傳感器在汽車上的應用研究

羅宏

摘要： 人類文明進入現代的一大重要標志就是汽車，現代社會發展中，汽車已經成為人們出行必備的代步工具。而隨著科學技術的革新優化，傳感器在汽車中的應用必不可少。傳感器借助計算機，可以全方位掌握汽車各項參數，保證駕駛的安全性與舒適性。本文就將詳細探究傳感器在汽車中的具體應用，以期加快我國汽車產業的前進腳步，為大眾造福。

Abstract： The automobile is an important symbol of human civilization entering modern times， modern society is developing， cars have become a necessary means of transport for people to travel， with the innovation of science and technology optimization， Sensors are essential for automotive applications. With the help of a computer， you can fully grasp the parameters of the car，also you can ensure the safety and comfort of driving. This paper explore the specific application of sensors in cars， in order to speed up the pace of China's automobile industry， for the benefit of the public.

關鍵詞： 傳感器;汽車;應用

Key words： sensor;automobile;application

中圖分類號：U463.99? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）24-0218-03

0? 引言

工業化時代的到來，汽車出現在大眾視野，并成為重要的代步工具。對于汽車的研究也隨著人們需求的增加逐漸加大，機電一體化的出現為汽車發展帶來了新的支持，其中以傳感器的安裝帶來的優勢最為明顯。通過傳感器作業能夠完全掌握汽車運行狀態，一旦汽車存在故障隱患，傳感器憑借其自動檢測功能就會事先感知，保障汽車的功能性，確保駕駛的安全性。可以說，汽車的高效安全行駛離不開傳感器的幫助。

1? 傳感器的概念構成及類型劃分

1.1 概念

根據我國國家標準（GB/T766522005），將傳感器定義為能夠感知規定被測量并將接收信號快速轉化傳輸到指定設備器件上的一種有效裝置。敏感元件和轉換元件是傳感器中較為重要的組成部分。

1.2 傳感器構成

傳感器中較為重要的構成元件以敏感元件、轉換元件、自動測量控制電路這三種為主，敏感元件能夠精準的感受到被測對象的具體情況，并做好信號的接收和傳輸工作;轉換元件是根據物理原理，將敏感元件感受的非電量信息轉化為電量信息，為后續工作鋪墊。

1.3 傳感器的類型劃分

汽車是電機一體下的綜合產物，而傳感器則是汽車中用于進行系統控制的重要構件，隨著汽車在社會上的不斷推廣，用戶對傳感器的需求也在不斷增加，各種不同類型傳感器出現在大眾視野。工程中涉及到的傳感器類型多樣，通常情況下，一種物理量適合多種不同的傳感器加以測量，相應的，同一類型傳感器也適合測量多樣化的物理量，這也導致傳感器的劃分方式存在多樣化。目前被廣泛應用的幾種方法包括：其一，以被測量物理量的差異劃分;其二，按照傳感器本身的工作原理差異劃分;其三，以信號變換方式劃分;其四，以傳感器不同的能量關系劃分;其五，以傳感器各異的輸出量劃分。

2? 汽車傳感器的特征

汽車傳感技術是在電子技術基礎上發展衍生而來的新型技術種類。汽車傳感器也是在電子控制系統的基礎上安裝的一種能夠對汽車運轉信號及信息資料進行收集、傳輸和轉化的重要技術，對于提升汽車控制效果有著現實意義。汽車傳感器能夠將溫度、壓力、位置、轉速、加速度、流量、濕度、電磁、光電、氣體、振動、圖像等信息內容實行收集和轉化處理，快速傳輸到指定系統模塊中，開展測量和控制作業，使汽車在各種情況下均能夠順序運行，降低外界不良因素帶來的干擾和影響，增加汽車安全系數。同時，在傳感器的作用下，汽車的抗腐蝕、穩定性、抗震性、精準度均得到了較大提升，能夠準確了解運行中的路況變化，做到科學處理。

具體來說，汽車傳感器的特征為：一是適應性。汽車作為目前社會上較為重要的交通工具，會在各種情況下展開工作，傳感器則會對汽車所在區域的溫濕度、震動及沖擊效果予以收集和整理，傳輸到指定系統完成汽車調整作業，減少惡劣環境對汽車的損傷，延長汽車的使用壽命。二是穩定性與可靠性。傳感器可在長時間工作中對輸出量加以科學把控，實行自動調整，保證汽車長時間駕駛中的穩定性，減少意外問題的出現。三是精準性。傳感器的運用可提高電子控制系統的運行質量，確保汽車的安全運行。四是小型及輕量化。汽車內部空間有限，需要對傳感器的體積和重量加以控制，確保傳感器的正常使用。五是通用和批量生產。傳感器作為消耗品的一種，可在滿足精度與質量要求的基礎上對其進行批量生產，并優化通用性能，以優化安裝質量，加快維修養護速度。六是標準性。傳感器的制作應完全符合國家規定標準要求。

