传感器在现代汽车中的应用

二、传感器在汽车上的应用 1.开车舒适、方便是驾驶者最大的驾车乐趣
许多高级及豪华车款的配备及设备都趋于人性化，不但彰显其身份地位象 征，另一方面也提高驾驶者驾驶安全性、舒适性及方便性。比如说：搭配驾驶者 驾驶习性、身高与体重，运用位移传感器与微阀控制，可以将座椅、后视镜调整 到驾驶者最舒适的状态并加以记录，还能顾及到驾驶的最佳行车视野。另外，还 可运用影像、距离、超声波或者激光传感器，再经由显示、警示等设备告知路面 车行信息，以利驾驶者降低盲区及视野死角，保持最佳车距及便于路边停车控制 及倒车动作。在乘坐舒适性方面，也可以应用温度、湿度、风量及日照等传感器， 可以自动控制空调系统，在车内维持舒适恒温系统，及运用光度传感器可使车灯 亮度自动控制，还能运用雨滴及除雾传感器可以自动控制前、后挡风玻璃雨刷自 动运行。 2.自动检测、自我维护，时时确保安全气囊可靠性
安全气囊运用微加速或者微惯性传感器来监测及量测，它在关键时刻必须
要能实时、正确地瞬间打开，以维护乘客安全，但在极大多数时间内气囊是处在 待命状态，因此，安全气囊的 ECU 必须具有自动检测、自我维护能力，不断确 认气囊系统的可正常运行的可靠性，确保气囊在瞬间动作是能达到保护驾驶员的 效果。 3.车载计算机系统中的智能监测应用
汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键 部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。目前，一辆普通家用轿车上 大约安装几十到近百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只。汽 车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导 航系统中。
我国的汽车传感器由于起步较晚，还没有形成系列化、配套化。只 有零散的产品为化油器配套使用，如曲轴位置、车速传感器采用的是电磁式或霍
多功能化是指一个传感器能检测 2 个或者 2 个以上的特性参数或者化学参 数，从而减少汽车传感器数量，提高系统可靠性。
集成化是指利用 IC 制造技术和精细加工技术制作 IC 式传感器。智能化是指
传感器与大规模集成电路相结合，带有 CPU，具有智能作用，以减少 ECU 的复 杂程度，减少其体积，并降低成本。
中国汽车传感器随着汽车大力发展而呈现强劲的增长势头，国内汽车传感 器迅速增长起来。但中国汽车传感器大多被世界跨国公司瓜分，加快汽车电子国 产化是汽车电子行业的首要任务。为了帮助中国汽车传感器行业早日实现多功能 化、集成化和智能化，盖世汽车网将于 2010 年 10 月举办“2010 国际汽车电子 应用技术研讨会”，邀请来自国内外的行业专家分享汽车传感器的最新应用技 术，预测汽车电子的技术发展动向。随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应 用的日益广泛，通过新的结构设计和新的原理，微型化、多功能化、集成化和智 能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。
一般来说，车用电子系统是由各个电子控制单元所组成，不但具有自我操控 能力，同事又有协调整合功能使车上各个子系统答道最佳工作效率。以燃料系统 为例，为使发动机处于最佳工作状态，从运用流量传感器量测吸入汽缸的空气流 量、压力传感器量测进气压力开始。再根据水温、空气温度等工作环境参数（运 用温度传感器）计算出基本喷油量，同时再通过节气门位置传感器检测节气门的 开度，确定发动机的工作状态，进而控制，调整最佳喷油量，最后还需要通过曲 轴的角速度传感器监测曲轴转角和发动机转速，另运用爆震感测监测发动机的振 动和燃料噪音等讯号，最终计算出并发出最佳点火时机的指令。这个发动机燃油 喷射系统和点火综合控制系统还可以结婚气体溶度传感器来检测系统废气排放， 并于起动系统等组合，构成可以使汽车发动机马力和扭力最佳化，而同时燃油消 耗和废弃排放最低化的智能型系统。
