智能傳感器在汽車上的應用與發展

韓洋祺 鄭亞清 胡廣雪

摘要：在現代汽車制造和發展中傳感器的作用愈加顯著。各類型傳感器可借助車載計算機實現對汽車各項參數以及車輛周邊環境的檢測和反饋，確保駕駛安全和舒適。文章對車輛傳感器的類型進行劃分，分析不同傳感器在汽車上的應用特征和參數作用，并提出智能傳感器在汽車上的應用現狀與未來發展前景。

關鍵詞：智能傳感器;汽車;參數;應用與發展

一、傳感器的類型劃分

傳感器中常見的元件構成主要有敏感元件、轉換元件以及自動測量控制電路等，其中敏感元件負責靈敏的感知被測對象，同時做好信號的接收和傳輸;轉換元件主要是負責將敏感元件感受的非電量信息轉化為電量信息。傳感器在汽車中的應用較為廣泛，同時也是汽車中重要的控制構建，隨著汽車工業的不斷發展，傳感器在汽車中應用的范圍愈加廣泛，要求也越來越高。當前，傳感器類型較為多樣化，應用較為廣泛的傳感器劃分方法主要包括以被測量物理量的差異進行劃分、以傳感器本身的工作原理差異進行劃分、以信號變換方式進行劃分、以以傳感器不同的能量關系進行劃分以及以傳感器各異的輸出量進行劃分等幾種方式。

二、智能傳感器在汽車上的應用特征

傳感器在汽車上的應用基礎是電子技術，在此基礎上形成的對汽車運轉信號及信息資料進行收集、傳輸和轉化，從而實現汽車不同用途的控制效果。汽車傳感器主要是將捕捉到的汽車本身及外在環境的各項信號進行實時收集和轉化，并快速傳輸到傳感器控制模塊，進行分析和控制，促使汽車在各項復雜環境中均可以準確及時的了解汽車本身狀況以及外在環境，從而增加汽車的安全系數。

傳感器在汽車上的應用特征主要表現在以下幾個方面，首先是適應性特征。隨著汽車的普及，其逐漸成為人們外出重要的代步工具，在不同環境下使用的頻率激增，傳感器可以對汽車感知范圍內的環境信息進行搜集，進而傳輸到控制系統并作出調整，減少不同環境對汽車的危害性;其次是穩定性與可靠性。汽車駕駛過程中涉及道路交通安全，傳感器可以保障汽車在較長時間的行使過程中對可能影響安全的因素進行識別，保障汽車行駛安全;第三是精準性。隨著傳感器技術的不斷進步，傳感器識別的準確性也大幅提升，當前汽車傳感器普遍使用電子控制系統，可有效增加傳感器的識別準確度;第四是小型化。由于汽車內容部空間有限，這就要求汽車傳感器不能過大或者過重，必須對傳感器的體積和質量進行有效控制;第五是通用性。傳感器具有消耗特性，汽車傳感器只有具備通用性才能有效拓展安裝范圍;第六是標準性。汽車傳感器的制作標準必須滿足國家對其規定的相關要求。

三、汽車傳感器參數的作用

首先是靈敏度。傳感器的靈敏度可以準確展現汽車傳感器中輸出的額定電壓與被測電壓變化結果，例如，熱點式水溫傳感器可對發動機中的水溫進行準確測量，幫助駕駛員準確了解汽車冷卻液的情況;其次是分辨率。傳感器的分辨率可對信號變化進行及時掌握，例如與汽車中的曲軸傳感器，主要作用與發動機，0.1左右的分辨率可以減少汽車高負荷運轉，減少發動機故障的產生;第三是量程。傳感器的量程可在規定范圍內對傳感器探測到的數據集值加和，例如激光傳感器可準確測量汽車車身高度變化;第四是傳感器的響應時間確定。汽車傳感器在收集到信號后，可以記錄輸出值從最高到最小這一過程的總時長，例如，10RES 以內的汽車傳感器響應時間為汽車運行狀態的傳感范圍，信號持續輸入時間的增加范圍根據不同的汽車呈現不同的變化情況;第五是可靠度確定。汽車傳感器的可靠度確定主要表現為穩定響應與持續運行時間的比率情況，例如傳感器檢測的可靠數值為0.998，則說明在汽車行駛總里程內傳感器有99.8%的時間為正常運行狀態;第六是誤差選擇。所謂誤差選擇是指汽車傳感器測量值與實際值之間的誤差范圍，通常采用絕對值或者滿量程比來表示，例如汽車溫度傳感器的絕對誤差在系統范圍以內，系統會自行處理，確保傳感器數值的最大準確性;第七是重復性選擇。汽車傳感器在運行狀態中測量出的數值在經過多次測量后呈現較小差異，如汽車發動機的轉速，數值測量雖然存在一定誤差但是也在一定范圍以內則說明是符合要求的;第八是線性度選擇。傳感器的線性度主要是輸入與輸出中的曲線與理論擬合直線間的偏差，例如在合理偏差范圍以內的數值則具有良好的重復性;第九是過載選擇。汽車傳感器均有最大輸入量，超過輸入量化數值則過載，一般在范圍內的輸入量說明傳感器運行狀態良好，超出范圍則容易引發傳感器故障。