3? 在汽車中傳感器起到的重要作用

城市發展中，汽車數量不斷增多，而汽車中最為重要的部分就是傳感器。普通汽車上傳感器安裝數量在百個左右，豪華型汽車的傳感器可達到上千個。且根據結構功能的不同，傳感器種類及功能也會存在較大差異。目前常見的傳感器類型有溫度、壓力、流量、速度、位置、氣體濃度、光照、濕度及距離測量等，上述類型的傳感器能夠滿足過去汽車生產的各項需求，而時代的推進，使得汽車工業發生革新升級，為讓汽車更具安全性和舒適性，如今一輛普通型汽車中要更多的利用到電子節氣門控制和停車誘導。上述類型的傳感器往往關乎一輛汽車的整體性能，可準確反映汽車的檢測和診斷、溫度傳達、壓力、速度與濕度情況。可以說傳感器相當于一輛汽車的中樞神經，各項控制管理離不開傳感器功能的發揮。若傳感器存在問題，則汽車將無法正常行駛。

汽車作為機電一體化的重要產物，傳感器的科學安裝，可在原有基礎上，增加智能化、自動化發展目標，并通過互聯網的科學利用，增強汽車控制效果，解決傳統問題帶來的不良影響。另外，傳感器的應用將光導纖維技術、微電子技術等高效融入到汽車控制系統中來，從而實現智能化發展，保障汽車行駛的安全性和舒適性。

4? 汽車上中傳感器的確定

4.1 靈敏度

靈敏度指的是汽車傳感器中輸出的額定電壓與被測電壓變化結果的展現。

比如，若想有效管理發動機中水溫冷卻液的溫度，此時熱點式水溫傳感器為最佳選擇，通過該類型傳感器的應用，能夠對冷卻液溫度予以準確了解和掌握。如果溫度在140攝氏度，標準電壓值在0～5V內，這時傳感器靈敏度的確定值為5V/140℃。

4.2 分辨率

分辨率指的是傳感器能夠感應到的信號變化情況。如汽車發動機上安裝的曲軸傳感器，其分辨率要求控制在0.1左右，超出這一范圍可能會導致發動機的高負荷運轉，增加故障發生概率，相應的脈沖變化參數也要控制在0.1左右，注重兩者適配性。

4.3 量程

量程是傳感器能夠測量到的數據集值加和，該范圍最大不能超過上限，最小不得低于下限。比如，對于汽車車身高度的測量，需使用適合汽車用的激光傳感器，該傳感器測量值最大不得超過60毫米，最小不得低于-60毫米，故此確定該傳感器量程為極大值與極小值絕對值的加和，即120毫米。

4.4 以響應時間確定

響應時間，顧名思義，就是傳感器在收到刺激信號后，輸出值從最高到最小這一過程的總時長。一般情況下，汽車傳感器響應時間在10RES以內，該范圍意指運行狀態的傳感器，信號持續輸入時間的增加范圍要控制在10毫秒以內，說明傳感器在規范要求內作業。且該標準值不是固定不變的，不同工況下的汽車，響應時間不同。

4.5 以可靠度確定

該參數為傳感器穩定響應與持續運行時間的比率。如果傳感器可靠度數值在0.994，則說明汽車運行時間為不間斷工作時間30000h，有99.4%的時間傳感器能夠保持正常工作狀態，有效傳輸信息。

4.6 誤差選擇

誤差是測量指示值與真實值之間的差異，一般會利用絕對值或者滿量程比來表示。如溫度傳感器的絕對誤差0.2攝氏度，空氣流量傳感器誤差±1%。傳感器誤差要按照系統要求加以有效處理，保證其科學性。

4.7 重復性選擇

重復性指的是傳感器在工作狀態下，被測量的統一數值經過反復檢測后保持一致性的一種方式。如開展發動機轉速測量時，重復測量的數值會保持一致性特征或滿足誤差在規定范圍內的要求。

