傳感器在汽車控制中的應用VIP

1、摘 要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車正朝著高檔智能化、電子信息化的方向發(fā)展。汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的關鍵部件，是現(xiàn)代汽車發(fā)展的主導與核心。本文主要研究了傳感器在汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)、汽車底盤電子控制系統(tǒng)、汽車防盜系統(tǒng)以及傳感器在汽車安全氣囊中的應用，從而了解了傳感器在現(xiàn)代汽車工業(yè)中的重要性，傳感器已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車不可或缺的一部分。人們通過傳感器了解汽車的一切工作狀況，例如車速、油量、發(fā)動機工作狀態(tài)等，然后人們通過傳感器表達和反饋的信息作出相應的處理。如壓力傳感器指示汽車輪胎壓力過高就必須對輪胎進行適當?shù)姆艢?，以維持其正常胎壓，否則在炎熱的夏天極易發(fā)生爆胎的危險。可以說傳感器就是人們的雙眼，

2、它將汽車的各種信息準確地反應給人們，讓人們及時了解汽車的工作狀況及各種信息，以保證行車安全。汽車傳感器在汽車上主要用于發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和導航系統(tǒng)中。發(fā)動機控制系統(tǒng)用傳感器是整個汽車傳感器的核心，由于環(huán)保、油耗法規(guī)的要求不斷嚴格，使發(fā)動機越來越復雜，發(fā)動機電子控制系統(tǒng)性能就會相應提高，這就要求不斷提高傳感器的用量和精度。汽車發(fā)動機控制用傳感器是在發(fā)動機產(chǎn)生的熱、震動、汽油蒸氣以及輪胎產(chǎn)生的污泥和飛濺的水花等惡劣環(huán)境下工作的。因此，汽車發(fā)動機用傳感器與一般傳感器相比，其耐惡劣環(huán)境的技術(shù)指標要高一個數(shù)量級。良好的底盤電子控制系統(tǒng)能改善車輪和地面之間的附著狀況，進而改善汽車的

3、安全性、動力性和舒適性。在動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，傳感器的控制對象是車輪轉(zhuǎn)向角，通過對車輪轉(zhuǎn)向角的電子控制，達到控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的目的。懸架控制系統(tǒng)中的傳感器的工作是對汽車懸掛元件特性進行干預和調(diào)節(jié)，從而達到實現(xiàn)汽車動力控制的目的。碰撞傳感器是安全氣囊系統(tǒng)中主要的控制信號輸入裝置。其作用是在汽車發(fā)生碰撞時，由碰撞傳感器檢測汽車碰撞的強度信號，并將信號輸入安全氣囊電腦，安全氣囊電腦根據(jù)碰撞傳感器的信號來判定是否引爆充氣元件使氣囊充氣。如今，傳感器技術(shù)開發(fā)的重點主要在于低成本和高可靠性上，通過測量各種汽車參數(shù)，來確保車輛上的電子系統(tǒng)有效工作，從而提高汽車的動力性、環(huán)保性、燃油經(jīng)濟性，與此同時也提高駕乘舒適

4、性和安全性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和汽車電子控制系統(tǒng)應用的日益廣泛，汽車傳感器市場需求將保持高速增長，微型化、多功能化、集成化和智能化的傳感器將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器，成為汽車傳感器的主流。關鍵詞：汽車；傳感器；控制；發(fā)展目 錄引 言傳感器是檢測和自動控制應用中的首要環(huán)節(jié)，檢測技術(shù)通常把測試對象分為兩大類：電參量的測量與非電參量的測量。電參量有電壓、電流、電阻、功率、頻率等，這些參量可以表征設備或系統(tǒng)的性能，非電參量有物理量（如位移、速度、加速度、力、扭矩、應變、振動等）、化學量（如濃度、成分、氣體、PH值、溫度等）、生物量（酶、組織、菌類）等。過去，非電參量的測量多采用非電測量的方法，如用尺子測量

5、長度，用溫度計測量溫度等，而現(xiàn)在的非電測量多采用電測量的方法，其中的關鍵技術(shù)是如何利用傳感器將非電參量轉(zhuǎn)換為電參量。當今，傳感器已廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、軍事科研、航空航天、現(xiàn)代辦公設備、智能建筑和家用電器等領域，是構(gòu)建現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要組成部分。在我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂弥鞣N各樣的傳感器，例如電冰箱、電飯煲中的溫度傳感器；空調(diào)中的溫度和濕度傳感器；煤氣灶中的煤氣泄漏傳感器；電視機和影碟機中的紅外遙控器；照相機中的光傳感器；汽車中的燃料計和速度計等。傳感器已經(jīng)給我們的生活帶來了很多便利和幫助。目前傳感器涉及的領域包括：現(xiàn)代流程工業(yè)、宇宙開發(fā)、海洋探測、軍事國防、環(huán)境保護、資源

6、調(diào)查、醫(yī)學診斷、智能建筑、汽車、家用電器、生物工程、商檢質(zhì)檢、公共安全、甚至文物保護等。在基礎學科研究中，傳感器有更突出的地位，傳感器的發(fā)展往往是一些邊緣學科開發(fā)的先驅(qū)。如宏觀上的茫茫宇宙、微觀上的粒子世界、長時間的天體演化、短時間的瞬間反應，超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、弱磁場等極限技術(shù)研究?，F(xiàn)代流程工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中質(zhì)量監(jiān)控或自動檢測，需要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程的各個參數(shù)，傳感器是自動控制系統(tǒng)的關鍵性基礎器件，直接影響到自動化技術(shù)的質(zhì)量和水平。在航空航天領域里，宇宙飛船飛行的速度、加速度、位置、姿態(tài)、溫度、壓力、磁場、振動等參數(shù)的測量都必須由傳感器完成，

