8. Датчики в многоуровневом процессе автомобиля. 1. Устройство считывания измерительного параметра; 2. Согласующий переключатель; 3. Формирователь; 4. Исполнительные элементы; АК. Исполнительный элемент; AZ. Индикатор; SA. Управляющий выключатель; SE. Датчики; SG. Блок управления; Ф. Физическая величина; Е. Электрическая величина; Y1. Возмущающее действие
Эти согласующие переключающие устройства, скоординированные со специальными датчиками, имеются в наличии в большом количестве в интегрированной форме. Они представляют собой существенное и ценное дополнение к представленным здесь датчикам, без которого использование датчиков было бы невозможным, а качество измерений можно оценить только в сочетании с ним.
В изображенном многоэтапном процессе «автомобиль» данные датчиков других рабочих элементов (элементов управления), равно как и водитель, пользующийся простым управляющим выключателем, также могут оказывать влияние. Индикаторы сообщают водителю информацию о состоянии и выполнении всего процесса.