汽车传感器应用以及发展趋势

蔚然有采

　　1、引言

　　汽车电子技术是汽车工业发展的核心技术之一。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一，汽车传感器的使用数量和技术水平决定了汽车控制系统的性能。一般一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器，而豪华轿车的传感器数量可达二百余只，主要分布于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。

　　2、汽车传感器的特点

　　汽车传感技术是随着汽车电子的发展而发展起来的一种技术。汽车传感器是汽车电子控制系统的输入装置，它把汽车运行过程中的各种工况信息如车速、发动机运转工况等转化成电信号输给中央控制单元，使发动机处于最佳工作状态。汽车传感器可对温度、压力、位置、转速、加速度、流量、湿度、电磁、光电、气体、振动等信息，进行实时、有效而准确的测量和控制。由于汽车行驶环境中温度和气候条件差别极大，因此要求传感器具有极强的适应能力，能在-40℃一100℃的环境中正常工作：同时，汽车传感器还要经受来自发动机内部的各种干扰，以及行驶过程中的路况引起的振动。因此，汽车工业对传感器的要求极为苛刻，汽车传感器必须具有稳定性和精度高、响应快、可靠性好、抗干扰和抗震能力强、使用寿命长等特点。

　　3、汽车传感器的应用

　　1）发动机控制系统传感器

　　发动机控制系统传感器给发动机的电子控制单元提供各种信息，电子控制单元处理这些信息并向发动机发出精确的控制指令，对发动机进行控制，使发动机能在各种工况下正常地工作。利用这类传感器可提高汽

　　车的动力性能和舒适性、降低油耗、减少废气排放，正确反映行驶故障。

　　①温度传感器

　　主要检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度、机油温度、催化温度等。实际应用的温度传感器主要有线绕电阻式、热敏电阻式和热电偶式。绕线电阻式温度传感器精度较高，但响应特性差；热敏电阻式传感器灵敏度高，响应特性好，但线性差，适用温度较低；热电偶式精度高，测量范围宽，但须考虑放大器和冷端处理问题。

　　②压力传感器

　　主要有检测制动液压系统和润滑油系统压力的压力传感器，测量气体介质压力的歧管压力、风压、大气压力和轮胎压力传感器等。目前应用较多的车用压力传感器主要有电容式、压阻式、差动变压器式（IVDT）和表面弹性波式（SAW）。

　　电容式传感器具有输入能量高、动态响应好、环境适应性好等特点；压敏电阻式受温度影响大，需另设温度补偿电路。但适用于大量生产；LVDT式有较大输出，易于数字输出，但抗干扰性差：SAW式具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨率高、数字量输出等特点。用于汽车吸气阀压力检测．能在高温下稳定的工作，是一种较为理想的传感器。

　　③转速、角度和车速传感器

　　主要用于检测曲轴转角、发动机转速、车速等。主要有电磁式、磁阻式、霍尔效应式、光学式、振动式等。

　　④气体浓度传感器

　　主要用于检测车体内气体和废气排放，其中最主要的是氧传感器。氧传感器安装在摊气管内，测量排气管中的含氧量，确定发动机的实际空燃比与理论值的偏差，控制系统根据反馈信号，调节可燃混和气的浓度，使空燃比接近于理论值，从而提高经济性．降低排气污染。实际应用的是氧化锆和氧化钛传感器。

　　⑤爆震传感器

　　用于检测发动机的振动，通过调整电火提前角控制和避免发动机发生爆震。能把爆震信号传给控制系统，抑制爆震的发生。主要有磁致伸缩式和非共振型压电式。

　　⑥流量传感器

　　测定进气量和燃油流量以控制空燃比，主要有空气流量传感器和燃料流量传感器。空气流量传感器检测进入发动机的空气量从而控制喷油器的喷油量。以得到较准确的空燃比。实际应用的有卡门旋涡式、叶片式、热线式。卡门式无可动部件、反映灵敏、精度较高；热线式易受吸入气体脉动影响，且易断丝；燃料流量传感器用于判定燃油消耗量，主要有水车式和球循环式。

　　2）底盘控制系统传感器

　　底盘控制系统传感器是指分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、防抱死制动系统（ABS）中的传感器。要求盘底控制系统传感器能提供精确的信号，同时还能适应恶劣的环境，司机才能安全舒适地驾驶汽车。

　　①线性加速度惯性传感器

　　线性加速度惯性传感器设置在底盘的入口，在自适应悬挂系统，车辆稳定性系统和防抱死制动系统（ABs）中均有应用。目前采用MEMS技术制作的线性加速度惯性传感器有压阻式MENS加速度传感器、电容式MEMS加速度传感器和谐振粱MEMS传感器。