7、例如，“阿波羅10號”飛船需要對3295個參數(shù)進行檢測，其中應用了溫度傳感器559個，壓力傳感器140個，信號傳感器501個，遙控傳感器142個。整個宇宙飛船就是高性能傳感器的集合體。在機器人的研究中最重要的內(nèi)容是傳感器的應用研究，其中機器人外部傳感器系統(tǒng)包括平面視覺傳感器和立體視覺傳感器；非視覺傳感器有觸覺、滑覺、熱覺、力覺、接近接近傳感器等?？梢哉f，機器人的研究水平在某種程度上代表了一個國家的傳感器技術(shù)和智能化技術(shù)的水平。在智能建筑系統(tǒng)中，計算機通過中繼器、路由器、網(wǎng)絡、網(wǎng)關、顯示器，控制管理各種機電設備的空調(diào)制冷、給水排水、變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯等，而實現(xiàn)這些功能需使用的主要傳感器包

8、括：溫度傳感器、濕度傳感器、液位傳感器、流量傳感器、壓差傳感器、空氣壓力傳感器等；安全防護、防盜、防火、防燃氣泄漏可CCD（電子眼）監(jiān)視器、煙霧傳感器、氣體傳感器、紅外傳感器、玻璃破碎傳感器；自動識別系統(tǒng)中的門禁管理主要受用感應式IC卡識別、指紋識別等方式，這種門禁系統(tǒng)打破了人們幾百年來用鑰匙開鎖的傳統(tǒng)。傳感器在醫(yī)療診斷、計量測試、家用電器、環(huán)境監(jiān)測等方面的應用也很多。21世紀是信息技術(shù)的時代，構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱是傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與計算機技術(shù)，在信息系統(tǒng)中它們分別完成信息的采集、信息的傳輸與信息的處理，其作用可以形象地比喻為人的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。人們在利用信息的過程中，

9、首先要獲取信息，而傳感器是獲取信息的重要途徑和手段。世界各國都十分重視這一領域的發(fā)展，科學家們正在努力實現(xiàn)很多從前無法實現(xiàn)的夢想。1 傳感器概述構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱主要包括傳感器技術(shù)、通信技術(shù)與計算機技術(shù)，它們在信息系統(tǒng)中分別完成信息的采集、信息的傳輸與信息的處理。人們在利用信息的過程中，首先要獲取信息，而傳感器則是獲取信息的重要手段和途徑。將這些信息經(jīng)過分析處理，可以描述出自然界的面貌，所以傳感器是認識、掌握、利用客觀世界的重要工具。傳感器是獲取被研究信息的一種器件或裝置，借助這一器件或裝置我們可以定量地認識自然現(xiàn)象。1.1 傳感器的定義最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學量轉(zhuǎn)變

10、成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會(IEC: International Electrotechnical Committee)的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件，而傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關口。進入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲,為了方便隨后的處理過程，首先要將信號整形成具有最佳特性的波形，有時還需要將信號線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路

11、的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并輸入到微處理器。德國和俄羅斯學者認為傳感器應是由兩部分組成的，即直接感知被測量信號的敏感元件部分和初始處理信號的電路部分。按這種理解，傳感器還包含了信號成形器的電路部分。傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類傳感器：有源的和無源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵源；無源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能量。傳感器承擔將某個對象或過程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是

12、靜態(tài)的，也可以是動態(tài)(即過程)的。對象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過多種方式檢測。對象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器將對象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測定的電學量，然后將此電信號分離出來，送入傳感器系統(tǒng)加以評測或標示。各種物理效應和工作機理被用于制作不同功能的傳感器。傳感器可以直接接觸被測量對象，也可以不接觸。用于傳感器的工作機制和效應類型不斷增加，其包含的處理過程日益完善。常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：光敏傳感器視覺 聲敏傳感器聽覺氣敏傳感器嗅覺 化學傳感器味覺壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺與當代的傳感器相比，人類的感覺能力好得多，但也有一些傳感器比人的感覺功

13、能優(yōu)越，例如人類沒有能力感知紫外或紅外線輻射，感覺不到電磁場、無色無味的氣體等。針對傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)在不同場合均需要的基本要求是：高靈敏度，抗干擾的穩(wěn)定性(對噪聲不敏感)，線性容易調(diào)節(jié)(校準簡易)，高精度，高可靠性，無遲滯性，工作壽命長(耐用性)，可重復性，抗老化，高響應速率，抗環(huán)境影響(熱、振動、酸、堿、空氣、水、塵埃)的能力，選擇性，安全性(傳感器應是無污染的)，互換性，低成本，寬測量范圍，小尺寸，重量輕和高強度寬工作溫度范圍。1.2 傳感器的分類按不同觀點對傳感器進行分類：它們的工作原理(傳感器工作的基本物理或化學效應)；它們的用途；它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。根

14、據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學傳感器兩大類。物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應、磁致伸縮現(xiàn)象、離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號?；瘜W傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現(xiàn)象為因果關系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎運作的?；瘜W傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題、規(guī)模生產(chǎn)的可能性、價格問題等，解決了這類難題，化學傳感器的應用將會有巨大增長。根據(jù)其用途，傳感器可分為：壓力敏和力敏傳感器，位置傳感器，液面?zhèn)鞲衅?，能耗傳感器，速度傳感器，熱敏傳感器?/p>

15、加速度傳感器，射線輻射傳感器，振動傳感器，光敏傳感器，磁敏傳感器，氣敏傳感器等。根據(jù)其輸出信號為標準可將傳感器分為：模擬傳感器將被測量的非電學量轉(zhuǎn)換成模擬電信號。數(shù)字傳感器將被測量的非電學量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。膺數(shù)字傳感器將被測量的信號量轉(zhuǎn)換成頻率信號或短周期信號的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)。開關傳感器當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。在外界因素的作用下，所有材料都會作出相應的、具有特征性的反應。它們中的那些對外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用來制作傳感器的敏感元件。根據(jù)應用的材料觀點出發(fā)可將傳感器分成

16、下列幾類：按材料的類別分：金屬，聚合物，陶瓷，混合物。按材料的物理性質(zhì)分：導體，絕緣體，半導體，磁性材料。按材料的晶體結(jié)構(gòu)分：單晶，多晶，非晶材料。1.3 傳感器的特性在生產(chǎn)過程和科學實驗中, 要對各種各樣的參數(shù)進行檢測和控制, 就要求傳感器能感受被測非電量的變化并將其不失真地變換成相應的電量, 這取決于傳感器的基本特性, 即輸出輸入特性。如果把傳感器看作二端口網(wǎng)絡, 即有兩個輸入端和兩個輸出端, 那么傳感器的輸出-輸入特性是與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)有關的外部特性。傳感器的基本特性可用靜態(tài)特性和動態(tài)特性來描述。1.3.1 傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出輸入關系。只

