新型傳感器在汽車中的應(yīng)用

(山東現(xiàn)代學(xué)院汽車技術(shù)學(xué)院 山東 濟(jì)南 250104)

一、傳感器概述

傳感器是能感受被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

傳感器又稱“電五官”，在設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制中起著關(guān)鍵性的作用。其應(yīng)用領(lǐng)域涉及通信電子產(chǎn)品、汽車電子產(chǎn)品、機(jī)械制造與工業(yè)過程控制等多個(gè)方面。目前世界上傳感器的種類已達(dá)到3萬余種，傳感器市場(chǎng)已持續(xù)穩(wěn)定的速度不斷增長(zhǎng)，其中傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的就是汽車市場(chǎng)。世界各國(guó)都致力于傳感器技術(shù)的發(fā)展，每年涌現(xiàn)出大量的新型傳感器，對(duì)各個(gè)行業(yè)的發(fā)展起著重要的促進(jìn)作用。

二、汽車上的新型傳感器

汽車傳感器主要用于檢測(cè)汽車運(yùn)行中各系統(tǒng)的工作狀態(tài)，包括水溫、油溫、進(jìn)氣壓力、車速、節(jié)氣門位置等等，將這些被測(cè)量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)并輸入車載電腦系統(tǒng)，然后由電腦中內(nèi)部預(yù)先存儲(chǔ)的程序進(jìn)行計(jì)算分析，從而判斷汽車的運(yùn)行狀態(tài)。汽車上的傳感器多達(dá)200余種，并且隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新型傳感器應(yīng)用于汽車上，不斷提升汽車的性能和舒適度。

(一)激光傳感器用于車輛限高檢測(cè)

隨著現(xiàn)代城市交通的發(fā)展，各種交通設(shè)施越來越多，給城市發(fā)展帶來便捷的同時(shí)，也導(dǎo)致路網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，交通安全隱患增加，為此，交通部門采用增設(shè)限高標(biāo)志的方法進(jìn)行防范，取得了一定的效果，但也出現(xiàn)過超高車輛意外闖桿造成的大型交通事故，因此車輛限高檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

車輛限高檢測(cè)系統(tǒng)利用激光傳感器檢測(cè)道路運(yùn)行狀態(tài)，測(cè)量迅速，同時(shí)可以將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合道路監(jiān)控系統(tǒng)提供的信息進(jìn)行分析，作出實(shí)時(shí)處理。

(二)3D視覺傳感器用于“無人駕駛車”

汽車在向自動(dòng)駕駛、無人駕駛發(fā)展的過程中，機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度不斷提高，需要完成環(huán)境感知、計(jì)算分析、控制執(zhí)行等一系列程序；而首要的就是用汽車的眼睛——視覺傳感器去感知周圍的環(huán)境。常見的視覺傳感器主要包括：激光雷達(dá)、攝像頭、超聲波傳感器、微波/毫米波雷達(dá)、紅外傳感器等。

2018年上半年，東莞某公司研發(fā)的3D視覺傳感器成功的落地應(yīng)用，為自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車增添了一雙智慧的眼睛，使其定位、動(dòng)作、識(shí)別路線、躲避障礙更加精準(zhǔn)。3D視覺傳感對(duì)目前的激光雷達(dá)起到很好的輔助作用，可以為自動(dòng)送貨牽引車、無人叉車等提供視覺處理能力，為“無人駕駛車”安上了3D眼睛。

(三)MEMS傳感器用于胎壓檢測(cè)

汽車輪胎的胎壓過高時(shí)，輪胎的抓地力降低，當(dāng)車輛經(jīng)過不平坦路面時(shí)，輪胎內(nèi)沒有足夠空間吸收震動(dòng)，因此會(huì)降低行駛的穩(wěn)定性和乘坐舒適性，而且懸掛系統(tǒng)的沖擊力度加大，會(huì)增加事故發(fā)生率，據(jù)統(tǒng)計(jì)，有50%的卡車故障歸因于輪胎故障，所以合適的胎壓，不僅有助于增加行車舒適性，更是對(duì)安全行車的保障，這正是胎壓檢測(cè)的重要性。

近年來，新開發(fā)的基于MEMS的壓力傳感器，具有精密的微控制器，有無線發(fā)送器和接收器，非常適合汽車基礎(chǔ)設(shè)施的通信，外形小巧，有一個(gè)雙軸加速度計(jì)，可測(cè)加速度范圍較大，可檢測(cè)車輪移動(dòng)情況并支持車輪傳感器自動(dòng)定位功能。

三、汽車傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

由于汽車傳感器的重要作用和快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，世界各國(guó)對(duì)汽車傳感器的的技術(shù)研究都非常重視。未來發(fā)展的總體趨勢(shì)是微型化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能化、集成化和智能化。

(一)提升駕乘舒適性

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車的駕乘舒適性和愉悅性不斷提升，除了傳統(tǒng)的空調(diào)溫濕度、車內(nèi)煙霧檢測(cè)、車椅調(diào)節(jié)、底盤調(diào)節(jié)、車窗調(diào)節(jié)和承重傳感器外，定速巡航、導(dǎo)航、環(huán)境感知、車輛防盜、汽車燈光檢測(cè)等各類新應(yīng)用大量涌現(xiàn)，直接推動(dòng)了車速傳感器、陀螺儀、羅盤傳感器、紅外報(bào)警傳感器、光電池傳感器等的發(fā)展。這類傳感器隨著汽車人性化發(fā)展需求，具備最大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

(二)注重節(jié)能減排

發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元根據(jù)傳感器提供的信息對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)工況進(jìn)行準(zhǔn)確控制，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、可維護(hù)性，降低油耗和減輕排放。主要用到的傳感器有溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、爆震傳感器、氣體濃度傳感器、懸架系統(tǒng)傳感器、怠速傳感器、輪速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和油門踏板位置傳感器等。

(三)提升車輛安全性

關(guān)系著汽車安全性能的ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)等都使用了大量的汽車傳感器，用來采集制動(dòng)踏板位置、加速度、胎壓、碰撞壓力等，這類傳感器是近年汽車應(yīng)用領(lǐng)域創(chuàng)新最活躍的部分。