汽車傳感器應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢全分析

隨著傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)逐漸被電子控制系統(tǒng)所代替，目前，普通汽車上大約裝有幾十到近百只傳感器，豪華轎車上則更多，這些傳感器主要分布在發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和車身控制系統(tǒng)中。傳感器優(yōu)劣也直接影響到系統(tǒng)性能。
　　1發(fā)動機(jī)控制用傳感器
　　發(fā)動機(jī)用傳感器有很多種，其中包括溫度傳感器、壓力傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器、流量傳感器、位置傳感器、濃度傳感器、爆震傳感器等。這類傳感器是整個車用 傳感器的核心，利用它們可提高發(fā)動機(jī)動力性、降低油耗、減少廢氣、反映故障等，由于其工作在發(fā)動機(jī)振動、汽油蒸汽、污泥、水花等惡劣環(huán)境中，因此它們的耐 惡劣環(huán)境技術(shù)指標(biāo)要高于一般的傳感器。它們的性能指標(biāo)要求有很多種，其中最關(guān)鍵的是測量精度與可靠性，否則由傳感器檢測帶來的誤差最終將導(dǎo)致發(fā)動機(jī)控制系 統(tǒng)失靈或產(chǎn)生故障。
　　爆震傳感器
　　爆震傳感器檢測發(fā)動機(jī)各種工況下的爆震或燃燒噪聲以避免發(fā)動機(jī)工作失常。
　?。?）溫度傳感器：主要檢測發(fā)動機(jī)溫度，吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度、催化溫度等，將它們轉(zhuǎn)變成電信號，從而控制噴油嘴針閥開啟時刻和持續(xù) 時間，以保證供給發(fā)動機(jī)最佳混合氣并達(dá)到排氣凈化效果等。實際應(yīng)用的溫度傳感器主要有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱電偶式。線繞電阻式溫度傳感器的精度較 高，但響應(yīng)特性差;熱敏式傳感器靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性差，適用溫度較低;熱電偶式傳感器的精度高，測溫范圍寬，但需考慮放大器和冷端處理問題。
　?。?）壓力傳感器：主要檢測氣缸負(fù)壓，從而控制點火和燃料噴射;檢測大氣壓，從而控制爬坡時空燃比;檢測氣缸內(nèi)壓，從而控制點火提前角;檢測廢氣再 循環(huán)流量、發(fā)動機(jī)油壓、制動器油壓、輪胎空氣壓力等等，并對相關(guān)量作出反應(yīng)。車用壓力傳感器目前已有若干種，應(yīng)用較多的有電容器式、壓阻式、差動變壓器式 （LVDT）、表面彈性波式（SAW）。電容器式傳感器具有輸入能量高，動態(tài)響應(yīng)好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點;壓阻式受溫度影響大，需另設(shè)溫度補(bǔ)償電路，但適 用于大量生產(chǎn);LVDT式有較大輸出，易于數(shù)字輸出，但抗振性較差;SAW式具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性強(qiáng)、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字量輸出等特 點，是一種較為理想的傳感器。
　　（3）旋轉(zhuǎn)傳感器：主要用于檢測曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、風(fēng)門開度、車速等，從而控制點火提前角、燃油配量和噴射時間等，產(chǎn)品主要有發(fā)電機(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、光學(xué)式、振動式等。
　　（4）氧傳感器：檢測排氣中空燃比，向供油系統(tǒng)發(fā)出負(fù)反饋信號，以修正噴油脈沖，使空燃比調(diào)整到理論值，以達(dá)到理想的排氣凈化效果，常用的是氧化鋯和氧化鈦傳感器。
　?。?）流量傳感器：測定進(jìn)氣量和燃油流量以控制空燃比。主要有空氣流量傳感器和燃料流量傳感器。空氣流量傳感器檢測進(jìn)入的空氣量從而控制電子噴油器 噴油量，以得到較準(zhǔn)確的空燃比，實際應(yīng)用的產(chǎn)品主要有卡爾曼旋渦式、葉片式、熱線式?？柭綗o可動部件，反應(yīng)靈敏，精度較高;熱線式易受吸入氣體脈動影 響，且易斷絲;燃料流量傳感器用于檢測燃料流速，以計算汽車燃油消耗量，產(chǎn)品主要有水車式、球循環(huán)式。
　?。?）爆震傳感器：檢測發(fā)動機(jī)的振動，并根據(jù)檢測到的爆震信號適當(dāng)調(diào)整點火時刻，主要產(chǎn)品有磁致伸縮式和壓電式。
　　2底盤控制用傳感器