4.8 線性度選擇

線性度值指的是輸入與輸出中的曲線與理論擬合直線間的偏差。偏差的大小應在規定范圍內，且具有較好的重復性特征。

4.9 過載選擇

過載是傳感器運行中所能承受的最大輸入量。輸入量之下能夠保證傳感器各項指標符合要求，超出該范圍，則會引發故障。該值一般會以允許超出的測量上限的被測量值與量程百分比來表示，選擇要求參數必須符合說明書上的規定要求。

5? 汽車中傳感器的具體運用

5.1 不同類型傳感器的檢測內容

汽車傳感器的種類有很多，且不同類型傳感器功能和應用存在明顯差異，在傳感器檢測中，需要根據實際情況給出針對性的檢測方案，確定傳感器的性能指標。常見的傳感器及其檢測內容為：

一是溫度傳感器。是進行發動機、燃油、冷卻水等設備溫度把控的重要設施，在檢測過程中會將收集到的數值直接轉化成電，以電信號的方式開展分析工作，確定設備開啟及噴油嘴針閥的運行時間。

二是壓力流量傳感器。其作用于氣缸、大氣和發動機等設備中，目的是對氣壓參數變化情況加以測量，測量參數可被應用到確認控制點火及燃料噴射的設計上。

三是旋轉流量傳感器。對發動機專屬、汽車車速等數值予以詳細了解，合理控制燃油使用量，做到科學配置。

四是氧化傳感器。用于檢測空燃比情況，對噴油脈沖實行科學調整和控制。

五是流量傳感器。分為兩種，即空氣流量傳感器和燃料流量傳感器，前者控制空氣量的進入情況，后者是檢驗燃料流速的重要裝置。

六是爆震振動傳感器。可對發動機點火振動停止的原因加以檢測和了解，科學調整點火停止時刻。

5.2 傳感器應用

5.2.1 電子控制汽油噴射系統

隨著汽車生產行業的發展，化油器得到革新優化。使用汽油發動機的汽車，化油器已經成為過去式，取而代之的是更加智能化的汽油噴射系統。該系統內部擁有多樣化的傳感器，故而功能齊全完善。其一，在進氣管處設有空氣流量傳感器，可明確氣缸中的實際空氣量，并將該信息迅速傳至計算機控制系統，由該系統圍繞最佳空燃比展開科學分析，明確最佳噴油量。其二，在進氣管處設有溫度傳感器，負責實時監測溫度變化。結合上面檢測到的進氣密度，其與溫度存在較大差異，傳感器利用相應的檢測信號，合理調整噴油和點火。其三，于發動機冷卻水處設有水溫度傳感器，方便時刻掌握發動機溫度。若想明確發動機是否為冷啟動狀態，則計算機可憑借相應信號作出判斷，之后適當管理冷啟動噴嘴，持續供給油量，順利啟動。其四，大氣壓力傳感器將信號輸入到計算機后，由計算機自動化處理進行油量修正，控制點火。其五，節氣門中傳感器的安裝可對節氣門開度情況予以實時監測，獲取準確的信號數據，并將其傳輸到計算機內，進行自動化分析和控制，保證燃油噴射效果。其六，發動機與曲軸角度上安裝的傳感器，能夠對發動機轉速及曲軸角度變化特征加以明確掌握，進而判斷氣缸活塞的所在位置，以及計算機輸出供油和點火修正信號。其七，在排氣管處設有氧化傳感器。該傳感器能夠明確尾氣中氧的實際數值。為管理該數值，可以利用控制系統，適當調整噴油量，進而管控三元催化裝置。其八，在發動機體設有爆震傳感器，該傳感器可以及時發現爆震燃燒類隱患。利用相應信號完成點火提前角的管理。其九，在轉速表中設有車速傳感器，以調整空燃比的方式，解決計算機發送機的怠速、加速問題。

5.2.2 電子控制自動變速器（ECT）中傳感器的運用

ECT要利用燃油電子噴射系統對轉速與發動機水溫等信號做出檢測，通過位于節氣門、驅動軸部位的各種傳感器，將節氣門開度和車速轉變為電信號，之后將該信號傳給電子控制系統，使用自動變速器計算機展開分析，同時輸出信號，傳給電磁閥，進而對油壓回路實行精準管控，成功調整檔位。

5.2.3 制動防抱死系統（ABS）中傳感器的運用

針對ABS，計算機控制系統可以利用差異化的車輪傳感器完成信號輸出，并探究不同車輪的速度浮動范圍，驅動液壓調節器中的電磁閥，進而有效掌控制動力，加強車輛行駛安全性，平穩性。

