汽車傳感器應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，汽車電子化程度不斷提高，通常的機械系統(tǒng)已經(jīng)難以解決某些與汽車功能要求有關(guān)的問題，而被電子控制系統(tǒng)代替。傳感器的作用就是根據(jù)規(guī)定的被測量的大小，定量提供有用的電輸出信號的部件，亦即傳感器把光、時間、電、溫度、壓力及氣體等的物理、化學量轉(zhuǎn)換成信號的變換器。傳感器作為汽車電控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它直接影響汽車的技術(shù)性能的發(fā)揮。目前，普通汽車上大約裝有10-20只傳感器，高級豪華轎車則更多，這些傳感器主要分布在發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和車身控制系統(tǒng)中。
一、發(fā)動機控制用傳感器
發(fā)動機控制用傳感器有許多種，其中包括溫度傳感器、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速和角度傳感器、流量傳感器、位置傳感器、氣體濃度傳感器、爆震傳感器等。這類傳感器是整個發(fā)動機的核心，利用它們可提高發(fā)動機動力性、降低油耗、減少廢氣、反映故障等，由于其工作在發(fā)動機振動、汽油蒸氣、污泥和泥水等惡劣環(huán)境中，因此它們耐惡劣環(huán)境技術(shù)指標要高于一般的傳感器。對于它們的性
能指標要求有很多種，其中最關(guān)鍵的是測量精度與可靠性，否則由傳感器檢測帶來的誤差最終將導致發(fā)動機控制系統(tǒng)失靈或故障。
1.溫度傳感器：主要檢測發(fā)動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度、機油溫度、催化溫度等。實際應(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。線繞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)特性較好，但線性差，適用溫度較低；熱電偶式精度高，測溫范圍寬，但需考慮放大器和冷端處理問題。
2.壓力傳感器：主要檢測進氣歧管絕對壓力、真空度、大氣壓力、發(fā)動機油壓、制動器油壓、輪胎壓力等。車用壓力傳感器目前已有若干種，應(yīng)用較多的有電容式、壓敏電阻式、膜盒傳動的可變電感式(LVDT)、表面彈性波式(SAW)。電容式傳感器具有輸入能量高，動態(tài)響應(yīng)好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點；壓敏電阻式受溫度影響大，需另設(shè)溫度補償電路，但適用于大量生產(chǎn)；LVDT式有較大輸出，易于數(shù)字輸出，但抗振性較差；SAW式具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性強、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字量輸出等特點，是一種較為理想的傳感器。
3.轉(zhuǎn)速、角度和車速傳感器：主要用于檢測曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速等。主要有發(fā)電機式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、光學式、振動式等。
4.氧傳感器：氧傳感器安裝在排氣管內(nèi)，測量排氣管中的含氧量，確定發(fā)動機的實際空燃比與理論值的偏差，控制系統(tǒng)根據(jù)反饋信號，調(diào)節(jié)可燃混合氣的濃度，使空燃比接近于理論值，從而提高經(jīng)濟性，降低排氣污染。實際應(yīng)用的是氧化鋯和氧化鈦傳感器。
5.流量傳感器：測定進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測進入發(fā)動機的空氣量從而控制噴油器的噴油量，以得到較準確的空燃比，實際應(yīng)用的有卡門旋渦式、葉片式、熱線式?？ㄩT式無可動部件、反應(yīng)靈敏、精度較高；熱線式易受吸入氣體脈動影響，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、球循環(huán)式。
6.爆震傳感器：它能把爆震信號傳給控制系統(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。
二、底盤控制用傳感器
底盤控制用傳感器是指分布在變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、防抱制動系統(tǒng)中的傳感器，在不同系統(tǒng)中作用不同，但工作原理與發(fā)動機中傳感器是相同的，主要有以下幾種形式傳感器：
1.變速器控制傳感器：多用于電控自動變速器的控制。它是根據(jù)車速傳感器、加速度傳感器、發(fā)動機負荷傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器檢測所獲得的信息經(jīng)處理使電控裝置控制換檔點和液力變矩器鎖止，實現(xiàn)最大動力和最大燃油經(jīng)濟性。
2.懸架系統(tǒng)控制傳感器：主要有車速傳感器、節(jié)氣門開度傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。根據(jù)檢測到的信息自動調(diào)整車高，抑制車輛姿勢的變化等，實現(xiàn)對車輛舒適性、操縱穩(wěn)定性和行車穩(wěn)定性的控制。
