用于车辆的压力传感器的制作方法

本实用新型涉及汽车技术领域，尤其涉及一种压力传感器。

背景技术：

随着国内汽车数量的不断增加，尾气造成的环境污染问题日趋严重，因此，国家对汽车尾气排放的标准也不断更新，日渐严格。“国六”目前已正式公布并将从2020年开始全面实施。为了满足新排放法规关于PM(颗粒物排放)的限值要求，目前人们公知的技术方案是在汽油发动机排气管路上加装汽油发动机颗粒捕捉器(简称GPF：Gasoline Particulate Filter)。

GPF虽然可以有效的捕集汽车排气中的颗粒物，但随着捕集颗粒物的增加，排气被压会升高，影响发动机的动力性和经济性。因此，当GPF中的颗粒累积到一定程度时，需要提高发动机排温，使GPF中的颗粒物氧化燃烧，即GPF再生。进而，为了触发GPF的再生以及满足车载诊断系统(OBD)的要求，需要精确测量GPF上下游的压力差。此外，为了监测GPF连接管路状态以及满足OBD诊断要求，还需要测量GPF下游的绝对压力。

为了满足上述测量要求，目前已知的方案之一是使用两个压力传感器，其中一个测量GPF上下游的压力差，另外一个测量GPF下游的绝对压力，但该方案的缺点是需要两套压力传感器及多个连接管路，同时还需要占用两路ECU接口，显著增加了系统成本。另外一种方案是在同一个压力传感器中使用两个压力传感模块分别测量GPF上游和下游的绝对压力，并将两路绝对压力信号反馈至ECU。显然，在第二种方案中，需要通过ECU做额外的运算才能得到期望的GPF上下游的压力差，且该运算的误差为两个压力传感模块单独测量误差的累积，因此，压力差的精度低，不能满足OBD诊断要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种用于车辆的压力传感器，无需运算便可直接测量发动机颗粒捕捉器之上下游的压力差，而且无需配置过多的连接管路，同时仅需占用一路ECU接口便可，因此，系统成本低，且测量精度高。

根据本实用新型的一个方面，提供一种用于车辆的压力传感器，包括壳体以及设于所述壳体内的基座、第一感测元件、第二感测元件和压力信号处理装置，所述第一感测元件、第二感测元件和压力信号处理装置均设于所述基座上，所述压力信号处理装置分别与所述第一感测元件和第二感测元件连接；

其中，所述第一感测元件用于感知发动机颗粒捕捉器的上游与下游间的气体的压力差，并将气体的压力差信息反馈至所述压力信号处理装置；所述第二感测元件用于感知所述发动机颗粒捕捉器下游处的气体的绝对压力，并将绝对压力信息反馈至所述压力信号处理装置；所述压力信号处理装置用于将接收到的气体的压力差信息与绝对压力信息进行处理，以使得所述压力差信息与绝对压力信息能够通过一路信号输出。

