隨著電子技術(shù)的發(fā)展,汽車電子化程度不斷的提高,傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)已經(jīng)難以解決某些與汽車功能要求有關(guān)的問題,因而將逐步被電子控制系統(tǒng)代替。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(guān)鍵部件,也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。目前,一輛普通家用轎車上大約安裝有幾十到近百只傳感器,而豪華轎車上的傳感器數(shù)量可多達兩百余只。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(dǎo)航系統(tǒng)。它的應(yīng)用大大提高了汽車電子化程度,增加了汽車駕駛的安全系數(shù)。
一、 傳感器的發(fā)展情況
1、汽車傳感器的發(fā)展歷程
傳感器在汽車上的應(yīng)用與電子產(chǎn)品在汽車上的應(yīng)用基本是同步的,最先在汽車上得到應(yīng)用的電子系統(tǒng)是發(fā)動機管理系統(tǒng),在20世紀(jì)60年代電子點火裝置被廣泛采用,隨后就是電子噴射。這一過程把溫度、流量、氧傳感器等引入了汽車。20世紀(jì)80年代安全氣囊、ABS的廣泛應(yīng)用則推動了輪速、加速度等傳感器在汽車上的應(yīng)用。1995年,隨著ESP(電子穩(wěn)定程序)的批量生產(chǎn),角速度傳感器的應(yīng)用也有了長足的發(fā)展。
2、國際發(fā)展現(xiàn)狀
車用傳感器和傳感器技術(shù)正在迅速發(fā)展、日趨成熟。就世界范圍,傳感器市場增長最快的依然是汽車市場?,F(xiàn)可制作檢測力學(xué)、磁學(xué)量、熱學(xué)量等各種微型傳感器、敏感器件的種類越來越多,捕捉信息的范圍也越來越寬;精度不斷提高,壽命也逐漸增長;非接觸傳感器也有較快發(fā)展,如汽車速度傳感器已被非接觸式的雷達和光電傳感器所替代。對汽車已由控制發(fā)動機擴大到控制全車,實現(xiàn)了自動變速換檔,防滑制動等。
世界各國對汽車傳感器的理論研究、新材料應(yīng)用和新產(chǎn)品開發(fā)都相當(dāng)重視,技術(shù)進步非常迅速。一些發(fā)達國家不斷研發(fā)新型傳感器并且提高其精度,使汽車性能大大提高。傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高,各國競爭將加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
3、國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
我國的汔車傳感器由于起步較晚,還沒有形成系列化、配套化。國內(nèi)汽車傳感器行業(yè)現(xiàn)階段存在品種少、不配套、性能較落后、抗干擾性差等問題。許多傳感器廠為了增強產(chǎn)品的競爭力,采用與國外同行業(yè)進行合資經(jīng)營的方式,消化吸收國外先進的傳感器技術(shù),使產(chǎn)品升級換代,從而逐步發(fā)展壯大。但絕大多數(shù)企業(yè)還只是配套生產(chǎn)其它車用傳感器,處于利潤少、產(chǎn)品單一、產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平低下的狀況。 中國汽車傳感器隨著汽車大力發(fā)展而呈現(xiàn)強勁的增長勢頭,國內(nèi)汽車傳感器迅速增長起來。
二、傳感器在汽車上的應(yīng)用