3.動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳感器：它是根據(jù)車速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等使動力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便，提高響應(yīng)特性，減少發(fā)動機損耗，增大輸出功率，節(jié)省燃油等。
4.防抱制動傳感器：它是根據(jù)車輪角速度傳感器，檢測車輪轉(zhuǎn)速，在各車輪的滑移率為20%時，控制制動油壓、改善制動性能，確保車輛的操縱性和穩(wěn)定性。
三、車身控制用傳感器
采用這類傳感器的主要目的是提高汽車安全性、可靠性、舒適性等，主要有應(yīng)用于自動空調(diào)系統(tǒng)中的多種溫度傳感器、風量傳感器、日照傳感器等；安全氣囊系統(tǒng)中加速度傳感器；亮度自控中光傳感器；死角報警系統(tǒng)中超聲波傳感器；圖像傳感器等。
四、車用傳感器研究開發(fā)趨勢
由于傳感器在電控系統(tǒng)中的重要作用，所以世界各國對其理論研究、新材料應(yīng)用、產(chǎn)品開發(fā)都非常重視。
金剛石的耐熱性好、熱穩(wěn)定性高，在真空中1200℃以上表面才開始出現(xiàn)炭化，在大氣中也要在600℃以上才開始炭化，利用這一特性，制作適用于高溫的熱敏傳感器，從常溫到600℃范圍內(nèi)進行溫度監(jiān)測與控制，并且適用在高溫且有腐蝕氣體的惡劣環(huán)境下使用，性能穩(wěn)定，使用壽命長，可用于發(fā)動機中高溫測量。此外金剛石在高溫下形變率很高，利用這一特性可制作高溫環(huán)境下使用的振動傳感器和加速度傳感器。與其它材料振動膜相結(jié)合可作為高溫、耐腐蝕、靈敏度高的壓力傳感器，用于振動檢測以及發(fā)動機氣缸壓力等測量。
光導纖維型傳感器由于抗干擾性強、靈敏度高、重量輕、體積小，適于遙測等特點正受到人們的普遍重視。目前已有不少成熟的產(chǎn)品問世，如光纖轉(zhuǎn)矩傳感器，溫度、振動、壓力、流量等傳感器。
在開發(fā)利用新材料同時，由于微電子技術(shù)和微機械加工技術(shù)發(fā)展，傳感器正向微型化、多功能化，智能化方向發(fā)展。微型化傳感器利用微機械的加工技術(shù)將微米級的敏感元件、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)處理裝置集成封裝在一塊芯片上。由于體積小、價格便宜、便于集成等特點，可以提高系統(tǒng)測試精度，例如把微型壓力傳感器和微型溫度傳感器集成在一起，同時測出壓力和溫度，便可通過芯片內(nèi)運算消去壓力測量中的溫度影響。
目前已有不少微型傳感器面世，如壓力傳感器、加速度傳感器、用于防撞的硅加速度傳感器等。在汽車輪胎內(nèi)嵌入微型壓力傳感器可以保持適當充氣，避免充氣過量或不足，從而節(jié)約燃油10%。多功能化使傳感器能夠同時檢測2個或2個以上的特性參數(shù)。而智能傳感器由于帶有專用計算機，因而具有智能特點。
此外，傳感器響應(yīng)時間、輸出與計算機的接口等問題也是重要的研究課題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，車用傳感器的技術(shù)必將趨于完善。
一、發(fā)動機控制用傳感器
發(fā)動機控制用傳感器有許多種，其中包括溫度傳感器、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速和角度傳感器、流量傳感器、位置傳感器、氣體濃度傳感器、爆震傳感器等。這類傳感器是整個發(fā)動機的核心，利用它們可提高發(fā)動機動力性、降低油耗、減少廢氣、反映故障等，由于其工作在發(fā)動機振動、汽油蒸氣、污泥和泥水等惡劣環(huán)境中，因此它們耐惡劣環(huán)境技術(shù)指標要高于一般的傳感器。對于它們的性
能指標要求有很多種，其中最關(guān)鍵的是測量精度與可靠性，否則由傳感器檢測帶來的誤差最終將導致發(fā)動機控制系統(tǒng)失靈或故障。
1.溫度傳感器：主要檢測發(fā)動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度、機油溫度、催化溫度等。實際應(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。線繞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)特性較好，但線性差，適用溫度較低；熱電偶式精度高，測溫范圍寬，但需考慮放大器和冷端處理問題。
2.壓力傳感器：主要檢測進氣歧管絕對壓力、真空度、大氣壓力、發(fā)動機油壓、制動器油壓、輪胎壓力等。車用壓力傳感器目前已有若干種，應(yīng)用較多的有電容式、壓敏電阻式、膜盒傳動的可變電感式(LVDT)、表面彈性波式(SAW)。電容式傳感器具有輸入能量高，動態(tài)響應(yīng)好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點；壓敏電阻式受溫度影響大，需另設(shè)溫度補償電路，但適用于大量生產(chǎn)；LVDT式有較大輸出，易于數(shù)字輸出，但抗振性較差；SAW式具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性強、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字量輸出等特點，是一種較為理想的傳感器。
3.轉(zhuǎn)速、角度和車速傳感器：主要用于檢測曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速等。主要有發(fā)電機式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、光學式、振動式等。
