傳感器助力汽車輕量化 減少線束使用

隨著目前汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，車載傳感器技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。從一鍵啟停技術(shù)到雙離合變速箱都采用了大量的車載傳感器，并且傳感器技術(shù)在車輛動(dòng)力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用也越來越重要。同時(shí)，目前汽車越來越高的燃油效率要求以及越來越嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)也起到了推動(dòng)傳感器技術(shù)、布線技術(shù)以及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)定制推出的作用。

汽車設(shè)計(jì)工程師們?yōu)榱耸沟闷嚹軌驖M足日益嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)采用的傳感器能否為其數(shù)字信號(hào)控制單元有效地收集到模擬信號(hào)，這對(duì)其能否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)起到了至關(guān)重要的作用。其中，以上提到的模擬信號(hào)主要是針對(duì)來自汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力和溫度等信號(hào)。

通過利用更加精密的傳感器可以大幅提升發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率并推動(dòng)變速箱級(jí)數(shù)不斷增加。其中，在自動(dòng)擋汽車中配備一鍵啟停功能離不開傳感器的應(yīng)用。這與手動(dòng)擋汽車駕駛員選擇合適的換擋齒輪相比，自動(dòng)擋傳感器技術(shù)更富有挑戰(zhàn)性。

塔塔Tata Elxsi公司的副總裁Anil Sondur表示：“通過提高車載傳感器的感應(yīng)靈敏度可以使得整個(gè)傳感過程更加順暢。齒輪空檔傳感技術(shù)是一項(xiàng)基于最原始的一鍵啟停系統(tǒng)發(fā)展而來的傳感技術(shù)，該傳感技術(shù)的傳感過程始終未能達(dá)到順暢的程度。齒輪空檔傳感技術(shù)的研發(fā)目的就是為了避免車輛在換擋時(shí)變速箱出現(xiàn)失速打滑現(xiàn)象。而以上齒輪空檔傳感技術(shù)通過利用功能強(qiáng)大的傳感器可以確保換擋時(shí)齒輪能夠到達(dá)指定的具體位置避免出現(xiàn)失速打滑現(xiàn)象。”

另外，有市場(chǎng)研究報(bào)告預(yù)測(cè)道應(yīng)用于汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的傳感器將實(shí)現(xiàn)大幅的增長。根據(jù)IHS技術(shù)咨詢公司的預(yù)測(cè)，到2019年時(shí)僅應(yīng)用在汽車內(nèi)燃機(jī)上的傳感器的出貨量就將達(dá)到13.4億組。而在去年應(yīng)用在汽車內(nèi)燃機(jī)上的傳感器的出貨量大約僅為10億組。這其中傳感器的復(fù)合增長率達(dá)到了3.6%，比整個(gè)汽車銷量的增長率還要略高一點(diǎn)。

傳感器在變速箱中的應(yīng)用

傳感器技術(shù)對(duì)于車輛變速箱技術(shù)的發(fā)展是必不可少的。增加變速箱齒輪級(jí)數(shù)以及平順換擋過程均需要更加精密的運(yùn)動(dòng)部件，這也就需要更加精密的傳感器來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。而傳感器價(jià)格的高低同樣會(huì)影響變速箱設(shè)計(jì)工程師選擇設(shè)計(jì)變速箱的最終方案。

英飛凌汽車變速箱事業(yè)部負(fù)責(zé)人Joe Funyak表示：“目前高端汽車采用的雙離合變速箱采用了更為先進(jìn)復(fù)雜的控制技術(shù)。其中，控制壓力是通過閉環(huán)的壓力控制器來實(shí)現(xiàn)。以上先進(jìn)的控制技術(shù)更加精確但是其成本也更高。

上面采用的壓力控制器成本非常高，并且其每一級(jí)齒輪均需要配備一個(gè)壓力控制器。但是對(duì)于高端汽車而言，100美元的成本提升并不會(huì)產(chǎn)生非常大的影響。”