中国市场是车用传感器发展的沃土，最新调查数据显示，2006 年中国汽车 传感器的市场销售额达到 3.9 亿美元，同比增长率为 42.8%，2007 年-2010 年期 间中国汽车传感器市场销售额的年度复合增长率将超过 35%。预计 2007 年市场 销售额将达到 5.4 亿美元，其同比增长率为 36.3%;预计 2009 年市场销售额将接 近 10.5 亿美元，其同比增长率为 40.5%;预计 2010 年市场销售额将超过 13.2 亿 美元，其同比增长率为 35.2%。
世界各国对汽车传感器的理论研究、新材料应用和新产品开发都相当重视， 技术进步非常迅速。一些发达国家不断研发新型传感器并且提高其精度，使汽车 性能大大提高。2010 年前后，国外敏感元件与传感器发展的总趋势是小型化、 集成化、阵列化、智能化、系统化和网络化。传感器领域的主要技术将在现有基 础上予以延伸和提高，各国竞争将加速新一代传感器的开发和产业化。 3 国内发展现状
尔式，存在着准确度、分解能力、信号精度、匹配性、抗干扰性、低速检测、耐 环境能力差等问题，而国外同类产品采用的是光电式，不存在上述问题。
总体上讲，国内汽车传感器行业现阶段存在品种少、不配套、性能较落后、 抗干扰性差等问题。许多传感器厂为了增强产品的竞争力，采用与国外同行业进 行合资经营的方式，消化吸收国外先进的传感器技术，使产品升级换代，从而逐 步发展壮大。但绝大多数企业还只是配套生产其它车用传感器，处于利润少、产 品单一、产品质量和技术水平低下的状况。
境和自动调整、监测及回馈故障码的能力。 6.刹车系统
车辆刹车系统式汽车平稳、安全驾驶的保证。针对刹车系统，在汽车四个轮 子的操控上，除了运用大量位置、位移和压力传感器并普遍安装了防爆冲死锁刹 车系统外，包括国产车在内，大都已增设电子刹车自动分配系统，可以大幅度提 升阴雨气候、雪等天气路况不佳驾驶的稳定性。目前，高档车款进一步加装了紧 急刹车辅助系统，该系统在发生紧急情况时，自动检测驾驶者踩刹车时的速度和 力度，并判断紧急刹车的力度是否足够，一旦需要就会自动增加刹车力度及强化 性能。 三、车用传感器的未来发展趋势
汽车仍是世界工业的支柱，受到世界人们的喜爱。汽车电子市场随着汽车大 力发展而呈现出强劲的增长势头车用传感器随着汽车电子市场的大力发展也在 突飞猛进。随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，汽车传感 器市场需求将保持高速增长，网络化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐 步取代传统的传感器，成为车用传感器的主流。
为 506 亿美元，预计 2010 年全球传感器市场可达 600 亿美元以上。东欧、亚太 区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本仍是传感器市 场分布最大的地区。就世界范围，传感器市场增长最快的依然是汽车市场。现可 制作检测力学量、磁学量、热学量等各种微型传感器。敏感器件的种类越来越多， 捕捉信息的范围也越来越宽。精度小断提高，寿命也逐渐增加;非接触传感器也 有较快发展，如汽车速度传感器已被非接触式的雷达和光电传感器所林代;还有 美国生产的曲轴扭矩非接触式传感器也已定型生产。对汽车已山控制发动机扩大 到控制全车，实现了自动变速换挡，防滑制动。