17、考慮傳感器的靜態(tài)特性時, 輸入量與輸出量之間的關系式中不含有時間變量。衡量靜態(tài)特性的重要指標是線性度、靈敏度、遲滯和重復性等。 （1）線性度 傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數(shù)量關系的線性程度。 輸出與輸入關系可分為線性特性和非線性特性。 從傳感器的性能看, 希望具有線性關系, 即具有理想的輸出輸入關系。但實際遇到的傳感器大多為非線性,如果不考慮遲滯和蠕變等因素, 傳感器的輸出與輸入關系可用一個多項式表示： y=a0+a1x+a2x2+anxn 其中：a0為輸入量x為零時的輸出量; a1, a2, , an為非線性項系數(shù)。各項系數(shù)不同, 決定了特性曲線的具體形式各不相同。 靜特性曲線可

18、通過實際測試獲得。在實際使用中, 為了標定和數(shù)據(jù)處理的方便, 希望得到線性關系, 因此引入各種非線性補償環(huán)節(jié)。如采用非線性補償電路或計算機軟件進行線性化處理, 從而使傳感器的輸出與輸入關系為線性或接近線性。 但如果傳感器非線性的方次不高,輸入量變化范圍較小時, 可用一條直線（切線或割線）近似地代表實際曲線的一段, 如圖1.1 所示, 使傳感器輸出輸入特性線性化。所采用的直線稱為擬合直線。 實際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差（或線性度）, 通常用相對誤差L表示, 即 其中: Lmax最大非線性絕對誤差; YFS滿量程輸出。 從圖 1.1 中可見, 即使是同類傳感器, 擬合直線

19、不同, 其線性度也是不同的。 選取擬合直線的方法很多, 用最小二乘法求取的擬合直線的擬合精度最高。 圖 1.1 幾種直線擬合方法(a) 理論擬合；(b) 過零旋轉(zhuǎn)擬合；(c) 端點連線擬合；(d) 端點平移擬合對于線性傳感器, 它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率, 即S=y/x為常數(shù), 而非線性傳感器的靈敏度為一變量, 用S=dy/dx表示。（2）靈敏度 靈敏度S是指傳感器的輸出量增量y 與引起輸出量增量y的輸入量增量x的比值, 即K=y/x由此可見，線性傳感器其特性的斜率處處相同，靈敏度K是一常數(shù)。以擬合直線作為其特性的傳感器，也認為其靈敏度為一常數(shù)，與輸入量的大小無關。（3）遲滯 傳感器在正

20、（輸入量增大）、反（輸入量減?。┬谐讨休敵?輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲滯。 也就是說, 對于同一大小的輸入信號, 傳感器的正反行程輸出信號大小不相等。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是由于傳感器敏感元件材料的物理性質(zhì)和機械零部件的缺陷所造成的, 例如彈性敏感元件的彈性滯后、運動部件摩擦、傳動機構(gòu)的間隙、緊固件松動等。 遲滯大小通常由實驗確定。遲滯誤差H可由下式計算: 其中: Hmax正反行程輸出值間的最大差值。（4）重復性 重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得特性曲線不一致的程度。 重復性誤差屬于隨機誤差, 常用標準偏差表示, 也可用正反行程中的最大偏差表示, 即 1.3.2

21、 傳感器的動態(tài)特性 傳感器的動態(tài)特性是指其輸出對隨時間變化的輸入量的響應特性。當被測量隨時間變化，是時間的函數(shù)時，則傳感器的輸出量也是時間的函數(shù)，其間的關系要用動特性來表示。一個動態(tài)特性好的傳感器，其輸出將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律， 即具有相同的時間函數(shù)。實際上除了具有理想的比例特性外，輸出信號將不會與輸入信號具有相同的時間函數(shù)，這種輸出與輸入間的差異就是所謂的動態(tài)誤差。 （1）瞬態(tài)響應特性 傳感器的瞬態(tài)響應是時間響應。在研究傳感器的動態(tài)特性時, 有時需要從時域中對傳感器的響應和過渡過程進行分析。這種分析方法是時域分析法, 傳感器對所加激勵信號響應稱瞬態(tài)響應。常用激勵信號有階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、脈沖

22、函數(shù)等。（2）頻率響應特性傳感器對正弦輸入信號的響應特性, 稱為頻率響應特性。頻率響應法是從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳感器的動態(tài)特性。1.4 傳感器的發(fā)展趨勢1.4.1 高精度為了提高測控精度，必須使傳感器的精度盡可能高，例如對于火箭發(fā)動機燃燒室的壓力測量，希望測試精度有優(yōu)于0.1%，對超精加工“在線”檢測精度高于0.1m，因此需要研制出高精度的傳感器，以滿足測量的需要。目前我國已研制出精度優(yōu)于0.05%的傳感器。1.4.2 小型化 很多測控場合要求傳感器具有盡可能小的尺寸。例如生物醫(yī)學工程中顱壓的測量，風洞中壓力場分布的測量等。壓阻傳感器的出現(xiàn)，使壓力傳感器在小型化方面取得重大進展。目前我國

23、已有外徑為2.8mm的壓阻式壓力傳感器。1.4.3 集成化 集成化傳感器有兩種類型：一種是將傳感器與放大器、溫度補償電路等集成在同一芯片上，既減小體積，又增加抗干擾能力；另一種是將同一類的傳感器集成在同一芯片上，構(gòu)成二維陣列式傳感器，或稱盾型固態(tài)圖像傳感器，它可以測量物體的表面狀況。1.4.4 數(shù)字化 為了實現(xiàn)傳感器與計算機直接聯(lián)機，致力于數(shù)字式傳感器研究是很重要的。1.4.5 智能化 智能傳感器是傳感器與微型計算機結(jié)合的產(chǎn)物，它兼有檢測與信息處理功能，與傳統(tǒng)傳感器相比它有很多特點，它的出現(xiàn)是傳感器技術(shù)發(fā)展中的一次飛躍。2 傳感器在汽車行業(yè)中的具體應用2.1 汽車傳感器的分類汽車傳感器在汽車上

