新技術(shù)、新應(yīng)用讓傳感器深入汽車電子設(shè)備的各個角落

今天的汽車，已經(jīng)不僅僅只是代步工具，它更肩負(fù)著改善生活品質(zhì)的意義。現(xiàn)在的汽車除了能省油節(jié)電，還需要更加安全、舒適以及人性化，這些性能全仰仗優(yōu)秀傳感器的應(yīng)用。正因如此，人們對傳感器技術(shù)的重視與日俱增，而該市場的發(fā)展速度也是令人吃驚的。

Strategy Analytics預(yù)測從2004年到2009年，全球車用傳感器將呈現(xiàn)9%左右的成長率，2008年市場需求量估計將可達14.87億個。中國市場更是車用傳感器發(fā)展的溫床，計世資訊(CCW Research)最新調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2006年中國汽車傳感器的市場銷售額達到3.9億美元，同比增長率為42.8%，2007年-2010年期間中國汽車傳感器市場銷售額的年度復(fù)合增長率將超過35%。預(yù)計2007年市場銷售額將達到5.4億美元，其同比增長率為36.3%；預(yù)計2009年市場銷售額將接近10.5億美元，其同比增長率為40.5%；預(yù)計2010年市場銷售額將超過13.2億美元，其同比增長率為35.2%。

汽車電子涉及到的傳感器種類繁多，我們將為你分析中國市場內(nèi)最具代表意義的傳感器技術(shù)發(fā)展概況，為你的相關(guān)設(shè)計工作提供一點啟示。

安全性能成主打，創(chuàng)新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)

隨著汽車的逐漸普及，人們對汽車安全性能、舒適性能的要求已經(jīng)越來越高，很多國家甚至制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來對此進行規(guī)范化管理。英飛凌科技北美公司汽車、工業(yè)和多元化電子市場部總經(jīng)理Christopher Cook表示：“美國汽車界要求汽車采用車輪胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)以滿足相關(guān)安全法規(guī)。我們的目標(biāo)是開發(fā)越來越智能化的傳感器，使汽車駕駛更加安全，油耗和污染排放進一步降低，在引擎管理中發(fā)揮越來越重要的作用?！倍渌貐^(qū)，特別是歐洲，TPMS也正日漸普及。人們對汽車安全性的重視度可見一斑。為了幫助客戶提升汽車產(chǎn)品的競爭力，各個傳感器廠商在技術(shù)發(fā)展上特別用心，除了繼續(xù)走智能化、集成化以及小型化路線以外，傳感器創(chuàng)新的應(yīng)用模式也不斷涌現(xiàn)。

英飛凌去年年底在Convergence 2006展會上推出了SP35胎壓傳感器，這是第一款將TPMS模塊所有功能融入單一封裝的器件。這個高度集成的器件安裝在印刷電路板(PCB)上，與電池和天線一起組成一個完整的TPMS模塊，使汽車行業(yè)供應(yīng)商可以經(jīng)濟有效地滿足美國安全法規(guī)的要求。該獨立封裝器件集成了帶有8位微控制器的微機電系統(tǒng)(MEMS)壓力、加速和溫度傳感器，TPMS模塊和電子控制單元之間通過調(diào)幅/調(diào)頻(AM/FM)、射頻(RF)發(fā)送器和低頻(LF)接收器進行無線通信。MCU芯片還帶有存儲器、電池電壓監(jiān)測器和高級功率控制單元。通過去除TPMS模塊中的獨立通信芯片，SP35使模塊設(shè)計復(fù)雜度和成本降低了大約10%。

與英飛凌SP35的單片TPMS解決方案相呼應(yīng)，飛思卡爾的8針腳胎壓監(jiān)測傳感器MPXY8020A也是一款高集成度產(chǎn)品。它由一個變?nèi)輭毫鞲衅髟?、一個溫度傳感元件和一個界面電路(具有喚醒功能)組成，所有這三個元件都在單塊芯片中(如圖1所示)。MPXY8020A可與遙控車門開關(guān)(RKE)系統(tǒng)結(jié)合使用，提供一個高度集成的低成本系統(tǒng)。