进一步的，所述壳体内设有相互隔离的第一腔室和第二腔室，并还设有与所述第二腔室连通的第三腔室；所述第一感测元件和所述第二感测元件均具有相对的两个表面；

其中，所述第一感测元件的一表面处于所述第一腔室内，且另一表面处于所述第三腔室内；所述第二感测元件的一表面处于所述第二腔室内，且另一表面处于一真空环境。

进一步的，所述壳体内还设有与其他腔室隔离设置的第四腔室，所述第四腔室内设有所述压力信号处理装置。

进一步的，所述第一腔室与第三腔室相对设置并与所述第二腔室设于所述基座的同一侧，所述第三腔室与所述第四腔室设于所述基座的另一侧。

进一步的，所述壳体的一侧设有第一管路和第二管路，所述第一管路用于引入所述发动机颗粒捕捉器之上游处的气体，所述第二管路用于引入所述发动机颗粒捕捉器之下游处的气体。

进一步的，所述壳体具有相对设置的第一侧和第二侧，所述第一侧设有用于将压力传感器固定于车辆上的安装法兰，所述第二侧设有用于与外部机构连接的连接端口。

进一步的，所述第一侧与所述第二侧设置于所述壳体的底部之上，且所述底部上设有用于将压力传感器定位于车辆之上的定位杆。

进一步的，所述壳体包括本体以及设于所述本体之开口处的盖板。

进一步的，所述基座与所述本体以及所述盖板通过硅胶密封连接。

进一步的，所述压力信号处理装置包括电路板以及设于所述电路板上的数字专用集成电路；

所述数字专用集成电路用于同时对所述第一感测元件所输入的压力差差信息以及所述第二感测元件所输入的绝对压力信息进行非线性及温度漂移补偿处理，并将处理后的压力差信息以及绝对压力信息进行编码处理，以使得所述压力差信息与绝对压力信息以单边半字节数字通信协议实现一路信号输出。

进一步的，所述第一感测元件和所述第二感测元件均包括应变片以及设于所述应变片上的惠斯通电桥；其中，所述第一感测元件和所述第二感测元件分别通过金质绑定线与四根插针连接，且所述四根插针与所述压力信号处理装置连接。

进一步的，所述金质绑定线上设有保护凝胶，所述保护凝胶为含氟凝胶。

进一步的，所述第一感测元件与所述第二感测元件均为MEMS传感元。

进一步的，所述压力信号处理装置通过三根插针与外部连接，其中一根插针用于传输所述一路信号。

进一步的，所述插针表面镀金设置。

进一步的，所述基座的材质为环氧树脂改性材料。

综上，在本实用新型提供的用于车辆的压力传感器中，仅需要通过两个感测元件以及少量的连接管路即可实现发动机颗粒捕捉器之上下游压差以及下游绝对压力的测量，而且通过压力信号处理装置能够将两个感测元件输出的信息处理为适宜一路电气输出的信号，进而该一路电气可传输至外部(如车辆控制器)，因此，该一路电气仅占用外部的一路接口，系统成本低，而且，通过第一感测元件直接测量得到所期望的发动机颗粒捕捉器之上下游的压力差，因此，无需通过外部做额外的运算，测量误差小，测量精度高，能够更为精准的控制发动机颗粒捕捉器的再生。

附图说明

附图用于更好地理解本实用新型，不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1是本实用新型实施例中压力传感器的分解示意图；

图2是本实用新型实施例中压力传感器的组装示意图；

图3是本实用新型实施例中压力测量单元的组装示意图；

图4是图3所示的压力测量单元翻转180°后的组装示意图；

图5是本实用新型实施例中壳体之本体的俯视图；

图6是本实用新型实施例中压力传感器于去除盖板时于第一视角下的纵向剖视图；

图7是本实用新型实施例中压力传感器于设置盖板时于第二视角下的纵向剖视图。

图中：

1-壳体；11-本体；110-第一侧；120-第二侧；130-底部，140-第三侧；111-安装法兰；112-连接端口；113-第一管路；114-第二管路；115-第一腔室；116-第二腔室；117-第三腔室；118-第四腔室；12-盖板；2-基座；3-第一感测元件；4-第二感测元件；5-压力信号处理装置；51-电路板；52-数字专用集成电路。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明，然而，本实用新型可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。

图1是本实用新型实施例中压力传感器的分解示意图，图2是本实用新型实施例中压力传感器的组装示意图，图3是本实用新型实施例中压力测量单元的组装示意图，图4是图3所示的压力测量单元翻转180°后的组装示意图，且应知晓的是，图3和图4中不可见的部分以虚线示意。

如图1至图4所示，一种压力传感器，其包括壳体1以及封装于壳体1内的压力测量单元。所述压力测量单元包括基座2和设于基座2之上的第一感测元件3、第二感测元件4以及压力信号处理装置5，所述压力信号处理装置5分别与第一感测元件3和第二感测元件4连接。该压力传感器的压力测量方法包括：

