新型傳感器在汽車技術中的應用研究

馬云貴（湖南交通職業技術學院,長沙 410000）

新型傳感器在汽車技術中的應用研究

馬云貴
（湖南交通職業技術學院,長沙 410000）

隨著科技的高速發展，越來越多類型的傳感器技術被應用到汽車工業中。汽車傳感器是將汽車的物理量、電量以及化學量轉變成電腦能夠識別的數字信號，將汽車各部分的狀態實時的反映出來，使駕駛者更加清晰的了解汽車狀態，是駕駛更加便捷、安全。處于這樣一個目的，更多的傳感器被發明、應用，本文通過介紹新型傳感器的應用，來進一步說明傳感器的的作用及發展方向。

新型傳感器；傳感器應用；發展方向

0 引言

隨著人民生活水平的不斷提高，汽車也逐漸的成為人們生活的必須品，汽車的智能化、電子信息化水平也在不斷的提升，駕駛的便捷性也在逐漸提高。人們在享受著汽車帶來樂趣的同時，也越來越多的依賴于汽車的各種各樣的傳感器。

1 傳感器作用

1.1 提高汽車操控穩定性

在汽車操控方面，有越來越多的傳感器監控著汽車的形式狀態，例如胎壓監測、防滑監測等，這些傳感器將各系統數據實時的收集起來，并傳輸給汽車計算機，計算機根據預先設定的方案來提供相應的控制，幫助駕駛者更加精準的控制汽車，減少汽車故障的發生。

1.2 提升汽車駕駛舒適性

汽車在發展過程中，人們不僅越來越注重性能要求，同時也越來越注重汽車的舒適性，更多的考慮長時間駕駛對身體的保護。而在舒適性方面，很多傳感器的使用使汽車更加智能、方便，根據預先設定的溫度，控制空調系統的運行，使車內更加舒適、穩定。

1.3 提供各部位狀態信息

在汽車的各個系統中，為保證各個部位能夠正常運行，就要實時了解各部位的運行狀態，一旦出現狀況需要立即顯示給駕駛者，從而使駕駛者能夠有足夠的時間做出處理。否則，對于汽車本身就會造成損害。例如，汽車的機油顯示狀態、發動機故障警示等。這些重要部位都設置了多個傳感器，針對不同的發動機問題，顯示不同的發動機故障問題，當有故障發生時，可以第一時間讓駕駛者了解，采取措施，如果無法進行解決，駕駛者可以第一時間進行技術支持，由于大多數駕駛者不是專業汽車維修人員，無法了解汽車具體問題，狀態顯示也可以第一時間幫助技術支持者提供故障類型的可能性分析，為提供技術支持提供可靠依據。

2 傳感器的分類及綜合應用

汽車的傳感器主要圍繞著汽車的運行控制系統、車內狀態來進行設置的，這其中溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、位置和轉數傳感器等傳感器是核心。

2.1 溫度傳感器

溫度傳感器在汽車上有很多，例如監測發動機的溫度、冷卻水溫度、車內溫度等。發動機溫度控制系統可以根據進氣溫度的高低來控制噴油嘴閥開啟時刻和持續時間，保證發動機混合氣體的燃燒效率和動力輸出。溫度傳感器一般有熱敏電阻式、熱電偶式、線繞電阻式三類，其特點分別是熱敏電阻靈敏性較高，響應時間短，但線性變溫能力差，適合較低溫度的溫度檢測環境，熱電偶式的精度較高，測溫范圍較寬，但是由于其反應變化電流很小，需要進行放大器的放大處理。而線繞電阻式則需要相對較長時間的反應，反應的靈敏性較差，在監視變化率較小的環境下使用比較合適。

2.2 壓力傳感器

壓力傳感器有很多種，例如：電容式、壓阻式、表面彈性波式（SAW）等，電容式壓力傳感器主要檢測負壓、氣壓、液壓等輸入能量高的環境，其動態響應性較好，適應性也很強。例如很多高級改裝車需要監控油壓機吸氣負壓狀態就需要采用吸氣負壓傳感器，用來監測胎壓狀態。表面彈性波式（SAW）其體積小、質量輕、能耗小、靈敏性高、易于數字量化輸出、可靠性高等優點集一身，其往往用在高端的狀態監控上。