24、主要用于發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和導航系統(tǒng)中。2.1.1 汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)用傳感器發(fā)動機控制系統(tǒng)用傳感器是整個汽車傳感器的核心，種類很多，包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。2.1.2 汽車底盤控制系統(tǒng)用傳感器底盤控制用傳感器是指用于變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動防抱死系統(tǒng)等底盤控制系統(tǒng)中的傳感器。2.1.3 汽車車身控制系統(tǒng)用傳感器車身控制用傳感器主要用于提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等。主要有用于自動空調(diào)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、風量傳感器、日照傳感器等；用于安全氣囊系統(tǒng)中的加速度傳感器；用于門

25、鎖控制中的車速傳感器；用于亮度自動控制中的光傳感器；用于倒車控制中的超聲波傳感器或激光傳感器；用于保持車距的距離傳感器；用于消除駕駛員盲區(qū)的圖象傳感器等。2.1.4 汽車導航系統(tǒng)用傳感器隨著基于GPS/GIS（全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)）的導航系統(tǒng)在汽車上的應用，導航用傳感器這幾年得到迅速發(fā)展。導航系統(tǒng)用傳感器主要有：確定汽車行駛方向的羅盤傳感器、陀螺儀和車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。2.2 傳感器在汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)中的應用汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領域研究的核心內(nèi)容之一。由于環(huán)保、油耗法規(guī)的要求不斷嚴格，使發(fā)動機越來越復雜，發(fā)動

26、機電子控制系統(tǒng)性能就會相應提高，這就要求不斷提高傳感器的用量和精度，在汽車發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中，傳感器處于十分重要的地位。汽車發(fā)動機控制用傳感器是在發(fā)動機產(chǎn)生的熱、震動、汽油蒸氣以及輪胎產(chǎn)生的污泥和飛濺的水花等惡劣環(huán)境下工作的。因此，汽車發(fā)動機用傳感器與一般傳感器相比，其耐惡劣環(huán)境的技術(shù)指標要高一個數(shù)量級。2.2.1 氧傳感器功能：測定發(fā)動機排氣中氧氣含量，確定汽油與空氣是否完全燃燒。電子控制器根據(jù)這一信息實現(xiàn)以過量空氣系數(shù)=1為目標的閉環(huán)控制，以確保三元催化轉(zhuǎn)化器對排氣中HC、CO和NOX三種污染物都有最大的轉(zhuǎn)化效率。原理：氧傳感器傳感元件是一種陶瓷管，外側(cè)通排氣，內(nèi)側(cè)通大氣。陶瓷管是一種固

27、態(tài)電解質(zhì)，加熱后依靠陶瓷管外壁的催化劑使排氣中的各種成份發(fā)生化學反應，氧離子可通過陶瓷管擴散，造成管壁內(nèi)、外側(cè)之間的電勢差，即信號電壓，該電壓與排氣中含氧量成正比。特點：抗鉛；較少依賴于排氣溫度；起動后迅速進入閉環(huán)控制。冷車運轉(zhuǎn)時的發(fā)動機所排放的CO和HC是最多的，這就要求氧傳感器盡快起動進入閉環(huán)控制狀態(tài)。NGK火花塞有限公司研制出一種新型氧傳感器，它能在15s內(nèi)達到閉環(huán)控制。通過縮小加熱區(qū)和降低阻抗，改進了傳感器的加熱裝置。由于采用新材料和新的溫控系統(tǒng)，使加熱器的壽命與現(xiàn)有類型相近，改善了低溫特性。 2.2.2 壓力傳感器功能：測量進氣歧管絕對壓力，提供發(fā)動機負荷信息。原理：傳感元件由一片硅

28、芯片組成。在硅芯片中蝕刻出壓力膜片，定值和整流電路也集成在硅片上?？諝鈮毫Φ母淖兪鼓て芰ψ冃?，壓阻效應使電阻改變，通過芯片處理后，形成與壓力成線性關系的電壓信號。該傳感器直接安裝在進氣歧管上，DS-S/TF型還把壓力和空氣溫度傳感器組合在一起。特點：重量輕；結(jié)構(gòu)緊湊；采用先進的電子傳感技術(shù)；占用進氣管極小空間。Denso公司開發(fā)了一種浸入式高壓傳感器，這種傳感器可用來檢測機油、液壓系統(tǒng)、汽油以及空調(diào)制冷劑的壓力，如制動器的液壓控制系統(tǒng)、怠速下的空調(diào)機壓縮器和動力轉(zhuǎn)向泵、燃油控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)以及自動變速器中的液壓換擋系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的壓力變化在220MPa，而傳感器可耐壓38MPa。這種傳

29、感器使用一種樹脂膠而不是通常使用的金屬和玻璃來封裝，以形成足夠大的油分子通道，實現(xiàn)了外型和元件間封尺寸的優(yōu)化設計。包括壓力感應元件和放大電路在內(nèi)的所有元件都集中在一塊芯片上。2.2.3 溫度傳感器功能：測定發(fā)動機冷卻液或進氣溫度。原理：傳感器內(nèi)的NTC熱敏電阻，其電阻值隨著溫度上升而減小。冷卻液或進氣溫度的變化引起電阻值的變化，然后通過一個分壓電路轉(zhuǎn)換為電壓信號送往電子控制器。2.2.4 相位傳感器功能：區(qū)分1缸的壓縮上止點和排氣上止點。原理：相位傳感器由一個霍爾傳感器和一個半圓形的鐵磁體組成，鐵磁體裝在凸輪軸端部。凸輪軸的半轉(zhuǎn)有信號，另半轉(zhuǎn)沒有信號。相應地，一個工作循環(huán)中，曲軸的一轉(zhuǎn)有信號，