通过第一感测元件3感知汽油发动机颗粒捕捉器(GPF)之上游与下游间的气体的压力差，并将气体的压力差信息反馈至压力信号处理装置5；

通过第二感测元件4感知汽油发动机颗粒捕捉器之下游处的气体的绝对压力，并将气体的绝对压力信息反馈至压力信号处理装置5；

所述压力信号处理装置5将接收到的气体的绝对压力信息以及压力差信息进行处理，以使得该两路信息能够通过一路信号输出。

这里，所述压力传感器不限应用于汽油发动机颗粒捕捉器，还可以是柴油发动机颗粒捕捉器。为此，本实用新型的压力传感器主要用于车辆发动机排气管路上颗粒捕捉器之上下游的压差的测量以及下游压力的测量，一方面通过获取发动机颗粒捕捉器之上下游的压差，可用于控制发动机颗粒捕捉器的再生，另一方面通过获取发动机颗粒捕捉器之下游的绝对压力，可用于监测发动机颗粒捕捉器上连接管路的状态，以便于以满足如车载诊断系统(OBD)等特定要求。

显然，本实用新型的压力传感器仅需要两个压力感测元件以及少量的连接管路即可实现发动机颗粒捕捉器之上下游压差以及下游绝对压力的测量，而且通过压力信号处理装置5能够将两个感测元件输出的两路压力信息处理为能够通过一路信号输出，进而该一路信号可传输至外部，例如传输至车辆控制器(Electronic Control Unit：ECU，电子控制单元)，因此，该一路信息仅占用外部的一路接口，系统成本低。而且，通过第一感测元件3便可直接测量得到所期望的发动机颗粒捕捉器之上下游的压力差，因此，无需通过外部做额外的运算，测量误差小，测量精度高，能够更为精准的控制发动机颗粒捕捉器的再生。

所述壳体1于本实施例中，可包括本体11以及设于本体11之开口处的盖板12。所述盖板12和所述本体11共同限定形成一安装空间，以容置所述压力测量单元。在一个较佳的连接方式中，所述盖板12、本体11和基座2通过胶水连接，以此起到良好的密封效果，而且组装方便。进一步，考虑到压力传感器所工作的尾气环境，胶水优选耐高温的材料，如硅胶，且所述本体11的材料也选用耐高温的材料，例如聚苯硫醚(PPS)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)玻璃纤维增强材料。

进一步，所述本体11具有第一侧110以及与所述第一侧110相对设置的第二侧120，其中，所述第一侧110设置有一安装法兰111，可将压力传感器固定于车辆之上，所述第二侧120可设置用于电气输出的连接端口112，以便于与外部，如ECU连接。优选的，所述本体11的底部130还设有一定位杆S，可参阅图6和图7，所述第一侧110和所述第二侧120设置于所述底部130之上。所述定位杆S和所述安装法兰111可配合使用，使压力传感器定位固定于车辆之上。

所述本体11还具有与所述第一侧110以及所述第二侧120邻接的第三侧140，所述第三侧140亦设置于底部130之上，优选的，所述第三侧140上设置有第一管路113和第二管路114。所述第一管路113用于与发动机颗粒捕捉器之上游处的相应管路连接，以将发动机颗粒捕捉器之上游处的气体引入壳体1之中。所述第二管路114用于与发动机颗粒捕捉器之下游处的相应管路连接，以将发动机颗粒捕捉器之下游处的气体引入壳体1之中。进一步，所述壳体1的内部设有不同的腔室，用于存储前述管路所引入的气体。

图5是本实用新型实施例中壳体之本体的俯视图，如图5所示，所述壳体1之本体11内设有相隔离的第一腔室115和第二腔室116，其中，所述第一腔室115与第一管路113连接，以将发动机颗粒捕捉器之上游处的气体引入第一腔室115，同时所述第二腔室116与第二管路114连接，以将发动机颗粒捕捉器之下游处的气体引入第二腔室116。

图6是本实用新型实施例中压力传感器于去除盖板时于第一视角下的纵向剖视图，如图6所示，所述第一感测元件3和第二感测元件4均具有相对的正面和背面，且将第一感测元件3的正面设于第一腔室115内，便可以感知第一腔室115内气体的压力P1(即发动机颗粒捕捉器之上游处的压力)，同时将第二感测元件4的正面设于第二腔室116内，也可以感知第二腔室116内气体的压力P2(即发动机颗粒捕捉器之下游处的压力)。优选的，所述第一腔室115和第二腔室116设于基座2的同一侧，以简化结构，缩小尺寸。

