汽車電子傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用分析

一、引言

汽車電子技術(shù)是汽車工業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)之一。汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一，汽車傳感器的使用數(shù)量和技術(shù)水平?jīng)Q定了汽車控制系統(tǒng)的性能。一般一輛普通家用轎車上大約安裝幾十到近百只傳感器，而豪華轎車的傳感器數(shù)量可達(dá)二百余只，主要分布于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中。

二、汽車傳感器的特點(diǎn)

汽車傳感技術(shù)是隨著汽車電子的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)。汽車傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車運(yùn)行過(guò)程中的各種工況信息如車速、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸給中央控制單元，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。汽車傳感器可對(duì)溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、濕度、電磁、光電、氣體、振動(dòng)等信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效而準(zhǔn)確的測(cè)量和控制。由于汽車行駛環(huán)境中溫度和氣候條件差別極大，因此要求傳感器具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，能在-40℃一100℃的環(huán)境中正常工作：同時(shí)，汽車傳感器還要經(jīng)受來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的各種干擾，以及行駛過(guò)程中的路況引起的振動(dòng)。因此，汽車工業(yè)對(duì)傳感器的要求極為苛刻，汽車傳感器必須具有穩(wěn)定性和精度高、響應(yīng)快、可靠性好、抗干擾和抗震能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

三、汽車傳感器的應(yīng)用

l、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)傳感器

發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)傳感器給發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元提供各種信息，電子控制單元處理這些信息并向發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出精確的控制指令，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)能在各種工況下正常地工作。利用這類傳感器可提高汽車的動(dòng)力性能和舒適性、降低油耗、減少?gòu)U氣排放，正確反映行駛故障。

(1)溫度傳感器

主要檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度、機(jī)油溫度、催化溫度等。實(shí)際應(yīng)用的溫度傳感器主要有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱電偶式。繞線電阻式溫度傳感器精度較高，但響應(yīng)特性差;熱敏電阻式傳感器靈敏度高，響應(yīng)特性好，但線性差，適用溫度較低;熱電偶式精度高，測(cè)量范圍寬，但須考慮放大器和冷端處理問(wèn)題。

(2)壓力傳感器

主要有檢測(cè)制動(dòng)液壓系統(tǒng)和潤(rùn)滑油系統(tǒng)壓力的壓力傳感器，測(cè)量氣體介質(zhì)壓力的歧管壓力、風(fēng)壓、大氣壓力和輪胎壓力傳感器等。目前應(yīng)用較多的車用壓力傳感器主要有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式(IVDT)和表面彈性波式(SAW)。

電容式傳感器具有輸入能量高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn);壓敏電阻式受溫度影響大，需另設(shè)溫度補(bǔ)償電路。但適用于大量生產(chǎn);LVDT式有較大輸出，易于數(shù)字輸出，但抗干擾性差：SAW式具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字量輸出等特點(diǎn)。用于汽車吸氣閥壓力檢測(cè).能在高溫下穩(wěn)定的工作，是一種較為理想的傳感器。

(3)轉(zhuǎn)速、角度和車速傳感器

主要用于檢測(cè)曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速等。主要有電磁式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、光學(xué)式、振動(dòng)式等。

(4)氣體濃度傳感器

主要用于檢測(cè)車體內(nèi)氣體和廢氣排放，其中最主要的是氧傳感器。氧傳感器安裝在攤氣管內(nèi)，測(cè)量排氣管中的含氧量，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際空燃比與理論值的偏差，控制系統(tǒng)根據(jù)反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)可燃混和氣的濃度，使空燃比接近于理論值，從而提高經(jīng)濟(jì)性.降低排氣污染。實(shí)際應(yīng)用的是氧化鋯和氧化鈦傳感器。

(5)爆震傳感器

用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，通過(guò)調(diào)整電火提前角控制和避免發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震。能把爆震信號(hào)傳給控制系統(tǒng)，抑制爆震的發(fā)生。主要有磁致伸縮式和非共振型壓電式。

(6)流量傳感器

測(cè)定進(jìn)氣量和燃油流量以控制空燃比，主要有空氣流量傳感器和燃料流量傳感器?？諝饬髁總鞲衅鳈z測(cè)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量從而控制噴油器的噴油量。以得到較準(zhǔn)確的空燃比。實(shí)際應(yīng)用的有卡門旋渦式、葉片式、熱線式?？ㄩT式無(wú)可動(dòng)部件、反映靈敏、精度較高;熱線式易受吸入氣體脈動(dòng)影響，且易斷絲;燃料流量傳感器用于判定燃油消耗量，主要有水車式和球循環(huán)式。

2、底盤控制系統(tǒng)傳感器

底盤控制系統(tǒng)傳感器是指分布在變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)中的傳感器。要求盤底控制系統(tǒng)傳感器能提供精確的信號(hào)，同時(shí)還能適應(yīng)惡劣的環(huán)境，司機(jī)才能安全舒適地駕駛汽車。

(1)線性加速度慣性傳感器

線性加速度慣性傳感器設(shè)置在底盤的入口，在自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)，車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)和防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABs)中均有應(yīng)用。目前采用MEMS技術(shù)制作的線性加速度慣性傳感器有壓阻式MENS加速度傳感器、電容式MEMS加速度傳感器和諧振粱MEMS傳感器。

(2)角速率傳感器

角速率傳感器用于底盤懸架系統(tǒng)和車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)中，角速率傳感器也應(yīng)用了MEMS技術(shù)，其工作原理是檢測(cè)施加在不同類型結(jié)構(gòu)，如環(huán)形、薄型、盤式和片式的Coriolis力的效應(yīng)。