1.開車舒適、方便是駕駛者最大的駕車樂趣 許多高級及豪華車款的配備及設(shè)備都趨于人性化,不但彰顯其身份地位象征,另一方面也提高駕駛者駕駛安全性、舒適性及方便性。比如說:搭配駕駛者駕駛習(xí)性、身高與體重,運用位移傳感器與微閥控制,可以將座椅、后視鏡調(diào)整到駕駛者最舒適的狀態(tài)并加以記錄,還能顧及到駕駛的最佳行車視野。另外,還可運用影像、距離、超聲波或者激光傳感器,再經(jīng)由顯示、警示等設(shè)備告知路面車行信息,以利駕駛者降低盲區(qū)及視野死角,保持最佳車距及便于路邊停車控制及倒車動作。在乘坐舒適性方面,也可以應(yīng)用溫度、濕度、風(fēng)量及日照等傳感器,可以自動控制空調(diào)系統(tǒng),在車內(nèi)維持舒適恒溫系統(tǒng),及運用光度傳感器可使車燈亮度自動控制,還能運用雨滴及除霧傳感器可以自動控制前、后擋風(fēng)玻璃雨刷自動運行。
2.自動檢測、自我維護,時時確保安全氣囊可靠性 安全氣囊運用微加速或者微慣性傳感器來監(jiān)測及量測,它在關(guān)鍵時刻必須要能實時、正確地瞬間打開,以維護乘客安全,但在極大多數(shù)時間內(nèi)氣囊是處在待命狀態(tài),因此,安全氣囊的ECU必須具有自動檢測、自我維護能力,不斷確認(rèn)氣囊系統(tǒng)的可正常運行的可靠性,確保氣囊在瞬間動作是能達到保護駕駛員的效果。
3.車載計算機系統(tǒng)中的智能監(jiān)測應(yīng)用 新的車載計算機系統(tǒng)能夠?qū)ζ噷嵤┍O(jiān)測,就像是飛機上記錄器一樣。在實際安裝后,系統(tǒng)內(nèi)配備的加速感應(yīng)器和回轉(zhuǎn)感應(yīng)器,可以監(jiān)測汽車的速度、安全帶的使用狀況及由于汽車急轉(zhuǎn)彎、緊急剎車、行駛不穩(wěn)定、異常減速和不安全倒車等原因造成的超重力行駛,只要汽車在不安全狀態(tài)下行駛,例如:出現(xiàn)超速駕駛、超重力行駛、沒扣安全帶等狀態(tài),記錄器便會向駕駛者發(fā)出警示,如果駕駛者對警示置之不理,則警報便會一直重復(fù)下去,直到進入安全行駛狀態(tài),可以為駕駛者提供指導(dǎo)和預(yù)警等功能。
4.促進燃料系統(tǒng)答道省油、低污染及高效能 一般來說,車用電子系統(tǒng)是由各個電子控制單元所組成,不但具有自我操控能力,同事又有協(xié)調(diào)整合功能使車上各個子系統(tǒng)答道最佳工作效率。以燃料系統(tǒng)為例,為使發(fā)動機處于最佳工作狀態(tài),從運用流量傳感器量測吸入汽缸的空氣流量、壓力傳感器量測進氣壓力開始。再根據(jù)水溫、空氣溫度等工作環(huán)境參數(shù)(運用溫度傳感器)計算出基本噴油量,同時再通過節(jié)氣門位置傳感器檢測節(jié)氣門的開度,確定發(fā)動機的工作狀態(tài),進而控制,調(diào)整最佳噴油量,最后還需要通過曲軸的角速度傳感器監(jiān)測曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動機轉(zhuǎn)速,另運用爆震感測監(jiān)測發(fā)動機的振動和燃料噪音等訊號,最終計算出并發(fā)出最佳點火時機的指令。這個發(fā)動機燃油噴射系統(tǒng)和點火綜合控制系統(tǒng)還可以結(jié)婚氣體溶度傳感器來檢測系統(tǒng)廢氣排放,并于起動系統(tǒng)等組合,構(gòu)成可以使汽車發(fā)動機馬力和扭力最佳化,而同時燃油消耗和廢棄排放最低化的智能型系統(tǒng)。
5.自動監(jiān)測、調(diào)整及回饋信息的車用感測產(chǎn)品 車上各式各樣功能組件都有其操控性、運動特性,對車用電子產(chǎn)品而言,絕大時期都處于復(fù)雜的行車環(huán)境中,而且各不相同。諸如工作狀態(tài)時的高溫,靜止待命時的低溫,高濃度的油蒸汽和活性(毒性)氣體,及高速運動和高強度的沖擊和振動等。因此,車上的電子組件及電纜必須兼具穩(wěn)定性,抗環(huán)境和自動調(diào)整、監(jiān)測及回饋故障碼的能力。
6.剎車系統(tǒng) 車輛剎車系統(tǒng)式汽車平穩(wěn)、安全駕駛的保證。針對剎車系統(tǒng),在汽車四個輪子的操控上,除了運用大量位置、位移和壓力傳感器并普遍安裝了防爆沖死鎖剎車系統(tǒng)外,包括國產(chǎn)車在內(nèi),大都已增設(shè)電子剎車自動分配系統(tǒng),可以大幅度提升陰雨氣候、雪等天氣路況不佳駕駛的穩(wěn)定性。目前,高檔車款進一步加裝了緊急剎車輔助系統(tǒng),該系統(tǒng)在發(fā)生緊急情況時,自動檢測駕駛者踩剎車時的速度和力度,并判斷緊急剎車的力度是否足夠,一旦需要就會自動增加剎車力度及強化性能。