在一个较佳的实施例中，所述壳体1内还设有一第三腔室117，与所述第二腔室116相连通且相对设置，例如可在基座2与本体11之间预留一通道，使两者连通。进而，将第一感测元件3的背面设于第三腔室117内，便可以感知第三腔室117内气体的压力P2。这样一来，通过第一感测元件3的正面感知第一腔室115内气体的压力P1，同时由第一感测元件3的背面感知第三腔室117内气体的压力P2，最终根据该两个压力，便可以得到发动机颗粒捕捉器之上下游的压力差。本实施例中，所述第三腔室117可通过一通孔使气体流入第一感测元件3的背面。在此，通过腔室的连通，使得两个感测元件能够同时感知发动机颗粒捕捉器之下游处的气体的压力，结构简单，易于测量，而且能够保证冷凝水能顺利流出，不在传感器内部聚集。

此外，于本实施例中，所述第一感测元件3和第二感测元件4优选为MEMS传感元，更优选所述第二感测元件4自身设有真空腔室，因此，所述第二感测元件4可直接感知其真空腔室的真空度(真空压力)，故而也能够直接感知发动机颗粒捕捉器之下游处的绝对压力。

图7是本实用新型实施例中压力传感器于设置盖板时于第二视角下的纵向剖视图，该第二视角与前述第一视角呈90°夹角，例如所述第一视角为压力传感器的左端视角，则所述第二视角为压力传感器的前端视角。如图7所示，所述壳体1内还设有一第四腔室118，与第三腔室117设于基座2的同一侧并相隔离设置。本实施例中，所述第三腔室117和第四腔室118均可由本体11与盖板12共同限定而成，并由所述盖板12将第三腔室17和第四腔室118隔离设置。由此，将压力信号处理装置5安装于第四腔室118中，便可实现被测量气体与压力信号处理装置5的隔离，以避免压力信号处理装置5遭受被测量气体的腐蚀而影响其使用。

本实施例中，所述压力信号处理装置5包括电路板51和设置于电路板51上的数字专用集成电路(AISC)52，以及还包括设于电路板51上的若干被动元器件，如电阻、电容等辅助器件。其中，所述数字专用集成电路52用于同时将第一感测元件3所输入的压力差信息和第二感测元件4所输入的绝对压力信息进行非线性及温度漂移补偿处理，并将处理后的两路信息转换为适宜通过一路信号输出的信息。

可参阅图3和图4，所述第一感测元件3和第二感测元件4均包括应变片以及设于应变片上的惠斯通电桥。其中，所述应变片用于获取气体压力对其作用所产生的应变信息，所述惠斯通电桥用于将所述应变信息转换为电信号输出，进而所述数字专用集成电路52便对两路惠斯通电桥输出的电信号进行非线性及温度漂移补偿处理，并将处理后的两路电信号编码为单边半字节(SENT)数字通信协议，通过该协议便可以将两路电信号通过一个Pin针传输至外部，包括但不限于传输至ECU。在一个优选方案中，所述数字专用集成电路52可以是现有的多个数字专用集成电路器件的集成，本领域技术人员在本申请文件公开内容的基础上，应当知晓如何实现数字专用集成电路52将两路电信号处理为适宜一路电气输出的信号。

进而，为了将感测元件输出的电信号传输至数字专用集成电路52，需将惠斯通电桥与电路板51进行连接。在一个非限制性的操作方法中：任意一个感测元件通过多跟金质绑定线(Au Bonding线)与多根插针连接，且多根插针与电路板51连接。其中，为了避免金质绑定线受到被测量气体的腐蚀，优选在金质绑定线上设置保护凝胶，凝胶优选含氟硅胶，一方面含氟硅胶较软，不会影响压力的正常传递，另一方面，含氟硅胶具有较好的介质耐抗性，可以保护感测元件在尾气环境中正常稳定工作。

