汽車電子技術中傳感器的應用探究

郭增波 李春紅 馬 罡

（克拉瑪依職業技術學院，新疆 克拉瑪依834000）

當前，隨著汽車制造技術的不斷進步，很多電子信息技術已經應用到汽車領域，直接關系到汽車的動力性、操控性、安全性等方面，傳感器是汽車電子技術中的重要部分，可以實現對汽車運行狀態的監測。由于汽車不斷向著智能化發展，汽車內部會集成大量的高精度的傳感器，可以采集到汽車每個運行部件的狀態信息，將數據傳輸給汽車控制單元，從而實現對汽車的智能控制，深入研究汽車電子技術傳感器的應用，可以更好地推動汽車產業的發展。

1 智能傳感器簡介

智能型傳感器，不是傳統意義上的采集模擬信號，它集成了傳感元件、微處理器、電路板，智能性傳感器的性能更為穩定，可以適應更為復雜的使用環境。傳感器中具備通信接口，可以利用多種通信協議實現數據傳輸，可以實現與控制器等元件的協同工作，數據交互和邏輯判斷變得更為便利。從智能傳感器的使用功能來講，智能傳感器內嵌入式程序，可以為傳感器具備邏輯判斷、信息處理功能，將傳感元件物理量變化轉變為電信號，形成數字信號后從通信接口發送出去。還具有故障檢測功能，上電后可以對傳感器進行檢測，提供工作人員進行處理。還可以對傳感器采集的歷史數據進行存儲和記憶，對監測元件進行邏輯判斷，從而把故障信息發送給控制器，可以為人機交互、智能控制提供良好的硬件支持。

2 汽車智能電子傳感器必要性

傳統的傳感器功能較少，只能將采集到的物理量轉變為電流、電壓模擬量，采集精度也無法達到智能傳感器的要求，傳感器的穩定性、靈敏度、抗干擾能力等方面也存在著一些問題。隨著汽車不斷向著智能化、無人駕駛方向發展，傳統的傳感器已經無法滿足汽車產業發展的需要，智能傳感器可以達到汽車對傳感器性能的要求，具有更多的功能和特點，還具有自動調節、邏輯判斷功能，智能傳感器是汽車電子技術的發展方向，會不斷向著更高穩定性、高精度方面發展。

3 汽車電子技術對智能傳感器的要求

當前，很多性能先進的汽車內部都安裝有多個獨立的智能控制單元，每個控制單元間保持相互獨立狀態，但每個單元間可以進行數據交互和協調工作，可以讓汽車整體處于最合理的運行狀態，這就對汽車電子技術提出了更高的要求：a.汽車要求電子操控系統可以準確、穩定輸出控制指令，執行機構可以快速進行反應。早期的汽車電子技術設計采用的傳統傳感器、控制器和執行機構的控制系統無法滿足汽車發展的要求，這就要求開發出具有軟件控制功能、高穩定性的硬件來提高汽車內部電子元件的智能化程度，可以使數據采集傳感器、控制單元更加穩定地進行工作，可以滿足汽車運行工況的要求，從而推動汽車工作不斷向前發展。b.集成化是汽車電子技術的重要發展方向，受到汽車空間的制約，要求電子器件尺寸不可以太大，還需要滿足穩定性、精度的要求，這就要求汽車內的電子元件進行高度集成，可以更為方便地對汽車機械元件進行控制，使電子控制元件可以與機械元件實現緊密結合，預留出更多的空間給駕乘人員，需要電子元件向著集成化、微型化方向發展。c.隨著汽車功能的不斷完善，需要電子控制元件向著智能化方向發展，可以實現自我診斷和維護，并對汽車使用情況進行自檢。比如，汽車的安全氣囊，為了保證氣囊的安全需要配制專用于氣囊控制的單元，但安全氣囊在很長時間內都處于停用狀態，只有汽車受到外力撞擊而達到設定的數值時方可以開啟，這就要求控制單元可以及時、準確地將氣囊打開。但是，出現撞擊的可能性較小，這就要求氣囊配套的控制單元具有自檢功能，對氣囊系統進行自我維護，保證發生意外情況下可以準確啟動。同時，氣囊多位于汽車的隱性部位，需要配套的控制單元和傳感器進行高度集成。d.汽車功能部件的可靠性。汽車駕駛過程中需要保證運動部件有著很好的操控性，由于汽車會長時間處于駕駛過程中，很多部件都處于惡劣的運行條件下，比如，較高的工作溫度、靜止條件下承受外界低溫、高速運動和沖擊等，這就要求汽車電子元件和傳感器有著很高的溫度范圍，具有承受振動和電磁干擾的性能，需要在惡劣環境下具備較高的穩定性，可以根據外界環境自我適應和調整。e.電子元件的成本控制。為使汽車配套的傳感器可以得到廣泛應用，推動汽車工業向著智能化、電子化方向發展，需要在保證傳感器性能的前提下降低生產成本，可以使更多的傳感器應用到汽車行業。