30、另一轉(zhuǎn)沒有信號，這就區(qū)分了兩個不同的上止點。特點：信號質(zhì)量高，輸出電壓不受轉(zhuǎn)速影響。直接輸出階躍方波信號，閉合角小，控制精確。結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕。2.2.5 爆震傳感器功能：檢測發(fā)動機缸體振動情況，以供電子控制器識別發(fā)動機爆震情況。原理：爆震傳感器是一種振動加速度傳感器。它裝在發(fā)動機氣缸體上，可裝一只或多只。傳感器的敏感元件為一壓電晶體，發(fā)動機爆震時，發(fā)動機振動通過傳感器內(nèi)的質(zhì)塊傳遞到晶體上。壓電晶體由于受質(zhì)塊振動產(chǎn)生的壓力，在兩個極面上產(chǎn)生電壓，把振動轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出。特點：結(jié)構(gòu)牢固、緊湊；測量敏感度高。2.2.6 機油粘度傳感器功能：通過測量液體所傳遞的切變波形來確定粘度。原理：壓

31、電振動式粘度傳感器的工作原理與振動式粘度計相近振子(球型、片狀或棒式)在受到粘滯阻尼時其振頻會發(fā)生衰變。因此，依靠不同形狀的振子，就可以測出粘度和密度的一些參數(shù)。有一種振動式粘度計的振子是石英棒，它能被激發(fā)扭振，通過測量與液體粘度相對應的振幅和諧振頻寬，就可以確定粘度（準確地說是粘度和密度的綜合值）。2.2.7 節(jié)氣門位置傳感器功能：提供發(fā)動機負荷信息、工況信息。原理：此傳感器實際上是具線性輸出特性的轉(zhuǎn)角電位計。電位計轉(zhuǎn)臂與節(jié)氣門同軸安裝，當節(jié)氣門轉(zhuǎn)動時，帶動電位計轉(zhuǎn)臂滑到一定的電阻位置，電位計輸出與節(jié)氣門位置成比例的電壓信號。2.2.8 空氣質(zhì)量流量計功能：測量空氣質(zhì)量流量，提供發(fā)動機負荷信

32、息。原理：傳感器內(nèi)有加熱的傳感元件，此傳感元件同時構(gòu)成電橋的一個臂。流過傳感器的空氣從傳感元件表面帶走熱量，同時改變傳感元件電阻，電橋電路與混膜電路配合，對信號進行處理，以提供控制器反映空氣質(zhì)量流量的電壓信號。傳感元件的獨特設計使空氣流量的測量不受進氣回流的影響。特點：重量輕，成本低，響應迅速，測量精度高，測量結(jié)果不受空氣密度的影響。2.3 傳感器在汽車底盤電子控制系統(tǒng)中的應用良好的底盤電子控制系統(tǒng)能改善車輪和地面之間的附著狀況，進而改善汽車的安全性、動力性和舒適性。電子控制系統(tǒng)在汽車底盤技術(shù)中的應用很好地改善了汽車的主動安全性。常見的底盤控制系統(tǒng)有以下幾種：牽引控制、制動控制、懸掛控制和轉(zhuǎn)向

33、控制。用于底盤控制的傳感器指的是分布在變速器控制系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等中的傳感器。汽車底盤的主要功能是讓汽車能根據(jù)駕駛員的意愿作相應的運動，像加速、減速和轉(zhuǎn)向運動等。駕駛員是通過操縱汽車里的轉(zhuǎn)向盤、油門和制動踏板等元件來表達自己意愿的,相應于這些操縱的執(zhí)行量是前輪的轉(zhuǎn)向角以及車輪上的驅(qū)動力矩或制動力矩,而真正起作用的是輪胎的縱向力和側(cè)向力。影響汽車輪胎力的主要因素有路面的附著系數(shù)、車輪的法向力、車輪滑動率和車輪側(cè)偏角。汽車底盤控制設計的基本原理就是在給定了路面附著系數(shù)和車輪法向力的前提下，對車輪滑動率和車輪側(cè)偏角進行適當?shù)恼{(diào)整和控制,從而達到間接調(diào)控輪胎的縱向力和側(cè)向力的

34、目的,最大限度地利用輪胎和路面之間的附著力,達到提高汽車的主動安全性、機動性和舒適性的目的。汽車底盤的電子控制是一個多系統(tǒng)相互影響,相互作用的復雜系統(tǒng)工程,具體表現(xiàn)如下：(1)同一個控制系統(tǒng)可能會擁有多個執(zhí)行機構(gòu)、并對多個變量同時進行控制。(2)同一個控制目標可以由不同的控制系統(tǒng)單獨控制或者多個系統(tǒng)共同控制。(3)同一個控制目標同時被不同的控制系統(tǒng)所控制。(4)不同的控制系統(tǒng)可能共用同一傳感器或者控制單元。2.3.1 傳感器在汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應用在動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，傳感器的控制對象是車輪轉(zhuǎn)向角,通過對車輪轉(zhuǎn)向角的電子控制，達到控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的目的。常見的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有：主動前輪疊加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

35、AFS、主動前輪助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS和主動后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)RWS。所用的傳感器主要有發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等，通過這些傳感器發(fā)揮作用，動力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)在實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便、提高了響應特性的同時增大輸出功率、減少發(fā)動機損耗，從而也節(jié)省了燃油。所有的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS、AFS及RWS的工作原理都是由駕駛員發(fā)出指令，由傳感器感知路面的狀況，并以電信號的形式將路面狀況通過網(wǎng)絡傳遞給電子控制器及執(zhí)行器。比如在EPS系統(tǒng)中，這種微機控制的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)具有部件少、質(zhì)量小、體積小等特點。在系統(tǒng)工作時，如果我們選擇最佳傳動比，就可以得到最快的反應：即當汽車調(diào)整行駛時，轉(zhuǎn)向速度比就會變小，而轉(zhuǎn)向力度會逐

36、漸增大，這會使汽車方向更穩(wěn)定、行車更安全。而當以很低的行駛速度駕駛時，轉(zhuǎn)向速度比會變大，此時只需輕輕地小角度打轉(zhuǎn)向盤，車身位移就會發(fā)生大幅度變化，這會使得很多工作變得輕松，比如停車入位工作；該系統(tǒng)的特點在于它提高了汽車的轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向響應特性，同時它也增加了汽車高速行駛時的穩(wěn)定性和低速行駛時的機動性。另外，由于EPS可根據(jù)需要給轉(zhuǎn)向盤施加一個額外力矩,駕駛員可以根據(jù)這個力矩的提示信號,才去轉(zhuǎn)向措施，這就是此系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向建議的功能。該系統(tǒng)主要有電子控制器、電動機及運動傳動機構(gòu)、電機轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)向力矩傳感器和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器組成。其它系統(tǒng)也都和EPS系統(tǒng)一樣，各自發(fā)揮了不可替代的重要的功能。2.3