4.氧傳感器：氧傳感器安裝在排氣管內(nèi)，測量排氣管中的含氧量，確定發(fā)動機的實際空燃比與理論值的偏差，控制系統(tǒng)根據(jù)反饋信號，調(diào)節(jié)可燃混合氣的濃度，使空燃比接近于理論值，從而提高經(jīng)濟性，降低排氣污染。實際應(yīng)用的是氧化鋯和氧化鈦傳感器。
5.流量傳感器：測定進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測進入發(fā)動機的空氣量從而控制噴油器的噴油量，以得到較準確的空燃比，實際應(yīng)用的有卡門旋渦式、葉片式、熱線式?？ㄩT式無可動部件、反應(yīng)靈敏、精度較高；熱線式易受吸入氣體脈動影響，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、球循環(huán)式。
6.爆震傳感器：它能把爆震信號傳給控制系統(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。
二、底盤控制用傳感器
底盤控制用傳感器是指分布在變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、防抱制動系統(tǒng)中的傳感器，在不同系統(tǒng)中作用不同，但工作原理與發(fā)動機中傳感器是相同的，主要有以下幾種形式傳感器：
1.變速器控制傳感器：多用于電控自動變速器的控制。它是根據(jù)車速傳感器、加速度傳感器、發(fā)動機負荷傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器檢測所獲得的信息經(jīng)處理使電控裝置控制換檔點和液力變矩器鎖止，實現(xiàn)最大動力和最大燃油經(jīng)濟性。
2.懸架系統(tǒng)控制傳感器：主要有車速傳感器、節(jié)氣門開度傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。根據(jù)檢測到的信息自動調(diào)整車高，抑制車輛姿勢的變化等，實現(xiàn)對車輛舒適性、操縱穩(wěn)定性和行車穩(wěn)定性的控制。
3.動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳感器：它是根據(jù)車速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等使動力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便，提高響應(yīng)特性，減少發(fā)動機損耗，增大輸出功率，節(jié)省燃油等。
4.防抱制動傳感器：它是根據(jù)車輪角速度傳感器，檢測車輪轉(zhuǎn)速，在各車輪的滑移率為20%時，控制制動油壓、改善制動性能，確保車輛的操縱性和穩(wěn)定性。
三、車身控制用傳感器
采用這類傳感器的主要目的是提高汽車安全性、可靠性、舒適性等，主要有應(yīng)用于自動空調(diào)系統(tǒng)中的多種溫度傳感器、風量傳感器、日照傳感器等；安全氣囊系統(tǒng)中加速度傳感器；亮度自控中光傳感器；死角報警系統(tǒng)中超聲波傳感器；圖像傳感器等。
四、車用傳感器研究開發(fā)趨勢
由于傳感器在電控系統(tǒng)中的重要作用，所以世界各國對其理論研究、新材料應(yīng)用、產(chǎn)品開發(fā)都非常重視。
金剛石的耐熱性好、熱穩(wěn)定性高，在真空中1200℃以上表面才開始出現(xiàn)炭化，在大氣中也要在600℃以上才開始炭化，利用這一特性，制作適用于高溫的熱敏傳感器，從常溫到600℃范圍內(nèi)進行溫度監(jiān)測與控制，并且適用在高溫且有腐蝕氣體的惡劣環(huán)境下使用，性能穩(wěn)定，使用壽命長，可用于發(fā)動機中高溫測量。此外金剛石在高溫下形變率很高，利用這一特性可制作高溫環(huán)境下使用的振動傳感器和加速度傳感器。與其它材料振動膜相結(jié)合可作為高溫、耐腐蝕、靈敏度高的壓力傳感器，用于振動檢測以及發(fā)動機氣缸壓力等測量。
光導纖維型傳感器由于抗干擾性強、靈敏度高、重量輕、體積小，適于遙測等特點正受到人們的普遍重視。目前已有不少成熟的產(chǎn)品問世，如光纖轉(zhuǎn)矩傳感器，溫度、振動、壓力、流量等傳感器。
在開發(fā)利用新材料同時，由于微電子技術(shù)和微機械加工技術(shù)發(fā)展，傳感器正向微型化、多功能化，智能化方向發(fā)展。微型化傳感器利用微機械的加工技術(shù)將微米級的敏感元件、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)處理裝置集成封裝在一塊芯片上。由于體積小、價格便宜、便于集成等特點，可以提高系統(tǒng)測試精度，例如把微型壓力傳感器和微型溫度傳感器集成在一起，同時測出壓力和溫度，便可通過芯片內(nèi)運算消去壓力測量中的溫度影響。
目前已有不少微型傳感器面世，如壓力傳感器、加速度傳感器、用于防撞的硅加速度傳感器等。在汽車輪胎內(nèi)嵌入微型壓力傳感器可以保持適當充氣，避免充氣過量或不足，從而節(jié)約燃油10%。多功能化使傳感器能夠同時檢測2個或2個以上的特性參數(shù)。而智能傳感器由于帶有專用計算機，因而具有智能特點。
此外，傳感器響應(yīng)時間、輸出與計算機的接口等問題也是重要的研究課題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，車用傳感器的技術(shù)必將趨于完善。
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