胎壓監控示意圖

2.3 流量傳感器

流量傳感器在汽車上的使用主要就是用在汽車發動機的空氣流量以及燃料流量監測上。在空氣監測方面為計算機提供了一個數據，計算機根據車輛運轉狀態及空氣流量來計算最佳的發動機點火時間和持續時間，例如在汽車啟動時、勻速行駛時、制動時空氣流量不同以及燃油供給量不同，需要進行不同的點火程序，另外對于部分發動機采用渦輪增加進氣結構，也需要對于氣體流量進行監測。空氣流量傳感器主要有葉片式、熱線式、卡爾曼旋渦式。燃油流量傳感器主要監控燃油的流量，通過計算機計算出瞬時油耗以及平均油耗等參數，反映給駕駛者。燃油流量傳感器主要有水車式和循環球式，反映時間較短。

2.4 位置和轉速傳感器

位置和轉數傳感器主要適用于監測曲軸轉角、發動機轉速、車速等參數值，目前最常用的傳感器有霍爾效應式、交流發電機式、磁阻式、光學式、半導體磁性晶體管式等，其測量范圍為0°～360°，精度為小于±0.15°。目前轉速傳感器有很多種，且針對的對象也有區別，現在較為先進的為半導體磁性晶體管傳感器，其比霍爾效應式傳感器靈敏度高100倍，且成本較低。對于車速的測量，較為先進的傳感器為非接觸式光電速度傳感器，其范圍達到0～250km/h，重復精度為0.1%。

2.5 氣體濃度傳感器

氣體濃度傳感器是目前比較高端的車型上所采用的技術，通過氣體濃度傳感器對發動機排放氣體成分的判斷，來計算發動機燃燒的性能，并向供油系統發出相應的反饋信號已修正噴油嘴的工作頻率，使空氣和燃料比達到最理想的狀態。目前，常用的氣體傳感器有氧化鋯傳感器、氧化鋯濃差電池氣體傳感器、固體電解質式氧化鋯傳感器，此外還有二氧化鈦氧傳感器。相比前者，二氧化鈦氧床干起結構更加簡單、方便抗污染能力強等特點。

2.6 爆震傳感器

爆震傳感器主要檢測發動機的整體振動情況，并根據振動情況適當調整點火時刻，避免發動機發生爆震。通過檢測氣缸壓力、發動機振動和燃燒噪聲三種主要方法來檢測汽車的爆震情況。傳感器類型主要有磁致伸縮式和壓電式。磁致伸縮式爆震傳感器的適用范圍為-40℃～125℃，頻率范圍為5～10kΗz；壓電式的爆震傳感器當頻率為5.417kΗz處，靈敏度可達到200mV/g，并且具有良好的線性度。爆震傳感器可以反映出發動機的工作狀態，例如扭矩的輸出大小。爆震傳感器與氣體傳感器的有效結合就可以輔助形成汽車的燃油輔助工具，幫助汽車更好的調節供油工作，使發動機的燃油效率逐步提升，同時也減少了廢棄排放。

3 傳感器的綜合應用發展趨勢

汽車技術的智能化、舒適化是汽車的發展方向，隨著汽車發展，傳感器在汽車的探測、控制系統中的作用也越來越明顯。如今的汽車，各種先進的技術與系統逐漸應用到汽車上，輔助系統的應用更是使駕駛者更加安全、簡單地駕駛汽車，例如，停車輔助系統、車道偏離矯正系統、注意力分散監測系統、酒精監測報警系統等等。

3.1 電子化

電子化是傳感器發展的一個重要方向，現代傳感器多是從半導體集成電路技術發展而來的，目前隨著電子技術的日漸成熟，可以制作各種敏感和檢測力學量、磁學量、熱學量、化學量和生物量的傳感器。由于基于電子技術的傳感器在降低汽車電子系統成本及提高其性能方面的優勢，它們已開始逐步取代基于傳統機電技術的傳感器