网络化是指在高级轿车上通常装有几十个微控制器和上百个传感器，以较低 的成本把这些传感器有效地联为一体，为各控制单元提供更全面、准确的各类数 据。传感器的网络化不仅可以提高汽车的性能，还可以带来其它的益处，如降低 燃油消耗。如果将发动机、变速器和空调中的床安全互联起来，档发动机和变速 器的传感器检测到汽车在急加速时，控制单元就可以暂时关闭空调，从而可以使 汽车制造商在不牺牲汽车加速性能的情况下使用更小的发动机，以达到降低燃油 消耗的目的。为适应汽车网络控制的需要，更好地都在各控制系统之间完成交流 信息、协调控制、共享资源及标准化与通用化，世界各国都在积极努力进行汽车 局域网的研究与开发。
表1 汽车传感器发展的重要历程
50年代
60年代
70年代
80年代
90年代Βιβλιοθήκη 2000年用于空气分 电机式压力 硅基压力传 集成压力传 各种微加工 用于翻滚的
析的氧传感 传感器
感器
感器
的加速度 角速度传感
器
（安全气 器
囊）、偏航
速度（ESP）、
空气质量传
感器
2 国际发展现状 车用传感器和传感器技术正迅速发展、日趋成熟。08 年全球传感器市场容量
5.自动监测、调整及回馈信息的车用感测产品 车上各式各样功能组件都有其操控性、运动特性，对车用电子产品而言，
绝大时期都处于复杂的行车环境中，而且各不相同。诸如工作状态时的高温， 静止待命时的低温，高浓度的油蒸汽和活性（毒性）气体，及高速运动和高 强度的冲击和振动等。因此，车上的电子组件及电缆必须兼具稳定性，抗环
现在几乎所有车体上的额机械结构及组件都已经收到电子设备掌控，但是因 为车内可应用空间过于狭隘，构件系统空间更是受到限制。因此，在一般的理想 状况下，电子控制单元应该会与受到控制组件紧密组合，而逐渐形成一个整体。 因此，电路及组件的智能化、集成化是必然趋势，从工程的角度来看，将传感器 组件网络化有其优点。现代汽车上微电子技术发展的车用传感器发展趋势应该朝 智能化、集成化、多功能化、网络化技术方向发展。
新的车载计算机系统能够对汽车实施监测，就像是飞机上记录器一样。在实 际安装后，系统内配备的加速感应器和回转感应器，可以监测汽车的速度、安全 带的使用状况及由于汽车急转弯、紧急刹车、行驶不稳定、异常减速和不安全倒 车等原因造成的超重力行驶，只要汽车在不安全状态下行驶，例如：出现超速驾 驶、超重力行驶、没扣安全带等状态，记录器便会向驾驶者发出警示，如果驾驶 者对警示置之不理，则警报便会一直重复下去，直到进入安全行驶状态，可以为 驾驶者提供指导和预警等功能。 4.促进燃料系统答道省油、低污染及高效能
传感器在现代汽车中的应用 随着电子技术的发展，汽车电子化程度不断的提高，传统的机械系统已经难 以解决某些与汽车功能要求有关的问题，因而将逐步被电子控制系统代替。汽车 传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是 汽车电子技术领域研究的核心内容之一。目前，一辆普通家用轿车上大约有安装 几十到近百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量可多达两百余只。预计 2012 年全球汽车传感器市场将从 2007 年的 80 亿美元上升到 135 亿美元，复合年增长 率达到 10.8％。 汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系 统和导航系统。它的应用大大提高了汽车电子化程度，增加了汽车驾驶的安全系 数。 一、 汽车传感器的发展情况 1.汽车传感器的发展历程 传感器在汽车上的应用与电子产品在汽车上的应用基本是同步的， 最先在 汽车上得到应用的电子系统是发动机管理系统"，在20世纪60年代电子点火装置 被广泛采用"随后就是电子喷射。这一过程把温度、流量、氧传感器等引入了汽 车。 到20 世纪80年代安全气囊、ABS 的广泛应用则推动了轮速、加速度等传 感器在汽车上的应用。1995 年，随着ESP(电子稳定程序)的批量生产,角速度传 感器的应用也有了长足的发展。表1列举了汽车传感器发展的几个重要里程碑。