通過提升傳感器的精密程度會(huì)使得傳感數(shù)據(jù)采集量急劇增加，采用的傳感器數(shù)量越多其數(shù)據(jù)增長速度也越快。因此，在設(shè)計(jì)采用傳感器時(shí)一般會(huì)選擇增配一些8-32位的智能微處理器來降低傳感器的帶寬要求，并為主機(jī)分擔(dān)一部分的處理任務(wù)。

隨著越來越多的智能傳感器不斷地得以應(yīng)用，車輛的通信技術(shù)也正在發(fā)生變化。數(shù)字化的通信結(jié)構(gòu)使得汽車工程師們可以盡量的減少使用有線通信，并相應(yīng)提高通信能力。

來自馬勒動(dòng)力公司動(dòng)力總成標(biāo)定和控制部門的經(jīng)理William Davidson表示：“目前符合美國機(jī)動(dòng)車工程師學(xué)會(huì)單邊半字節(jié)傳輸協(xié)議(Single Edge Nibble Transmission，SENT)的傳感器開始在市場(chǎng)上大量應(yīng)用，通過采用以上傳感器可以避免采用模擬信號(hào)。采用單邊半字節(jié)傳輸協(xié)議的傳感器具有更加優(yōu)質(zhì)可靠的通信質(zhì)量，因此可以實(shí)現(xiàn)無線通信。單邊半字節(jié)傳輸協(xié)議還具有更加優(yōu)秀的診斷功能。”

傳感器實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸是傳感器其中的一個(gè)發(fā)展方向。許多傳感器技術(shù)觀察員還認(rèn)為，傳感器設(shè)計(jì)人員將會(huì)不斷提高傳感器組件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，從而降低傳感器的復(fù)雜程度并在傳感器的大批量生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)收益。

半導(dǎo)體公司助力汽車傳感器發(fā)展

德州儀器汽車電子系統(tǒng)市場(chǎng)部經(jīng)理Pat Hunter表示：“目前一臺(tái)普通發(fā)動(dòng)機(jī)上將需要大約44個(gè)傳感器。并且隨著汽車生產(chǎn)廠商們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)控制越來越復(fù)雜，未來發(fā)動(dòng)機(jī)上還將采用更多的傳感器。如果能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，那么傳感器的成本將得到大幅降低，并且其可靠性也將大幅提升。”

以上提到的傳感器變化都屬于傳感器元器件層面的改進(jìn)。而目前有部分的廠家開始研究開發(fā)一種可應(yīng)用于汽車動(dòng)力系統(tǒng)的全新類型的磁傳感器。其中，該磁傳感器最主要的優(yōu)勢(shì)就是可以實(shí)現(xiàn)無接觸傳感。

來自恩智浦半導(dǎo)體公司汽車與運(yùn)輸部的市場(chǎng)高級(jí)總監(jiān)Klaus Reinmuth表示：“與傳統(tǒng)的霍爾傳感器系統(tǒng)相比，以上磁傳感器采用了各向異性的磁阻，其具有更高的精度、更出色的線性度，并且其在整個(gè)生命周期內(nèi)不受磁場(chǎng)漂移以及磁場(chǎng)變化的影響。對(duì)于汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，以上各向異性的磁阻傳感器非常適合應(yīng)用于各種類型的油門以及廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中。通過將以上磁傳感器與普通霍爾傳感器集成組裝到一個(gè)封裝內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)雙傳感器系統(tǒng)對(duì)冗余性和功能安全性的要求。”

由于某些傳感器還可以提高車輛的性能，因此，各個(gè)生產(chǎn)廠商開始增加推出一些新的傳感功能。例如，速度傳感器作為車輛動(dòng)力總成中重要的組成部分，其還可以幫助汽車工程師設(shè)計(jì)更加高效的人機(jī)界面。

英飛凌公司集成傳感器部門的經(jīng)理James Sterling表示：“速度傳感器測(cè)量精度越來越精確，而且其傳感抖動(dòng)也越來越小。車輛振動(dòng)抑制功能是一項(xiàng)全新的功能設(shè)計(jì)，其采用了速度傳感器，在傳感器探測(cè)到振蕩時(shí)速度傳感器并不會(huì)因此將一個(gè)錯(cuò)誤的信號(hào)發(fā)送給控制器，從而起到車輛振動(dòng)抑制的功能。”