3.2 小型化

傳感器的小型化利用計算機控制微機械加工技術將微米級的敏感元件、信號處理器、數據處理裝置封裝在一塊芯片上，由于具有體積小、價格便宜、便于集成等特點，可以明顯提高系統測試精度。汽車在逐漸的發展，人們對汽車各個部位性能的提升以及監測都需要傳感器來實現，而愈加細致的控制需要越來越小的傳感器深入到汽車精細部位中去，且不干擾汽車的正常運轉。這樣也促使傳感器逐漸小型化，只有小型化才能在汽車科技競爭中逐漸贏得機遇和發展。

3.3 類型多樣化

以往的傳感器多以機械式的為主，然而，隨著電子傳感器的發展，越來越多的電子技術被應用到傳感器中去，逐漸形成了不同原理、不同功能的傳感器，而即使與以往傳感器原理、功能近似的傳感器，在材料使用上、穩定性、準確性上都有質的提升。而探測同樣一個數據，因為汽車設計定位的不同以及結構形式、部位、空間的不同，所使用的傳感器也不盡相同，也促使了傳感器向多樣化發展。

3.4 系統集成化

汽車的發展不僅僅是以往的代步、運輸，更是現代人們生活、休閑必不可少的工具，已然成為人們生活的一部分。隨著人們對生活追求的不斷提高，汽車功能也日漸完善，簡單的傳感器設備便無法完成預定功能。因此，汽車傳感器就不得不將更多的傳感器聯合起來，使各個傳感器各司其職，共同來完成一個更加復雜的任務。例如，現在豪華汽車座椅系統，就不僅要有位置傳感器，同時又要有記憶傳感器的設置來完成設置的快捷性。

3.5 智能化

智能化是指傳感器與大規模集成電路相結合，帶有CPU，具有智能作用，以減少ECU的復雜程度，減小其體積，并降低成本。智能化的傳感器可以將電子傳感器的工作范圍擴大，也將其傳感器精確度逐漸提高。因此智能化的傳感器也是傳感器發展的必然方向。

3.6 新型化

傳感器的原理是基于各種物理、化學、生物等效應，對其進行有效利用。隨著科技的不斷進步，各種新型材料以及更加創新、有效的技術不斷被研發出來，傳感器的種類將更加多樣，傳統功能的傳感器也同樣基于技術與工藝的改變而進行改變，采用新型的技術，將更能發揮傳感器的綜合效應。

3.7 精準化

傳感器從最初的模擬物理量，到如今的數字化，傳感器的觸控方式在不斷的改變，感知范圍不斷的在縮小，變得更加精細，同時由于更多的集成系統的運用，控制中心的處理方式也在不斷的跟數字化接軌，這樣控制中心能夠更加容易的通過傳感器傳來的數字量的大小來精準的控制動作部分來進行細小而精準的控制，不再像以前一樣的模擬量誤差極大而無法做到精準反饋。例如，汽車行進車道轉彎輔助系統，在行進過程中要利用前方攝像設備的高清晰影像，通過精細分辨才能做到輔助轉彎的精準，否則，轉彎輔助反而會對駕駛者的操控產生不利影響。再比如，高性能車在激烈的駕駛狀態下對于油門的控制時間、力度要掌握的跟精細，如果稍有動作延遲以及反饋不精準都會造成汽車成績不理想。

隨著科技的不斷提高，汽車傳感器技術也在不斷的提高，汽車傳感器將會更加的智能化、微型化、穩定化和多功能化。隨著傳感器的使用，汽車品質與功能有了質的飛躍，傳感器配合汽車電腦的使用，使汽車的操控更加的穩定，在能耗控制與動力輸出方面也有著良好的平衡，而在舒適度方面也更加的趨于人性化和簡潔化。傳感器已經成為了汽車獲取狀態參數的主要元件，是汽車中不可缺少的設備。在未來，會有更多的新型傳感器廣泛的應用到汽車生產和使用中去。

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馬云貴（1964—），男，副教授，研究方向：汽車技術。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.243