　　底盤控制用傳感器是指分布在變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、防抱制動系統(tǒng)中的傳感器，它們在不同系統(tǒng)中作用不同，但工作原理與發(fā)動機(jī)中傳感器是相同的，主要有以下幾種形式傳感器。
　?。?）變速器控制用傳感器：主要有車速傳感器、加速度傳感器、發(fā)動機(jī)負(fù)荷傳感器、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、離合器傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器等。這些傳感器檢測所獲得的信息經(jīng)處理使電控裝置控制換檔點和變矩器鎖止，實現(xiàn)最大動力和最大燃油經(jīng)濟(jì)性。
　　（2）懸架系統(tǒng)控制用傳感器：主要有車速傳感器、節(jié)流閥開度傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。系統(tǒng)根據(jù)這些傳感器檢測到的信息自動調(diào)整車高，抑制車輛姿勢的變化等，實現(xiàn)對車輛舒適性、操縱穩(wěn)定性和行車穩(wěn)定性的控制。
　?。?）動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用傳感器：主要有車速傳感器、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等，利用這些傳感器使動力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便、提高響應(yīng)特性、減少發(fā)動機(jī)損耗、增大輸出功率、節(jié)省燃油等。
　　（4）防抱制動傳感器主要是利用車輪角速度傳感器，檢測車輪轉(zhuǎn)速，在各車輪的滑移率為20%時控制制動油壓、改善制動性能，確保車輛操縱性和穩(wěn)定性。
　　3車身控制用傳感器
　　采用這類傳感器的主要目的是提高汽車安全性、可靠性、舒適性等，其耐惡劣環(huán)境技術(shù)要求不如發(fā)動機(jī)、
　　底盤用傳感器那么嚴(yán)格，一般工業(yè)用傳感器稍加改進(jìn)即可應(yīng)用。主要有應(yīng)用于自動空調(diào)系統(tǒng)中的多種溫度傳感器、風(fēng)量傳感器、日照傳感器等，制動門鎖系統(tǒng)中的車速傳感器，安全氣囊系統(tǒng)中的加速度傳感器，亮度自控中光傳感器，死角報警系統(tǒng)中的超聲波傳感器，圖像傳感器等。
　　4車用傳感器研究開發(fā)趨勢
　　由于傳感器在電控系統(tǒng)中的重要性，所以從某種意義上說，先進(jìn)汽車的競爭即是傳感器的競爭，世界各國對其理論研究、新材料應(yīng)用、產(chǎn)品開發(fā)都非常重視。 金剛石的耐熱性好、熱穩(wěn)定高，在真空中1200℃以上其表面才開始出現(xiàn)炭化，在大氣中也要600℃以上才開始炭化，利用這一特性，制作適用于高溫的熱敏傳 感器，從常溫到600℃范圍內(nèi)進(jìn)行溫度監(jiān)測與控制，并且適用在高溫且有腐蝕氣體的惡劣環(huán)境下使用，性能穩(wěn)定，使用壽命長，可用于發(fā)動機(jī)中的高溫測量。此外 金剛石在高溫下形變率很高，利用這一特性可制作高溫環(huán)境下使用的振動傳感器和加速度傳感器。與其它材料振動膜相結(jié)合可作為高溫、耐腐蝕、靈敏度高的壓力傳 感器，用于振動檢測以及發(fā)動機(jī)、氣缸壓力等測量。
　　光導(dǎo)纖維型傳感器由于其抗干擾性強(qiáng)、靈敏度高、重量輕、體積小、適于遙測等特點正受到人們的普遍重視。目前已有不少成熟的產(chǎn)品問世，如光纖轉(zhuǎn)矩傳感器，以及溫度、振動、壓力、流量等傳感器。
　　在開發(fā)利用新材料同時，由于微電子技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，傳感器正朝著微型化、多功能化、智能化方向發(fā)展。微型化傳感器利用微機(jī)械加工技術(shù)將微米級的敏感元件、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)處理裝置集成封裝在一塊芯片上。
　　由于其體積小、價格便宜、便于集成等特點，可以提高系統(tǒng)測試精度，例如把微型壓力傳感器和微型溫度傳感器集成在一起，同時測出壓力和溫度，便可通過 芯片內(nèi)運算消去壓力測量中的溫度影響。目前已有不少微型傳感器面世，如壓力傳感器、加速度計、用于防撞的硅加速度計等。據(jù)說在汽車輪胎內(nèi)嵌入微型壓力傳感 器可以保持適當(dāng)充氣，避免充氣過量或不足，從而可節(jié)約燃油10%。多功能化的特性使得傳感器能夠同時檢測2個或2個以上的特性參數(shù)。而智能傳感器由于帶有 專用計算機(jī)，因而具有智能特點。
　　此外，傳感器響應(yīng)時間、輸出與計算機(jī)的接口等問題也是重要的研究課題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，車用傳感器的技術(shù)必將趨于完善。
?