37、.2 傳感器在汽車懸架控制系統(tǒng)中的應用懸架控制系統(tǒng)中的傳感器的工作是對汽車懸掛元件特性進行干預和調(diào)節(jié)，從而達到實現(xiàn)汽車動力控制的目的。工作的時候，系統(tǒng)綜合汽車的運動狀況和這些傳感器檢測到的信息，通過計算得出每個車輪懸掛阻尼器的最優(yōu)阻尼系數(shù),然后作出自動調(diào)整車高、抑制車輛姿勢的變化等工作指令,從而實現(xiàn)了對操縱穩(wěn)定性、行車穩(wěn)定性和車輛舒適性的控制。連續(xù)性阻尼控制系統(tǒng)ADC是由4個控制單元、CAN、4個車輪垂直加速度傳感器、4個車身垂直加速度傳感器和4個阻尼器比例閥組成的。2.4 防盜系統(tǒng)在汽車中的應用基于多傳感器信息融合的防盜系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主要由監(jiān)測模塊、中央處理模塊、報警模塊、執(zhí)行模塊

38、和通訊模塊組成。其中監(jiān)測模塊由多組傳感器及信號處理電路構(gòu)成，用于車況信息的采集，并將采集的數(shù)據(jù)信號加以處理后傳輸至中央處理模塊。 中央處理模塊接收來自各個傳感器的信息進行數(shù)據(jù)融合，處理的結(jié)果是將警報分級。中央處理模塊根據(jù)不同等級的警報觸發(fā)不同的報警信號和操作，并通過通訊模塊將事態(tài)判定結(jié)果傳輸給車主；當判定態(tài)勢嚴重時，可以控制執(zhí)行模塊直接阻斷汽車的點火電路，使汽車不能發(fā)動。報警模塊接收中央處理模塊的指令，利用聲音、閃光進行報警。 執(zhí)行模塊以通過通訊模塊接收的車主指令為最高優(yōu)先權(quán)，車主可以方便地進行“汽車鎖死”、“警報解除”等操作。 利用通訊模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能。系統(tǒng)將分級的報警信息以短信息形

39、式通過GSM/CDMA網(wǎng)絡傳遞給車主，以提醒車主留意汽車的安全；同時車主可以利用手機短信對汽車進行遠程控制。為了能夠提取足夠的信息，實現(xiàn)對監(jiān)測目標的準確判斷，選擇傳感器應遵循一些基本原則：合理選擇傳感器并加以優(yōu)化組合，以實現(xiàn)系統(tǒng)高精度、低成本的需求；選用不同種類、不同功能的傳感器，發(fā)揮各個傳感器的優(yōu)勢，信息共享，降低虛報、漏報的可能性；選用多個同種類的傳感器，合理布局，去除監(jiān)測死角，提高系統(tǒng)的可靠性。基于以上的分析，選用以下傳感器構(gòu)成防盜系統(tǒng)的監(jiān)測模塊：（1）微波多普勒傳感器：利用多普勒效應制成的傳感器可以用來探測人體或物體的移動，該傳感器在人或物體靠近時接收器接收的頻率發(fā)生變化，當頻率變化至

40、設定值時，可以判斷為有人或物體進入防盜系統(tǒng)的預警范圍； （2）振動傳感器：利用加速度檢測器件制成的振動傳感器，能夠?qū)圀w特殊頻段的振動進行監(jiān)測，在車體被外力破壞的情況可以產(chǎn)生警報； （3）傾角傳感器：傾角傳感器監(jiān)測車體相對于初始位置是否出現(xiàn)傾角變化，如果這種角度的變化是以特定頻率出現(xiàn)或達到設定的閾值，就可以判斷為汽車整體被搬運。 （4）熱釋電紅外傳感器：熱釋電紅外傳感器只對中心波長為910m的紅外線輻射敏感，能夠檢測到人體輻射的紅外信息，可以用作人體入侵車內(nèi)的監(jiān)測器件； （5）霍爾開關器件：通過霍爾開關器件可以對汽車的車門、發(fā)動機艙蓋及后備箱蓋的非法開啟進行監(jiān)測。 3 汽車用安全氣囊碰撞傳感器

41、是安全氣囊系統(tǒng)中主要的控制信號輸入裝置。其作用是在汽車發(fā)生碰撞時，由碰撞傳感器檢測汽車碰撞的強度信號，并將信號輸入安全氣囊電腦，安全氣囊電腦根據(jù)碰撞傳感器的信號來判定是否引爆充氣元件使氣囊充氣。3.1 碰撞傳感器的分類電子控制式SRS安全氣囊系統(tǒng)采用的碰撞傳感器按功能可分為碰撞烈度傳感器和防護碰撞傳感器兩大類。碰撞烈度傳感器按安裝位置分為前碰撞傳感器和中央碰撞傳感器，用于檢測汽車受碰撞程度。防護碰撞傳感器又叫安全碰撞傳感器或偵測碰撞傳感器。防護傳感器與碰撞烈度傳感器串聯(lián)，用于防止SRS氣囊產(chǎn)生誤爆。碰撞傳感器按結(jié)構(gòu)分類可分為機電結(jié)合式、電子式和水銀開關式。其中機電結(jié)合式碰撞傳感器又可分為滾球式

42、、滾軸式和偏心錘式碰撞傳感器。機電結(jié)合式碰撞傳感器的工作原理是利用機械運動控制電器觸點動作，再由觸點的斷開與結(jié)合控制氣囊電路的通斷。電子式碰撞傳感器目前常用的有電阻應變式和壓電效應式兩種。電子式碰撞傳感器沒有電器觸點，在發(fā)生碰撞時應變電阻發(fā)生變形，使電阻發(fā)生變化，傳感器輸出信號電壓發(fā)生變化，當電壓值超過預定值時，氣囊被觸發(fā)；或者壓電晶體在碰撞時發(fā)生變化而使輸出電壓變化，當變化的電壓達到預定值，氣囊被觸發(fā)。水銀開關式碰撞傳感器是利用水銀導電的特性控制氣囊電路的通斷。碰撞傳感器的作用是檢測汽車在發(fā)生碰撞時的減速度或慣性力，并將信號輸人SRS氣囊系統(tǒng)的電子控制裝置。3.2 碰撞傳感器的安裝在SRS安