圖1：飛思卡爾胎壓監(jiān)視傳感器MPXY8020A結(jié)構(gòu)示意圖。

MEMS是面向汽車安全應(yīng)用的傳感器技術(shù)的一個亮點。專家最新提出一個汽車“黑匣子”的概念，該“黑匣子”用以監(jiān)控汽車的速度、安全帶的使用狀況以及由于汽車急轉(zhuǎn)彎、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，為駕駛者提供指導(dǎo)和預(yù)警幫助。這些系統(tǒng)配有加速感應(yīng)器和回轉(zhuǎn)感應(yīng)器，采用MEMS技術(shù)以減小器件尺寸和成本，并獲得了市場的認(rèn)可。Memsic公司北美銷售總監(jiān)John P. Pyle表示：“‘黑匣子’的市場將遍及全世界，我們預(yù)期未來所有的汽車生產(chǎn)商都將會安裝某種形式的黑匣子。這必將導(dǎo)致MEMS傳感器和加速感應(yīng)器市場份額的急劇擴大。我們預(yù)計到2007年，MEMS傳感器在汽車領(lǐng)域的銷售規(guī)模將達15億美元，這包括所有的MEMS傳感器和加速感應(yīng)器，其中加速感應(yīng)器占70%?！?

在高端的汽車中，人們常常會使用智能圖像傳感器來輔助駕駛。由于該傳感器價格昂貴，一直未能普及，但是就在近日，瑞士CSEM公司宣稱其利用ViSe智能圖像傳感器設(shè)計的實時視覺系統(tǒng)，能把汽車視覺系統(tǒng)的成本從數(shù)千美元降低到數(shù)百美元。CSEM采用了雙芯片解決方案，即該公司專有的視覺傳感器搭配ADI公司并不昂貴的Blackfin DSP。CSEM正計劃下一步把一個專有DSP芯片和其圖像芯片集成在一起，提供單芯片解決方案。

面向倒車系統(tǒng)應(yīng)用的傳感器技術(shù)也是目前的熱門之一。Murata推出了一系列超聲波傳感器產(chǎn)品用于倒車系統(tǒng)。以其MA40MF14-5B為例，該產(chǎn)品不僅具有小體積、防水、窄范圍檢測、響鈴時間短等特點，最特別之處為該產(chǎn)品采用了11050的不對稱光柵，以提高檢測的準(zhǔn)確性，避免誤操作。如圖2所示。

圖2：MA40MF14-5B光柵方位圖。

從精準(zhǔn)處入手，優(yōu)化發(fā)動機、底盤控制技術(shù)

作為汽車的核心技術(shù)，發(fā)動機控制系統(tǒng)和底盤控制系統(tǒng)對傳感器的要求一直以高精度與高可靠性為主。這類傳感器技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其市場也主要以北美和歐洲為主。在這個應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，為了進一步提升汽車的附加價值，傳感器廠商在精準(zhǔn)處下了不少功夫，如利用先進傳感器提升電池的使用效率等。

以德爾福公司新近推出的電池IVT傳感器為例，由于車載電子設(shè)備越來越多，使為其提供電力的電池和交流電機工作負(fù)荷不斷增大，因此對電池充電狀態(tài)(SOC)進行準(zhǔn)確計算以確保電池發(fā)揮最佳性能的重要性也日益突出。德爾福的電池IVT傳感器可幫助電池達到最佳性能，采用了IVT傳感器后，每加侖燃油能支持汽車多跑0.5英里。該電池IVT傳感器可精確測量作為確定電池工作狀態(tài)三大關(guān)鍵參數(shù)的電流(I)、電壓(V)和溫度(T)。德爾福公司創(chuàng)新及電子/電氣系統(tǒng)全球總監(jiān)Dave Wright表示，“在電池處于滿充狀態(tài)時，德爾福的電池IVT傳感器可減少交流發(fā)電機所需輸出的電力，從而降低發(fā)動機的機械載荷并達到提高燃料效率的目的?！?

圖3：傳感器在汽車中的應(yīng)用圖解。

目前中國生產(chǎn)汽車發(fā)動機及底盤控制系統(tǒng)的廠商并不多，因此在中國市場上，面向這類應(yīng)用的傳感器寥寥無幾。而面向車身控制以及信息娛樂系統(tǒng)的市場則非常大，市場上涌現(xiàn)了大批技術(shù)成熟的產(chǎn)品。如何將這些優(yōu)秀的產(chǎn)品加以創(chuàng)新的應(yīng)用，則是汽車廠商們面臨的首要問題，也是決定汽車“檔次”的關(guān)鍵問題。