　　②角速率传感器

　　角速率传感器用于底盘悬架系统和车辆稳定性系统中，角速率传感器也应用了MEMS技术，其工作原理是检测施加在不同类型结构，如环形、薄型、盘式和片式的Coriolis力的效应。

　　③变速器控制传感器

　　变速器控制传感器主要是电控自动变速器的控制。它通过处理由车速传感器、加速度传感器、发动机负荷传感器、发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器检测获得的信息，使电控装置控制换档点和液力变矩器锁止，实现最大动力和最大燃油经济性。

　　④悬架系统控制传感器悬架系统控制传感器可以根据检测到的信息自动调整车高，控制车辆姿势的变化，从丽实现对车辆舒适性、操纵稳定性和行车稳定性的控制，主要有车速传感器、节气门开度传感器。加速的传感器、车身高度传感器、侧倾角传感器、转向盘转角传感器等。

　　⑤动力转向系统传感器动力转向系统传感器主要用于电动助力转向系统中。根据车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器、油压传感器提供的信号，使汽车转向时反应迅速，操作灵活轻松，降低燃油损耗，提高驾驶的安全性。

　　⑥防拖死制动系统（ABS）传感器防抱死制动系统（ABS）传感器是通过轮速传感器检测车轮转速，使汽车在紧急制动时，使车轮能获得最大制动效率，同时保证车轮不被抱死、侧滑。使汽车在整个制动过程中保持良好的行驶稳定性和方向可操作性．

　　3）车身控制系统传感器

　　主要用于提高汽车的安全性、可靠性和舒适性。车身控制系统传感器主要有用于自动空调系统的温度传感器、湿度传感器、日照传感器等：用于雨滴检测的雨量传感器；用于安全气囊系统中的加速度传感器；用于门锁控制的车速传感器；用于亮度自动控制的日照传感器；用于倒车用的超声波传感器和激光传感器；用于保持车距的微波传感器、红外传感器：用于消除驾驶员盲区的图像传感器。

　　4）导航控制传感器

　　主要有车速传感器、陀螺传感器（监测车辆行驶方向的传感器），与全球定位系统GPS相结合，给汽车提供全面、及时的交通信息，使汽车能敏锐感知自身和其他车辆的位置，同时还可以感知驾驶者的盲点。

　　4、汽车传感器的发展趋势

　　汽车在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求，促进了汽车传感器技术的不断发展。未来汽车传感器的发展总体趋势是智能化、微型化、集成化、多功能化以及新材料和新工艺制成的新型传感器。

　　1）智能化

　　能够执行信息存储和信息处理，而且能够进行逻辑思考和结论判断，相当于传感器与微型机的结合，将信息处理和控制电路集成到了单个芯片中，具有自诊断、多参数混合测量、误差补偿等功能。

　　2）微型化

　　利用微电子机械系统（MEMS）技术和计算机辅助设计技术将微米数量级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在同一芯片上，具有体积小、价格低、工作寿命长的特点。并且可以提高系统测试准确度，已经开始取代传统传感器。

　　3）多功能化

　　将若干种敏感元件组装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化、多功能传感器。能够对不同种类的参数进行检测，即用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能，可以减少传感器的数量，提高系统可靠性。

　　4）集成化

　　利用MEMS技术将敏感元件和处理器集成在一个芯片上，成为IC式传感器。

　　5）新材料的应用

　　新材料的应用是传感器技术的重要基础。现在光导纤维、纳米材料、超导材料等新型材料的出现促进了汽车传感器的发展。

　　6）新工艺的应用

　　传感器的性能不仅与其材料有关，还与加工技术有关，加工技术的微精细化在传感器的生产中占有越来越重要的地位。近年来，随着集成电路工艺的发展，微机械加工技术已越来越多的用于传感器制造工艺。随着现代制造技术的发展，将会有更多的先进制造技术应用到汽车传感器制作中。

　　7）开发新型的传感器

　　传感器的工作原理是基于各种物理、化学、生物效应，由此启发人们进～步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制具有新原理的新型传感器，这是发展低成本、高性能、多功能和微型化传感器的重要途径。

　　5、结束语

　　汽车电子技术的不断发展以及汽车电子控制系统应用的日益广泛，使汽车传感器在汽车电子中所占的比重逐渐增大，促进了汽车传感器市场需求的高速增长，也极大地推动了汽车传感器技术的发展。智能化、微型化、集成化、多功能化以及新材料和新工艺制成的新型汽车传感器必将逐步取代传统的汽车传感器，成为汽车传感器发展的主流，使汽车的安全性、可靠性、舒适性和环保性能得到进一步改善。