傳感器在汽車上的應用現狀及發展趨勢

汽車傳感器作為汽車電子控制系統的重要組成部分，用來感受運行過程中諸如溫度、壓力、速度、位置、空氣流量、氣體濃度等物理量的狀態及變化情況，并送到控制器或儀表，傳感器提供的狀態信息是汽車電子控制的基本依據，在汽車上起到了“耳目”的作用。

1970年以前，一般汽車上只有油壓、水溫、油量三種傳感器，分別監測發動機的潤滑壓力、冷卻水溫度和燃油箱的儲量。從20世紀70年代開始，伴隨著汽車電子化的發展，汽車性能的提高和人們對環境保護意識的加強，傳感器在現代汽車上的應用范圍和使用數目也不斷增加，目前轎車上的傳感器已經廣布全車，從發動機到變速器，從轉向到安全氣囊，從制動到懸架，從照明到空調都已經有了傳感器的蹤影。據統計，現在中級的轎車已有傳感器20個左右，高級的轎車已達80個以上，而且呈現不斷增加的趨勢。目前汽車傳感器有兩大類，一類是使駕駛者直接了解汽車各部分狀態的儀表傳感器，另一類是用于控制汽車運行狀態的控制傳感器。前一種早就有了，后一種是現代汽車電子技術的發展產物。

一、汽車傳感器的應用現狀

1.汽車傳感器的分類

汽車傳感器按用途可分為發動機電子控制用傳感器，如空氣流量、曲軸轉角、發動機轉速、爆震、進氣溫度、冷卻水溫度傳感器等；底盤檢測與控制傳感器，如車高傳感器、轉向傳感器、車速傳感器等；為駕駛員提供信息的傳感器，如汽車儀表電子裝置中使用的各種傳感器、導向行駛系統中使用的前進方向傳感器，地磁矢量傳感器等；以及提高乘坐舒適性裝置中使用的傳感器，如座椅位置調整用的電位計式電阻傳感器等。

2.汽車發動機控制系統中使用的傳感器

用于發動機控制系統中的壓力、溫度、氣體濃度、流量、位置和轉速、爆震等傳感器，使用于高溫(發動機表面150℃、排氣歧管650℃)、振動(加速度30g)、沖擊(加速度50g)、潮濕(100％RH，-40～120℃)以及蒸汽、鹽霧、腐蝕和油泥污染的惡劣環境中，因此汽車用傳感器耐惡劣環境的技術指標要比一般工業用傳感器高1～2個數量級。

（1）壓力傳感器。壓力傳感器主要用于檢測汽缸負壓、大氣壓、渦輪發動機的升壓比、汽缸內壓、油壓等。吸氣負壓式傳感器主要用于吸氣壓、負壓、油壓檢測，吸氣壓13～100kPa，精度1％，大氣壓65～100kPa，精度5％。主要有膜片式壓力傳感器、電容式壓力傳感器和半導體壓力傳感器。其中膜片式壓力傳感器主要用于發動機電子噴射裝置，工作范圍20～800kPa，精度1．5％；電容式壓力傳感器主要用于檢測泊壓、液壓、氣壓，測量范圍20～100kPa；半導體壓力傳感器用來檢測各種壓力，應用量最大，工作范圍20MPa，精度0．6％(非線性) 59400226；SAW(表面波式)。

（2）溫度傳感器。溫度傳感器主要用于檢測發動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。已實用化的產品有熱敏電阻式溫度傳感器(通用型，-50～130℃，精度1.5％，響應時間10ms；高溫型600～1000℃，精度5％，響應時間10ms)、鐵氧體式溫度傳感器(ON／OFF型，-40～120℃，精度2．0％)、金屬或半導體膜空氣溫度傳感器(-40～150℃，精度2．0％、5％，響應時間20ms)等。

汽車用溫度傳感器的發展方向是使響應時間更快的溫度傳感器，靈敏度增高。

（3）爆震傳感器。汽油在即將燃燒而沒有發生明顯爆燃時，燃燒速度最快、動力性能最好。爆燃檢測方法有氣缸壓力、發動機機體振動和燃燒噪聲等。爆震傳感器有磁致伸縮式和壓電式兩種。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40～125℃，頻率范圍為5～10kHz；壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417kHz處，其靈敏度可達200mV／g，在振幅為0.1g～10g范圍內具有良好線性度。

3.汽車狀態控制系統用傳感器

汽車狀態控制系統用傳感器的使用環境條件不大苛刻，許多在工業控制系統中使用的傳感器可以直接或者稍加改進后使用在汽車狀態控制系統中。不同的控制系統要求配置不同的傳感器。例如，在防打滑的制動器中使用對地速度傳感器、車輪速度傳感器；在SPA(單點式傳感氣袋系統)中使用懸臂壓電陶瓷式、圓板型壓電陶瓷式、懸臂壓電電阻式、4點支持壓電電阻式、3層或5層結構靜電電容器式等氣袋用加速度傳感器；在液壓轉向裝置中使用車速傳感器、油壓傳感器；在速度自動控制系統中使用車速傳感器、加速踏板位置傳感器；在亮度控制系統中使用光傳感器；在電子駕駛系統中使用磁傳感器、氣流速度傳感器；在自動空調系統中使用室內溫度傳感器、吸氣溫度傳感器、風量傳感器、日照傳感器、濕度傳感器；在導向行駛系統中使用方位傳感器、車速傳感器；在慣性行駛系統中使用轉向傳感器、行駛距離傳感器；在測量燃油、冷卻液、制動液、電解液、清洗液、發動機油位等液位時，使用熱敏電阻式、壓電諧振式、靜電電容器式等液位傳感器。在ABS系統中各廠家正在致力開發輪轂內裝式ABS傳感器，預計將向輪轂內裝式半導體傳感器方面發展。霍爾器件及MR器件等可以檢測出零車速，但目前的問題是如何降低成本。

二、汽車用傳感器技術的發展趨勢

現代汽車的電子化趨勢推動了汽車傳感器技術的發展，未來的汽車傳感器總的發展趨勢是多功能化、集成化、智能化，還將不斷地提高可靠性及降低系統制造成本。多功能化指的是一個傳感器能檢測兩個或者兩個以上的特性參數或化學參數。集成化指的是利用IC制造技術制作IC式傳感器。智能化是指傳感器與大規模集成電路相結合，帶有MPU，具有智能作用。

一些新型的傳感器，比如光纖傳感器，由于具有靈敏度高、體積小、重量輕、可彎曲、絕緣性好、無電磁干擾、頻帶寬、低損耗等特點，今后在汽車上的應用會更加廣泛。為提高汽車安全性和舒適性，生物體測量等方面的傳感器也在研究中。例如，駕駛員視野盲區障礙物測量、保持2車前后車距、碰撞自動保護等裝置中用傳感器。

此外，傳感器信號輸出與控制系統的計算機接口也是一個重要的研究課題。內含有A／D、D／A、I／O驅動、緩沖RAM、程序ROM、MPU，并具有線性、溫度補償以及相應控制程序的靈巧型汽車用傳感器引人注目，將使得汽車各系統的元器件數量大大減少，從而降低系統成本，減小體積和減輕質量，并使整個系統更加簡單可靠。

總之，汽車用傳感器技術的發展，不僅僅是傳感器自身的開發，而且更注重于對傳感器的互換性、耐久性、可靠性的開發。

（作者單位：浙江汽車職業技術學院）