43、全氣囊系統(tǒng)中，一般安裝使用34只碰撞傳感器，一般被安裝在車身兩側(cè)的前翼子板內(nèi)側(cè)，或者安裝在前照燈支架下面、發(fā)動機散熱水箱支架左右兩側(cè)。安全碰撞傳感器安裝在駕駛室儀表板和手套箱的下方。前碰撞傳感器有23只，在車身的左前部和右前部分別安裝一只，稱為左前碰撞傳感器和右前碰撞傳感器。日本馬自達轎車將前碰撞傳感器稱之為D碰撞傳感器或第一碰撞傳感器。在車身前部中央位置的碰撞傳感器稱之為中央碰撞傳感器。豐田車系左、右碰撞傳感器分別安裝在車身前部左、右翼子板內(nèi)。本田轎車也有將前部兩個碰撞傳感器安裝在左、右前照燈支架下面。林肯城市、凱迪拉克、沃爾沃、尼桑無限和馬自達轎車左前、右前碰撞傳感器分別安裝在發(fā)動機散熱水

44、箱支架左、右兩側(cè)。馬自達和尼桑轎車的中央碰撞傳感器安裝在發(fā)動機散熱器支架的中央。豐田汽車將中央碰撞傳感器與SRS電腦安裝在一起，而SRS電腦則安裝在駕駛室變速桿前或后的裝飾板下面。防護碰撞傳感器也稱之為防護傳感器，豐田汽車公司稱作偵測傳感器，本田汽車公司將其稱之為觸發(fā)傳感器或觸發(fā)開關，馬自達汽車公司稱為S碰撞傳感器或第二碰撞傳感器。防護碰撞傳感器一般與SRS電腦安裝在一起，安裝在駕駛室中央變速桿前、后的裝飾板下面。前碰撞傳感器用于檢測碰撞程度，其信號供電腦判定是否引爆點火劑而給氣囊充氣。當以車速40km/h左右撞到一輛靜止或同樣大小的汽車上時，前碰撞傳感器會動作，使氣囊打開。防護傳感器或稱安全

45、傳感器，它的作用是防止前碰撞傳感器短路造成氣囊誤打開，它的信號供電腦確定是否發(fā)生碰撞。當SRS電腦連接的連接器端子短路時，由于防護傳感器的作用，觸點不閉合，會使氣囊電路始終斷開著，從而可避免氣囊誤爆。在一般情況下，防護傳感器動作所需的慣性力或減速度值比前碰撞傳感器動作所需的慣性力或減速度值要小。當防護傳感器動作時，是將SRS點火器的電源電路接通，使氣囊引爆。3.3 碰撞傳感器檢查注意事項1.在檢查SRS安全氣囊系統(tǒng)部件之前，應先關閉點火開關，拔下SRS系統(tǒng)熔斷器，防止SRS系統(tǒng)電路觸點誤觸。2.SRS安全系統(tǒng)電器零件均一次性使用，絕不能修復碰撞傳感器，左前和右前碰撞傳感器更換時應同時更換。在更

46、換碰撞傳感器時，應使用新品，不能使用其他不同型號車輛上的零部件。3.在檢修汽車其他系統(tǒng)時，應特別注意SRS系統(tǒng)電路連線是用黃色導線與其他系統(tǒng)電線相區(qū)別，在檢修之前應關閉點火開關，拔下SRS系統(tǒng)熔斷器，防止SRS系統(tǒng)帶電。4.安全氣囊系統(tǒng)的水銀開關式防護傳感器在更換后，不能隨意扔掉，因為水銀有毒，應作有害物品處理。5.當碰撞傳感器摔碰或其殼體、支架、導線連接器有損傷時，應當更換新件。6.前碰撞傳感器和SRS系統(tǒng)的其他部件不能放在太陽下暴曬或接近火源。7.在SRS系統(tǒng)的零部件表面均標有標牌或注意事項，使用時應遵照執(zhí)行。8.碰撞傳感器的動作有方向性，安裝時應注意傳感器殼體上的箭頭的指向，一定要按規(guī)定

47、方向安裝。日本尼桑和馬自達汽車使用說明書規(guī)定指向汽車后方。豐田汽車前碰撞傳感器安裝時則要求傳感器殼體上的箭頭必須指向汽車前方。9.前碰撞傳感器的定位螺栓和螺母必須經(jīng)過防銹處理，拆卸或更換前碰撞傳感器時，必須同時更換螺栓和螺母。10.前碰撞傳感器的導線連接器裝有電路連接診斷機構(gòu)。安裝連接器時，插頭和插座應當插牢固。當連接器插頭與插座未插牢時，自診系統(tǒng)會檢測出來，視為故障，并將以故障碼的形式存入存儲器中。4 汽車用傳感器的發(fā)展趨勢4.1 汽車用傳感器的市場分析汽車技術(shù)的電子化、集成化、智能化發(fā)展，使得傳感器扮演著日益重要的角色。與此同時，汽車排放以及安全法規(guī)的日趨嚴格，也推動了整個汽車傳感器市場的

48、發(fā)展。如今的汽車，各種先進技術(shù)和系統(tǒng)的使用量正日趨增多。尤其是豪華車，裝載了各種先進的安全和駕駛員輔助技術(shù)，如停車輔助、車道偏離警報、盲點警告和駕駛員注意力分散警告系統(tǒng)等。先進的動力傳動系統(tǒng)也需要更多的傳感器來識別發(fā)動機和變速器的工作情況，從而增加傳動系統(tǒng)的動力輸出、降低排放，使車輛具有較好的燃油經(jīng)濟性?；旌蟿恿图冸妱榆囈残枰獋鞲衅飨到y(tǒng)來監(jiān)測電機的運行狀態(tài)，從而獲得最佳的動力。如今，傳感器技術(shù)開發(fā)的重點主要在于低成本和高可靠性上，通過測量各種汽車參數(shù)，來確保車輛上的電子系統(tǒng)有效工作，從而提高汽車的動力性、環(huán)保性、燃油經(jīng)濟性，與此同時也提高駕乘舒適性和安全性。未來，新的汽車傳感器技術(shù)將主要聚焦