(3)變速器控制傳感器

變速器控制傳感器主要是電控自動(dòng)變速器的控制。它通過(guò)處理由車速傳感器、加速度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器檢測(cè)獲得的信息，使電控裝置控制換檔點(diǎn)和液力變矩器鎖止，實(shí)現(xiàn)最大動(dòng)力和最大燃油經(jīng)濟(jì)性。

(4)懸架系統(tǒng)控制傳感器

懸架系統(tǒng)控制傳感器可以根據(jù)檢測(cè)到的信息自動(dòng)調(diào)整車高，控制車輛姿勢(shì)的變化，從麗實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛舒適性、操縱穩(wěn)定性和行車穩(wěn)定性的控制，主要有車速傳感器、節(jié)氣門開度傳感器。加速的傳感器、車身高度傳感器、側(cè)傾角傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。

(5)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳感器

動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳感器主要用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中。根據(jù)車速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、油壓傳感器提供的信號(hào)，使汽車轉(zhuǎn)向時(shí)反應(yīng)迅速，操作靈活輕松，降低燃油損耗，提高駕駛的安全性。

(6)防拖死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)傳感器

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)傳感器是通過(guò)輪速傳感器檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速，使汽車在緊急制動(dòng)時(shí)，使車輪能獲得最大制動(dòng)效率，同時(shí)保證車輪不被抱死、側(cè)滑。使汽車在整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中保持良好的行駛穩(wěn)定性和方向可操作性.

3、車身控制系統(tǒng)傳感器

主要用于提高汽車的安全性、可靠性和舒適性。車身控制系統(tǒng)傳感器主要有用于自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、日照傳感器等：用于雨滴檢測(cè)的雨量傳感器;用于安全氣囊系統(tǒng)中的加速度傳感器;用于門鎖控制的車速傳感器;用于亮度自動(dòng)控制的日照傳感器;用于倒車用的超聲波傳感器和激光傳感器;用于保持車距的微波傳感器、紅外傳感器：用于消除駕駛員盲區(qū)的圖像傳感器。

4、導(dǎo)航控制傳感器

主要有車速傳感器、陀螺傳感器(監(jiān)測(cè)車輛行駛方向的傳感器)，與全球定位系統(tǒng)GPS相結(jié)合，給汽車提供全面、及時(shí)的交通信息，使汽車能敏銳感知自身和其他車輛的位置，同時(shí)還可以感知駕駛者的盲點(diǎn)。

四、汽車傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

汽車在汽車電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，促進(jìn)了汽車傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展。未來(lái)汽車傳感器的發(fā)展總體趨勢(shì)是智能化、微型化、集成化、多功能化以及新材料和新工藝制成的新型傳感器。

l、智能化

能夠執(zhí)行信息存儲(chǔ)和信息處理，而且能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷，相當(dāng)于傳感器與微型機(jī)的結(jié)合，將信息處理和控制電路集成到了單個(gè)芯片中，具有自診斷、多參數(shù)混合測(cè)量、誤差補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

2、微型化

利用微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)將微米數(shù)量級(jí)的敏感元件、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在同一芯片上，具有體積小、價(jià)格低、工作壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。并且可以提高系統(tǒng)測(cè)試準(zhǔn)確度，已經(jīng)開始取代傳統(tǒng)傳感器。

3、多功能化

將若干種敏感元件組裝在同一種材料或單獨(dú)一塊芯片上的一體化、多功能傳感器。能夠?qū)Σ煌N類的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，即用單獨(dú)一個(gè)傳感器系統(tǒng)來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種傳感器的功能，可以減少傳感器的數(shù)量，提高系統(tǒng)可靠性。

4、集成化

利用MEMS技術(shù)將敏感元件和處理器集成在一個(gè)芯片上，成為IC式傳感器。

5、新材料的應(yīng)用

新材料的應(yīng)用是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)?，F(xiàn)在光導(dǎo)纖維、納米材料、超導(dǎo)材料等新型材料的出現(xiàn)促進(jìn)了汽車傳感器的發(fā)展。

6、新工藝的應(yīng)用

傳感器的性能不僅與其材料有關(guān)，還與加工技術(shù)有關(guān)，加工技術(shù)的微精細(xì)化在傳感器的生產(chǎn)中占有越來(lái)越重要的地位。近年來(lái)，隨著集成電路工藝的發(fā)展，微機(jī)械加工技術(shù)已越來(lái)越多的用于傳感器制造工藝。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)有更多的先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用到汽車傳感器制作中。

7、開發(fā)新型的傳感器

傳感器的工作原理是基于各種物理、化學(xué)、生物效應(yīng)，由此啟發(fā)人們進(jìn)～步探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制具有新原理的新型傳感器，這是發(fā)展低成本、高性能、多功能和微型化傳感器的重要途徑。

五、結(jié)束語(yǔ)

汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展以及汽車電子控制系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛，使汽車傳感器在汽車電子中所占的比重逐漸增大，促進(jìn)了汽車傳感器市場(chǎng)需求的高速增長(zhǎng)，也極大地推動(dòng)了汽車傳感器技術(shù)的發(fā)展。智能化、微型化、集成化、多功能化以及新材料和新工藝制成的新型汽車傳感器必將逐步取代傳統(tǒng)的汽車傳感器，成為汽車傳感器發(fā)展的主流，使汽車的安全性、可靠性、舒適性和環(huán)保性能得到進(jìn)一步改善。