5.2.4 安全氣囊中傳感器的運用

安全氣囊關乎汽車駕駛者的生命安全，屬于極為關鍵的被動安全裝置。當汽車遭受一定程度撞擊時，計算機控制器能夠在第一時間產生電流信號，該信號可以瞬間激活氣囊中的氧化物，使其發生化學反應，產生的氮氣充滿氣囊空間，從而減輕駕駛員的受傷害程度。設在氣囊前方和中央的碰撞傳感器可以及時檢測碰撞信號，判斷其強度，作出精準反應。該類型傳感器按照結構差異，可分為偏心錘式和壓電式。

5.2.5 防撞系統中的應用

在汽車行駛過程中，會因為安全距離的不恰當而出現碰撞事故，威脅汽車安全性。為此，會在汽車上安裝專門的傳感器設備，對汽車車速及本車輛與前后車的距離展開實時監督和檢測，及時將收集到的數據資料傳輸到控制系統中，通過控制系統的分析，確定行駛安全性與否，給出相應的報警信號。當傳感器檢測到車輛存在行駛車速過快或距離較近等問題后，系統會自動實施報警處理，提醒駕駛員保持安全車距，避免意外情況的發生。如果駕駛員并未按照要求加以處理，相應控制系統會自動控制車速，增大車輛安全系數，避免危險事故的發生。

6? 汽車中傳感器的發展前景

汽車行業快速發展的過程中，也逐漸加大節能環保的重視力度，汽車電子控制技術可以有效管控汽車排量和燃油，實現環保節能目標。隨著該項技術水平的提升，對傳感器要求也有所提高，未來傳感器的發展將逐漸向著集成化、微型化、智能化、多功能、高精度、高可靠性等方向邁進，相應的傳感器材料及制作工藝也將得到進一步優化和提升。

6.1 更加智能? 在未來，科技更發達，汽車中的傳感器信息儲存功能更加完善，準確判斷標準邏輯，并聯合等效傳感器和微型機，使信息處理和電路的集成管控利用一塊芯片就能實現，自動診斷、多參數測量和誤差補償是智能化的具體體現。

6.2 更加微型? 微電子機械系統（MEMS）技術和計算機輔助設計技術，敏感元件處理，數據處理組件上安裝芯片作為一個統一的信號微米。該處理方式的優點是體積更加微型，造價小，且使用時間較長，準確性更強。某種角度來說，可以代替傳統傳感器，被更多領域加以利用。

6.3 功能更多樣? 許多敏感元件組裝于一體，統一的材料一起或單獨在一個芯片上的多功能傳感器，具有的功能更加多元。該類型傳感器適合差異物種參數的檢查工作，一個傳感器即能起到從前需要依靠多個傳感器共同作業的作用，簡化汽車內部構造，增強整個系統的安全性。

6.4 集成化? 該方向主要是利用微電子技術將敏感元件與處理器集成在一個芯片上，應用到傳感器中，做到統一管理和控制，縮減汽車內部傳感器安裝數量，保證汽車質量和安全。

6.5 高精度與高可靠性? 在廢氣排放管控日益嚴格的情況下，為降低有害氣體排放量，緩解現存的燃油危機問題，這會對汽車動力、底盤及車身技術提出更高的要求，要求汽車在保障大功率的同時，降低污染排放及能源消耗，實現科學管控，這就需要滿足高精度、高可靠性的要求，提高傳感器性能指標，保持汽車的良好運行效果。

6.6 新型材料的加入? 傳感器要想得到創新優化，就必須引入新材料。如納米原料、超導材料，這些材料的應用將推動汽車行業的發展，創造了更大的社會效益。

6.7 設計新型傳感器? 依據原有傳感器的原理，融合多種物理、化學的生物效應，打造擁有新工作原理的傳感器。該方面的進步，能夠促使傳感器進入新的發展領域，持續擴大敏感功能材料的應用范圍，加大其影響力，開拓低成本小型化的生產途徑，增加傳感器的功能項。

7? 結束語

新時代，汽車傳感器也應作出相應改變。傳感器是汽車內部最為重要的神經系統，決定著外部行為的多種信號輸入與輸出，從而保證汽車的功能性與安全性，維護駕駛人員的生命安全，優化駕駛體驗。在未來，傳感器應向著更加智能的方向前進，不斷引入新材料，打造新型傳感器，為汽車行業帶來推動力，創造理想的效益。

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