49、于如何提高傳動系統(tǒng)的效率上。比如，缸內(nèi)壓力傳感器可用來監(jiān)測發(fā)動機燃燒循環(huán)，并給予發(fā)動機管理系統(tǒng)直接的反饋，從而精確地控制燃燒過程。氣缸壓力傳感器的典型應用是：用在柴油車上以減少微粒和NOx的排放；用在HCCI汽油發(fā)動機上，可獲得燃燒控制所需的精確的燃油測量。氣缸壓力傳感器在美國市場尤為重要，因為柴油十六烷值的變化可影響燃燒過程?；旌蟿恿碗妱榆囈餐ㄟ^使用傳感器技術(shù)來擴大行駛里程及蓄電池壽命，如使用電機速度傳感器、電池流量傳感器和溫度傳感器。傳感器技術(shù)研發(fā)的一個關鍵是，如何應對汽車行業(yè)嚴苛的環(huán)保要求，提供一個好的解決方案。同時，傳感器也必須尺寸更小，重量更輕。在滿足這些需求的同時，傳感器供應商還

50、必須控制好成本，以應對整車生產(chǎn)商及系統(tǒng)供應商不斷提出的降成本的要求。未來，硅半導體傳感器在汽車上的應用有增長的趨勢。這主要基于以下幾個原因：硅半導體傳感器性能的增強，在現(xiàn)有技術(shù)上增加了動態(tài)范圍和長效穩(wěn)定性，如可變磁阻(VR)、機電加速度計和位置監(jiān)測裝置等；傳統(tǒng)半導體的批次作業(yè)使得硅傳感器低成本、大批量生產(chǎn)成為可能；機電一體化系統(tǒng)對于集成化和小型化需求的增長；半導體技術(shù)的進步，使得硅傳感器可以在高溫環(huán)境，以及發(fā)動機罩下工作；傳統(tǒng)傳感器結(jié)構(gòu)的改變；半導體設計的集成化和數(shù)字輸出處理所帶來的性能、尺寸、成本的優(yōu)化。根據(jù)Strategy Analytics的預測，硅傳感器在汽車市場的需求量，其

51、復合平均年增長率(CAAGR)為7.6%，預計將從2008年的21億美元，增長至2013年的31億美元，并且到2016年時達到35億美元。作為車輛與外界環(huán)境的接口，傳感器在汽車上的應用正不斷增多，通常一輛高級轎車上裝有多達100個，甚至更多的傳感器。根據(jù)應用的不同，汽車傳感器主要可分為三大類，即用于動力傳動系統(tǒng)的傳感器、用于安全系統(tǒng)的傳感器、用于提高車輛舒適性和便利性的傳感器。傳動控制和發(fā)動機管理系統(tǒng)的壓力傳感器，以及用于燃油直噴和共軌系統(tǒng)的高壓傳感器，是動力傳動應用的典型例子。安全系統(tǒng)也有大量的傳感器應用，比如用于車輛動力學控制的高壓和偏航率傳感器、用于助力轉(zhuǎn)向的扭矩傳感器、用于安全氣囊系統(tǒng)

52、和ABS(防抱死制動系統(tǒng))的加速傳感器，以及用于防側(cè)翻的偏航率傳感器等。用于導航系統(tǒng)的偏航率傳感器和用于空調(diào)系統(tǒng)的空氣質(zhì)量傳感器則歸入舒適性應用的范疇。目前汽車上使用的傳感器大多采用MEMS(微電子機械系統(tǒng))技術(shù)制造，這種傳感器的核心是一個在晶片上加工出的納米級的微機械結(jié)構(gòu)，它將物理信號轉(zhuǎn)換成電信號。微機電傳感器主要用于測量壓力、加速度、角速度和氣流。微機電傳感器是高級發(fā)動機管理系統(tǒng)和其它驅(qū)動系統(tǒng)組成的關鍵組件，在提高燃油經(jīng)濟性和降低排放方面起著非常重要的作用，如用于發(fā)動機和傳動控制單元的壓力傳感器，以及進氣系統(tǒng)中的空氣流量傳感器。微機電技術(shù)在安全系統(tǒng)中亦起著重要作用。高加速度的加速度計被大量

53、應用于被動安全系統(tǒng)，用于主動安全系統(tǒng)的偏航率傳感器和低加速度加速計在歐洲普及率很高，在美國則是強制安裝的。在發(fā)達國家，車輛的個性化和人性化設計已成趨勢，這使得車輛的舒適性和便利性變得越來越重要。然而在這一領域的應用并沒有相應的法規(guī)，基于微機電技術(shù)的產(chǎn)品的增長率將主要取決于終端消費者的接受力和購買意愿。因此，市場的拉動比技術(shù)推動更加重要?；旌蟿恿嚭吞娲剂系某霈F(xiàn)，將會給微機電技術(shù)產(chǎn)品開辟新的市場。然而，有些替代驅(qū)動概念如氫燃料可能需要經(jīng)過長達十年以上的時間，才能獲得大的市場份額，因此從短期來看對傳感器市場并不會產(chǎn)生太大的影響。 4.2 汽車用傳感器發(fā)展趨勢由于汽車傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長的市場需求，世界各國對其理論研究、新材料應用和新產(chǎn)品開發(fā)都非常重視。未來的汽車用傳感器技術(shù)，總的發(fā)展趨勢是微型化、多功能化、集成化和智能化。微型傳感器基于從半導體集成電路技術(shù)發(fā)展而來的MEMS(微電子機械系統(tǒng))，微型傳感器利用微機械加工技術(shù)將微米級的敏感元件、信號處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上，由于具有體積小、價格便宜、便于集成等特點，可以明顯提高系統(tǒng)測試精度。目前該技術(shù)日漸成熟，可以制作各種敏感和檢測力學量、磁學量、熱學量、化學量和生物量的微型傳感器。由于基于ME