三、車用傳感器的未來發(fā)展趨勢
現(xiàn)在幾乎所有車體上的額機械結(jié)構(gòu)及組件都已經(jīng)收到電子設(shè)備掌控,但是因為車內(nèi)可應(yīng)用空間過于狹隘,構(gòu)件系統(tǒng)空間更是受到限制。因此,在一般的理想狀況下,電子控制單元應(yīng)該會與受到控制組件緊密組合,而逐漸形成一個整體。因此,電路及組件的智能化、集成化是必然趨勢,從工程的角度來看,將傳感器組件網(wǎng)絡(luò)化有其優(yōu)點。現(xiàn)代汽車上微電子技術(shù)發(fā)展的車用傳感器發(fā)展趨勢應(yīng)該朝智能化、集成化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)方向發(fā)展。
智能化將是未來汽車的發(fā)展方向,為實現(xiàn)這一目的,作為汽車“神經(jīng)”的傳感器,其微型化、多能化、集成化和智能化的趨勢已經(jīng)日漸明顯。微型傳感器基于從半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展而來的MEMS(微電子機械系統(tǒng)),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,可以制作各種能敏感和檢測力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量、化學(xué)量和生物量的微型傳感器,不僅要能提供用于模擬和處理的信號,而且還能對信號作放大和處理。同時,它抵抗外部電磁干擾的能力,保證傳感器信號的質(zhì)量不受影響,即使在特別嚴(yán)酷的使用條件下仍能保持較高的精度。它還具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便的特點,從而免受機械特性的影響。
多功能化是指一個傳感器能檢測2個或者2個以上的特性參數(shù)或者化學(xué)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(shù)和精細(xì)加工技術(shù)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(jié)合,帶有CPU,具有智能作用,以ECU的復(fù)雜度,減少其體積,并降低成本。
網(wǎng)絡(luò)化是指在高級轎車上通常裝有幾十個微控制器和上百個傳感器,以較低的成本把這些傳感器有效地聯(lián)為一體,為各控制單元提供更全面、準(zhǔn)確的各類數(shù)據(jù)。傳感器的網(wǎng)絡(luò)化不僅可提高汽車的性能,還可以帶來其它的益處。為適應(yīng)汽車網(wǎng)絡(luò)控制的需要,更好的在各控制系統(tǒng)之間完成交流信息、協(xié)調(diào)控制、共享資源及標(biāo)準(zhǔn)化與通用化,世界各國都在積極努力進行汽車局域網(wǎng)的研究與開發(fā)。
汽車仍是世界工業(yè)的支柱,受到世界人們的喜愛。汽車電子市場隨著汽車大力發(fā)展而呈現(xiàn)出強勁的增長勢頭。車用傳感器也在隨著汽車電子市場的大力發(fā)展也突飛猛進。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和汽車電子控制系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛,汽車傳感器市場需求將保持高速增長,網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化的傳感器將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器,成為車用傳感器的主流。
來源:中國智能化網(wǎng)