主頁 > 技術文章 > 汽車傳感器的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2024-10-18

汽車傳感器的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

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，也是汽車電子技術領域研究的核心內容之一。目前，一輛普通家用轎車上大約安裝幾十到近百只傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量可多達二百余只。
1、汽車傳感器的應用分類：
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。它的應用，大大提高了汽車電子化的程度，增加了汽車駕駛的安全系數(shù)。
1.1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、位置和轉速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器向發(fā)動機的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動機的工作狀況信息，供ECU對發(fā)動機工作狀況進行精確控制，以提高發(fā)動機的動力性、降低油耗、減少廢氣排放和進行故障檢測�！　�
由于發(fā)動機工作在高溫(發(fā)動機表面溫度可達150℃、排氣歧管可達650℃)、振動(加速度30g)、沖擊(加速度50g)、潮濕(100RH，-40℃-120℃)以及蒸汽、鹽霧、腐蝕和油泥污染的惡劣環(huán)境中，因此發(fā)動機控制系統(tǒng)用傳感器耐惡劣環(huán)境的技術指標要比一般工業(yè)用傳感器高1-2個數(shù)量級，其中最關鍵的是測量精度和可靠性。否則，由傳感器帶來的測量誤差將最終導致發(fā)動機控制系統(tǒng)難以正常工作或產生故障�！　�
1.溫度傳感器：　
溫度傳感器主要用于檢測發(fā)動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點，其應用場合也略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應特性較好，但線性差，適應溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。　　
已實用化的產品有熱敏電阻式溫度傳感器(通用型-50℃～130℃，精度1.5，響應時間10ms；高溫型600℃～1000℃，精度5，響應時間10ms)、鐵氧體式溫度傳感器(ON/OFF型，-40℃～120℃，精度2.0)、金屬或半導體膜空氣溫度傳感器(-40℃～150℃，精度2.0、5，響應時間20ms)等�！　�
2.壓力傳感器：　　
壓力傳感器主要用于檢測氣缸負壓、大氣壓、渦輪發(fā)動機的升壓比、氣缸內壓、油壓等。吸氣負壓式傳感器主要用于吸氣壓、負壓、油壓檢測。汽車用壓力傳感器應用較多的有電容式、壓阻式、差動變壓器式（LVDT）、表面彈性波式（SAW）�！　�
電容式壓力傳感器主要用于檢測負壓、液壓、氣壓，測量范圍20～100kPa，具有輸入能量高，動態(tài)響應特性好、環(huán)境適應性好等特點；壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大，需要另設溫度補償電路，但適應于大量生產；LVDT式壓力傳感器有較大的輸出，易于數(shù)字輸出，但抗干擾性差；SAW式壓力傳感器具有體積小、質量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字輸出等特點，用于汽車吸氣閥壓力檢測，能在高溫下穩(wěn)定地工作，是一種較為理想的傳感器�！　�
3.流量傳感器：　　
流量傳感器主要用于發(fā)動機空氣流量和燃料流量的測量。空氣流量的測量用于發(fā)動機控制系統(tǒng)確定燃燒條件、控制空燃比、起動、點火等�？諝饬髁總鞲衅饔行D翼片式（葉片式）、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等四種類型。旋轉翼片式（葉片式）空氣流量計結構簡單，測量精度較低，測得的空氣流量需要進行溫度補償；卡門渦旋式空氣流量計無可動部件，反映靈敏，精度較高，也需要進行溫度補償；熱線式空氣流量計測量精度高，無需溫度補償，但易受氣體脈動的影響，易斷絲；熱膜式空氣流量計和熱線式空氣流量計測量原理一樣，但體積少，適合大批量生產，成本低�？諝饬髁總鞲衅鞯闹饕夹g指標為：工作范圍0.11～103立方米/min，工作溫度-40℃～120℃，精度≤1�！　�
燃料流量傳感器用于檢測燃料流量，主要有水輪式和循環(huán)球式，其動態(tài)范圍0～60kg/h，工作溫度-40℃～120℃，精度±1，響應時間小于10ms。　　