进一步，对于任意一个感测元件，其具有四个输出引线，每一条引线通过金质绑定线与一根插针连接，因此，本实施例的压力信号处理装置5需通过八根插针两个感测元件连接。实际组装时，八根插针固定于基座2上，且每个插针的一端穿过基座2并通过金质绑定线与感测元件的引线连接，另一端亦穿过基座2并进一步插入电路板51上的过孔内，且这些插针与电路板51的连接方式可以是手工锡焊、自动锡焊或激光锡焊等方式。

进一步，如图3和图4所示，所述基座2上还设有另外三根插针，具体的，八根插针组成一组设于基座2的一侧，三根插针形成另一组设于基座2的另一侧，且所述三根插针的一端与电路板51连接，连接方式亦可以是手工锡焊、自动锡焊或激光锡焊等方式。实际中，所述三根插针用于与前述连接端口112组成一体，而形成电气输出端口。具体来说，所述连接端口112包括封套以及设于封套内的三根插针，且每一根插针上还设有一个平插片，平插片可通过焊接的方式与插针连接。另外，插针和平插片均可为铜锡合金材料，且表面优选镀金设置，以免受测量介质的腐蚀。那么，实际应用时，通过单边半字节(SENT)数字通信协议，便可将两路信号通过其中一根插针输出至外部，而另外一根插针用于接地，剩余一根插针用于电路板的供电。

进一步，优选所述基座2的材料选自环氧树脂改性材料，并可通过注塑成型。由于环氧树脂改性材料不仅热膨胀系数低，而且介质耐抗性也好，因此，能够确保压力测量单元在发动机尾气等恶劣条件下长期稳定工作，特别的，该材料和硅基MEMS传感元的热膨胀系数较为接近，能够保证MEMS传感元连接有较小的热应力。因此，本实施例中，所述第一感测元件3和第二感测元件4均优选为MEMS传感元，尺寸小，可以节省空间，并优选基座2上设有对应的凹槽来容置第一感测元件3和第二感测元件4，且感测元件可通过胶水与基座2固定，而且，通过凹槽可防止保护凝胶流失。

进一步，本实施例的压力传感器的组装过程优选包括如下步骤：

首先，在本体11内部，例如胶水槽中点胶；胶水和压力测量单元中粘接的胶水优选相同；

然后，将压力测量单元装入本体11；为了将压力测量单元与壳体1良好的密封连接，优选基座2的外围设有棱边，可以增强压力测量单元与壳体1的胶水粘接强度；

之后，可通过电阻焊将三根插针与本体11上固设的三个平插片焊接在一起；

随后，可继续点胶，并安装盖板12；

接着，高温固化胶水，以使得压力测量单元与本体11和盖板12相固定；

最后，进行气密性和功能测试。

由此，通过获取本实施例的压力传感器，可取得如下的好处:

第一，所述压力传感器仅需要两个感测元件以及少量的连接管路即可实现发动机颗粒捕捉器之上下游压差以及下游绝对压力的测量，而且通过数字专用集成电路能够将两个感测元件输出的信号处理为适宜一路电气输出的信号，进而该一路电气可传输至外部，因此，该一路电气仅占用外部的一路接口，系统成本低；

第二，所述压力传感器通过第一感测元件直接测量得到所期望的发动机颗粒捕捉器之上下游的压力差，因此，无需通过外部做额外的运算，测量误差小，测量精度高，能够更为精准的控制发动机颗粒捕捉器的再生；

第三，所述压力传感器将两个感测元件与数字专用集成电路等设置于同一基座上，可以实现在该模块级别的标定和测试，前期开发、测试方便；

第四，所述压力传感器通过壳体构造形成各个隔离的腔室以及引入气体的管路，从而保证冷凝水能顺利流出，不在传感器内部积聚，确保压力传感器能够长期稳定使用；

第五，所述压力传感器的装配过程更简单，生产效率提高，生产成本较低。

最后，需要说明的是，本实用新型较佳实施例如上所述，但不限于上述实施例所公开的范围，例如各个腔室在壳体内的布局不作特别的限制，此外，两根管路亦可自带，也可由外部提供，另外，所述压力信号处理装置5可采用现有的PLC等控制装置，本领域技术人在本申请公开的内容基础上，应当知晓如何实现控制装置与感测元件以及外部的通讯连接。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。