四、智能傳感器在汽車上的應用與發展

（一）汽車中常見的傳感器及其檢測內容

傳感器作為汽車中不可或缺的存在，汽車功能越多，傳感器的數量則越多，應用則越加廣泛。汽車中不同傳感器的應用和檢測范圍存在一定區別，對于汽車傳感器的檢測方式應根據不同汽車類型和傳感器工作內容作出針對性調整，文章對汽車中常見的傳感器及其檢測內容進行梳理。

首先是溫度傳感器。主要負責對汽車發動機、冷卻水、燃油等溫度和用量進行檢測，將檢測到的數值以電信號的形式進行分析，系統根據分析結果自主確定設備開啟及噴油嘴針閥的運行時間;其次是壓力流量傳感器。主要負責對汽車氣缸、大氣和發動機的氣壓參數進行測量，并將其應用到確認控制點火及燃料噴射的設計上;第三是旋轉流量傳感器。主要負責對發動機轉速、車速等數值進行檢測，系統根據具體情況合理分配燃油使用情況;第四是氧化傳感器。主要負責檢測汽車空燃比，實現對噴油脈沖的合理控制;第五是流量傳感器。主要負責對空氣量的進入以及燃料流速進行檢測;第六是爆震振動傳感器。主要負責對汽車發動機點火振動停止的原因進行檢測。

（二）傳感器在汽車上的應用

1.電子控制汽油噴射系統

汽油噴射系統在當前汽車中得到廣泛應用。汽油噴射系統內部傳感器眾多，例如空氣流量傳感器置于汽車進氣管處，對氣缸空氣量進行檢測，檢測結果反饋給系統，系統分析后確認最佳噴汽量;溫度傳感器置于汽車進氣管處，對進氣密度于溫度進行檢測，實現合理控制噴油和點火的功能;水溫度傳感器置于發動機冷卻水處，對發動機溫度進行實時檢測;大氣壓力傳感器可對系統提供大氣壓力參數，便于系統自主調整油量修正。除此之外，傳感器還安裝于節氣門，對汽車節氣門的情況進行檢測，根據系統分析優化燃油噴射。傳感器安裝于發動機與曲軸角度，可對發動機轉速等情況進行了解。傳感器安裝于排氣管處，可以對汽車尾氣中氧的實際數值進行檢測，通過調整調整噴油量實現管控三元催化裝置。

2.ECT系統

ECT系統即電子控制自動變速器，其可以通過燃油電子噴射系統對轉速與發動機水溫等信號做出檢測，并根據驅動軸部位等的各類型傳感器將電信號傳輸給電子控制系統，系統進行分析后輸出信號給電磁閥，實現對汽車油壓回路的有效控制，實現檔位的調節。

3.ABS系統

ABS系統即制動防抱死系統，該系統可利用計算機對位于車輪處的傳感器進行信號調整，對每個車輪的速度浮動范圍進行有效識別，從而驅動液壓調節器中的電磁閥實現汽車動力的調整，促使汽車在行駛過程中更加便于控制，有效增加汽車行駛的安全性。

4.安全氣囊

安全氣囊中的碰撞傳感器是開啟全氣囊的重要裝置。汽車行駛速度快，在駕駛過程中一旦出現碰撞事故，安全氣囊對車內人員起到重要的保護作用。當汽車出現嚴重撞擊，一旦達到碰撞傳感器的閾值，碰撞傳感器的電信號可瞬間激活安全氣囊中的氧化物，通過化學反應產生氮氣，減輕對駕駛員造成的傷害，通常依據不同的結構分為偏心錘式和壓電式。

（三）傳感器在汽車上的發展

隨著汽車制造行業的快速發展，汽車尾氣排放標準愈加嚴格，汽車電子控制技術可對汽車尾氣排放進行有效監測和控制，從而實現節能環保的作用。該技術對傳感器的要求進一步提升，例如集成化、微型化、智能化、多功能、高精度、高可靠性的汽車傳感器是未來發展的重點和主要方向。首先要求傳感器更加智能化。未來汽車發展過程中，特別是自動駕駛功能的實現必須依賴更加智能以及穩定的傳感器，實現傳感信息的自動傳輸和識別、診斷，系統自動做出合理反應;其次要求傳感器更加微型。由于汽車內容部空間有限，這就要求汽車傳感器不能過大或者過重，必須對傳感器的體積和質量進行有效控制;第三是集成化。未來汽車對傳感器的工作范圍會進一步增加，以為堆積傳感器數量顯然并未明智之舉，基于此可開發集成化的傳感器裝置，該裝置可實現多項傳感功能，從而替代掉數量繁多功能單一的傳感器;第四是高精度及高穩定性。傳感器在注重精度的同時也不影響忽視穩定性，特別是無人駕駛汽車，任何傳感器一旦精度不達標就無法準確判斷車輛自身和周圍環境，穩定性差可能會導致系統誤判，從而出現人身安全風險，所以高精度及高穩定性的傳感器是未來汽車發展中重要的發展方向。

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