4.位置和轉速傳感器：　　
位置和轉速傳感器主要用于檢測曲軸轉角、發(fā)動機轉速、節(jié)氣門的開度、車速等。目前汽車使用的位置和轉速傳感器主要有交流發(fā)電機式、磁阻式、霍爾效應式、簧片開關式、光學式、半導體磁性晶體管式等，其測量范圍0°～360°，精度±0.5°以下，測彎曲角達±0.1。　　
車速傳感器種類繁多，有敏感車輪旋轉的、也有敏感動力傳動軸轉動的，還有敏感差速從動軸轉動的。當車速高于100km/h時，一般測量方法誤差較大，需采用非接觸式光電速度傳感器，測速范圍0.5～250km/h，重復精度0.1，距離測量誤差優(yōu)于0.3�！　�
5.氣體濃度傳感器　　
氣體濃度傳感器主要用于檢測車體內氣體和廢氣排放。其中，最主要的是氧傳感器，實用化的有氧化鋯傳感器(使用溫度-40℃～900℃，精度1)、氧化鋯濃差電池型氣體傳感器(使用溫度300℃～800℃)、固體電解質式氧化鋯氣體傳感器(使用溫度0℃～400℃，精度0.5)，另外還有二氧化鈦氧傳感器。和氧化鋯傳感器相比，二氧化鈦氧傳感器具有結構簡單、輕巧、便宜，且抗鉛污染能力強的特點。　　
6.爆震傳感器：　　
爆震傳感器用于檢測發(fā)動機的振動，通過調整點火提前角控制和避免發(fā)動機發(fā)生爆震�？梢酝ㄟ^檢測氣缸壓力、發(fā)動機機體振動和燃燒噪聲等三種方法來檢測爆震。爆震傳感器有磁致伸縮式和壓電式。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40℃～125℃，頻率范圍為5～10kHz；壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417kHz處，其靈敏度可達200mV/g，在振幅為0.1g～10g范圍內具有良好線性度。
1.2底盤控制用傳感器
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。這些傳感器盡管分布在不同的系統(tǒng)中，但工作原理與發(fā)動機中相應的傳感器是相同的。而且，隨著汽車電子控制系統(tǒng)集成化程度的提高和CAN-BUS技術的廣泛應用，同一傳感器不僅可以給發(fā)動機控制系統(tǒng)提供信號，也可為底盤控制系統(tǒng)提供信號�！　∽詣幼兯倨飨到y(tǒng)用傳感器主要有：車速傳感器、加速踏板位置傳感器、加速度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機轉速傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器等。制動防抱死系統(tǒng)用傳感器主要有：輪速傳感器、車速傳感器；懸架系統(tǒng)用傳感器主要有：車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、方向盤轉角傳感器等；動力轉向系統(tǒng)用傳感器主要有：車速傳感器、發(fā)動機轉速傳感器、轉矩傳感器、油壓傳感器等。
1.3車身控制用傳感器
車身控制用傳感器主要用于提高汽車的安全性、可*性和舒適性等。由于其工作條件不象發(fā)動機和底盤那么惡劣，一般工業(yè)用傳感器稍加改進就可以應用。主要有用于自動空調系統(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。
1.4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、方向盤轉角傳感器等。
2、汽車傳感器的發(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、新材料應用和新產品開發(fā)都都非常重視。未來的汽車用傳感器技術，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)處理裝置封裝在一快芯片上，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。目前該技術日漸成熟，可以制作各種能敏感和檢測力學量、磁學量、熱學量、化學量和生物量的微型傳感器。由于基于MEMS技術的微型傳感器在降低汽車電子系統(tǒng)成本及提高其性能方面的優(yōu)勢，它們已開始逐步取代基于傳統(tǒng)機電技術的傳感器。　
　多功能化是指一個傳感器能檢測2個或者兩個以上的特性參數(shù)或者化學參數(shù)，從而減少汽車傳感器數(shù)量，提高系統(tǒng)可靠性�！�
　集成化是指利用IC制造技術和精細加工技術制作IC式傳感器。
智能化是指傳感器與大規(guī)模集成電路相結合，帶有CPU，具有智能作用，以減少ECU的復雜程度，減少其體積，并降低成本�！�
　總之，隨著電子技術的發(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。

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