4 汽車智能化傳感器的有效應用

4.1 發動機控制系統上的應用

發動機是汽車的心臟，可以為運動部件提供動力，驅動發電機給控制系統供電，而控制系統是汽車的大腦，智能傳感器是汽車的神經中樞。汽車發動機中安裝有智能傳感器和執行組件，控制系統從發動機中的傳感器來接收信號，可以了解到發動機的運行情況。并根據駕乘需要發送控制指令給發動機執行組件，發動機則會根據指令做出不同的反應。發動機內智能傳感器可以監測到發動機冷卻液溫度、運行速度和機油壓力等，是保證駕乘安全的重要輔助工具，可以為駕乘人員帶來更好的體驗，在汽車中主要應用如下多個方面：a.壓力傳感器，當前，壓力傳感器多用于對汽車制動液壓系統、胎壓系統的監測，比如，氣壓、歧管壓力等，多采用電容式、壓阻式、差動式和表面彈性波等傳感器，可以根據監測需要確定不同功能的傳感器。電容式的傳感器有著很好的適應能力，信號的動態響應比較理想，可以達到較大的輸入能量。電阻式傳感器在使用過程中需要加入溫度補償裝置，避免溫度變化過大對采集精度造成影響。差動式傳感器有著較好的數字信號輸出能力，但不具備很好的電磁干擾能力。表面彈性波傳感器集成度很高，不會占用太大的空間，質量和功耗都不高，有著很高的穩定性和靈敏度，可以在很寬的溫度區間中運行，是汽車行業最為理想的傳感器。b.轉速器、車速等傳感器，該種類型的傳感器可以用于對汽車發動機運行速度、角度等進行監測和控制，多應用振動式、霍爾效應式、磁阻式等傳感器。c.氣體濃度和流量傳感器，該類傳感器主要用于對汽車排氣氣體、進氣氣體進行監測，進氣傳感器用于監測空氣含氧量，根據燃燒比來對發動機進氣量進行智能調整，可以使可燃氣體濃度達到最理想效果，從而達到節能減排的目的，對尾氣監測還可以降低對空氣的污染。d.爆振傳感器，該種類型的傳感器可以對氣缸壓力、機械振動和發機動燃燒室噪音等進行監測，主要有磁致伸縮和壓電兩種類型。e.流量傳感器，該種類型的傳感器可以用于對吸入空氣流量和燃油流量進行采集，控制系統可以根據設定的燃燒比對流量進行控制，控制好燃油的噴放量。

4.2 在汽車底盤控制系統的應用

該類傳感主要用于監測變速器、動力轉向系統和防抱死系統等，可保證汽車行駛過程中的安全，主要有：a.線性加速慣性傳感器，應用微電子技術研制成壓阻式、電容式傳感器，主要對汽車加速度、自由度等進行監測，是智能汽車的重要控制部件。b.角度傳感器，主要用于對懸架及穩定系統進行監測，內部集成芯片來對汽車元件的轉數效率進行監測。c.變速控制傳感器，對自動檔變速箱進行監測，依賴具備較高精度的智能傳感元件對油溫、發動機負荷等進行數據采集，可以使車輛在節能降耗效果下取獲取到更多的動力。d.動力傳向傳感器、防抱死感器等其它類型傳感器，可以更好地保證汽車駕駛過程中的穩定性。

4.3 車身控制系統傳感器

車身控制系統具有自動空調系統、車速監測鎖門系統等。自動空調系統中利用溫度傳感器來對駕駛室內的溫度進行采集，當超過設定溫度上限值，則自動開啟制冷系統，如果溫度低于下限值，則為駕駛室的提供暖風，提供給駕乘人員舒適的體驗。車速監測系統是指當汽車運行速度超過每小時30 公里，自動給車門上鎖，可以更好地保證車內人員的安全。汽車遙感測距技術在無人駕駛汽車中得到了應用，測距傳感器可以監測到車輛與不同物體距離，將距離參數傳送給控制器，可以控制汽車進行加速或減速，是無人駕駛汽車重要的部件。遙感測距是根據雷達探測技術，傳感器本體發出超聲波信號，當超聲波信號碰到障礙物以后會被反射到接收裝置，可以實時、準確地獲取到汽車與障礙物的距離。

4.4 導航控制傳感器

導航傳感器主要有車速傳感器、陀螺傳感器兩種類型，汽車中配置的導航控制傳感器需要與GPS、北斗系統進行結合，可以給汽車控制系統和駕乘人員更為全面、準確的交通信息，是無人駕駛汽車必須配置的功能，可以根據道路其它車輛信息進行路線和速度調整，也可以將汽車信息發送到導航系統中，可以讓其它無人駕駛汽車感知車輛速度和位置，從而更好地保證車輛的安全性。

5 汽車智能傳感器發展方向

5.1 與信息技術進行融合

前視紅外傳感器、距離傳感器已經在美國空軍得到了應用，可以對近幅前視紅外圖像、距離圖像進行對比分析，將獲取到的圖像信息進行結合處理，應用特征級融合分析等技術對圖像進行歸類處理，可以得到理想的目標檢測效果。

5.2 納米技術

智能傳感器技術將與納米技術進行結合，納米材料是對納米級的物質顆粒經過燒結制成，具有很好的抗電磁干擾性能，納米技術的進步會促進傳感器的進一步發展，使得傳感器性能得到很大提升，傳感器的應用領域將會得到拓展。

5.3 化學傳感器新技術和微電子機械技術

將有機和無機生物化學相關理論應用于傳感器中來，提高化學材料的適用范圍，把生物工程技術、微電子技術等進行結合，可以使傳感器的性能得到優化和改進。隨著加工技術的不斷進步，微型電子機械可以使傳感器的體積變得更小，重量和功耗也會減少，而數據采集精度、可靠性和響應速度等性能會得到提升。

5.4 仿生傳感器技術

生物傳感器需要將生物醫學、工程學等學科知識結合起來，利用生物酶、活性物質等建立起新型的傳感器，有著很長的使用壽命。利用生物感應膜來識別對象的信息，離子通道可以獲取到生物膜的信號，并進行放大和傳輸，是一種生物體模擬傳感器。

隨著傳感器技術的進步，更多的智能傳感器被應用到汽車領域，新型的傳感器將會不斷向著實用性方面不斷發展。同時，汽車行業的發展也會促進智能傳感器性能的提升，可以更好地保證駕乘人員的生命安全，提供更好的駕駛體驗。