汽車傳感器發(fā)展綜述
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一、汽車傳感器市場規(guī)模大
市場研究數(shù)據(jù)顯示，2002年全球汽車傳感器的市場規(guī)模為70.1億美元，預(yù)計2005年將達到85.2億美元，年平均增長率為6.7%；全球2002年汽車傳感器的市場需求量為10.38億只，預(yù)計2005年將達到12.83億只，年平均增長率為7.3%。我國的汽車工業(yè)發(fā)展加快。估計2010年將達600萬輛的生產(chǎn)能力，若每輛車用10只傳感器，將需6000萬套傳感器及其配套變送器和儀表。
我國現(xiàn)有汽車2000萬輛，并且每年以5%以上的速度遞增，但是目前“電噴”汽車還只占10%左右，國家規(guī)定停止“化油器”汽車的生產(chǎn)，新出廠的汽車要求全部安裝“電噴”系統(tǒng)。上海聯(lián)合汽車電子現(xiàn)在年產(chǎn)120萬套“電噴”系統(tǒng)傳感器，約4000～6000元/套，其中，汽車傳感器占60%以上的產(chǎn)值。國內(nèi)電噴系統(tǒng)應(yīng)用傳感器占系統(tǒng)的70%以上，ABS傳感器的成本為50元左右，國內(nèi)產(chǎn)量為100萬套，產(chǎn)值為5000萬元；安全氣囊的傳感器占系統(tǒng)成本的70%以上，安全氣囊的傳感器售價為2000元左右，需求量為100萬套/年，則傳感器的產(chǎn)值可達20億元。
二、汽車傳感器舉足輕重
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(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。汽車傳感器對溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度和振動等各種信息進行實時、準(zhǔn)確的測量和控制。衡量現(xiàn)代高級轎車控制系統(tǒng)水平的關(guān)鍵就在于其傳感器的數(shù)量和水平。當(dāng)前，一輛國內(nèi)普通家用轎車上大約安裝了近百個傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量多達200只。
近年來從半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展而來的微電子機械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)日漸成熟，利用這一技術(shù)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，這些傳感器的體積和能耗小，可實現(xiàn)許多全新的功能，便于大批量和高精度生產(chǎn)，單件成本低，易構(gòu)成大規(guī)模和多功能陣列，非常適合在汽車上應(yīng)用。
微型傳感器的大規(guī)模應(yīng)用將不僅限于發(fā)動機燃燒控制和安全氣囊，在未來5～7年內(nèi)，包括發(fā)動機運行管理、廢氣與空氣質(zhì)量控制、ABS、車輛動力的控制、自適應(yīng)導(dǎo)航、車輛行駛安 全系統(tǒng)在內(nèi)的應(yīng)用，將為MEMS技術(shù)提供廣闊的市場。
三、國內(nèi)汽車傳感器生產(chǎn)水平低
自20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)汽車儀表行業(yè)引進國外的先進技術(shù)及與之相配套的傳感器生產(chǎn)技術(shù)，基本滿足了國內(nèi)小批量、低水平車型的配套需求。由于起步較晚，還沒有形成系列化、配套化，尚未形成獨立的產(chǎn)業(yè)，仍然依附于汽車儀表企業(yè)。
眾多轎車、輕型車及部分載貨車中采用新的電子產(chǎn)品，需要大批量、高水平的汽車傳感器，但國內(nèi)現(xiàn)有最高水平的汽車傳感器產(chǎn)品比國外同類產(chǎn)品落后10多年，每年要進口50萬套以上的高性能汽車傳感器。
許多傳感器廠家為了增強產(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，有的已成為幾大“電噴”系統(tǒng)廠家的下游供應(yīng)商。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。
伴隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)量的迅速增長，今后幾年國內(nèi)汽車工業(yè)對傳感器及其配套變速器和儀表的需求亦將大大增加，實現(xiàn)汽車傳感器國產(chǎn)化勢在必行。為適應(yīng)這一形勢，應(yīng)重點開發(fā)新型壓力、溫度、流量、位移等傳感器，盡快為汽車工業(yè)解決電噴系統(tǒng)、空調(diào)排污系統(tǒng)和自動駕駛系統(tǒng)所需的傳感器是十分迫切的任務(wù)。汽車傳感器對整車廠而言，是二級配套產(chǎn)品，必須以系統(tǒng)形式進入整車廠配套。一級系統(tǒng)配套商的實力關(guān)系到主機廠的品牌，所以必須建立系統(tǒng)平臺，以系統(tǒng)帶動傳感器的發(fā)展。
四、汽車上的主要傳感器
這里介紹汽車傳感器的核心——發(fā)動機控制傳感器和幾種傳感器新產(chǎn)品。
1 發(fā)動機控制傳感器
發(fā)動機管理系統(tǒng)（簡稱EMS）其采用各種傳感器，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。這些傳感器將發(fā)動機吸入空氣量、冷卻水溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速與加減速等狀況轉(zhuǎn)換成電信號送入控制器，控制器將這些信息與儲存信息比較、精確計算后輸出控制信號。EMS不僅可以精確控制燃油供給量，以取代傳統(tǒng)的化油器，而且可以控制點火提前角和怠速空氣流量等，極大地提高了發(fā)動機的性能。
通過噴油和點火的精確控制，可以降低污染物排放50%；如果采用氧傳感器和三元催化轉(zhuǎn)化器，在λ=1的一個狹小范圍內(nèi)可以降低排放達90%以上。在怠速調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，由于采用了怠速調(diào)節(jié)器，怠速轉(zhuǎn)速降低約l00r/min到150r/min，使油耗下降3%～4%。如果采用爆震控制，在滿負(fù)荷范圍內(nèi)可提高發(fā)動機功率3%～5%，并可適應(yīng)不同品質(zhì)的燃油。
2 胎壓監(jiān)測傳感器
胎壓監(jiān)測系統(tǒng)是在每一個輪框內(nèi)安裝微型壓力傳感器來測量輪胎的氣壓，并通過無線發(fā)射器將信息傳到駕駛前方的監(jiān)視器上。輪胎壓力太低時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，提醒駕駛員及時處理。這樣不但可以確保汽車在行駛中的安全，還能保護胎面，延長輪胎使用壽命并達到省油的目的。
上海世申信息技術(shù)有限責(zé)任公司推出的“靈泰”輪胎智能監(jiān)測系統(tǒng)的特色在于每個輪胎上均裝有車壓傳感器及無線發(fā)射系統(tǒng)，它們能夠精確地測量輪胎的氣壓和溫度并將這些信息通過無線信號傳輸?shù)桨惭b在車內(nèi)的接收器上。該系統(tǒng)讓您領(lǐng)略輪胎智能監(jiān)測的卓越品質(zhì)。本系統(tǒng)的微機電胎壓壓力傳感器采用壓電原理，并在傳感器的控制上采用加密技術(shù)，從而也可提高汽車的安全附加值。
根據(jù)美國汽車工程師學(xué)會統(tǒng)計，美國每年約有26萬起交通事故是由于輪胎氣壓偏低或漏氣造成的；而每年75%的輪胎故障是由于輪胎漏氣或充氣不足所引起的。由于上述的原因，美國立法規(guī)定新車必須安裝輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)。
3 一氧化碳傳感器
車內(nèi)空氣污染對有車族的健康構(gòu)成了新的威脅，這種威脅主要來自一氧化碳。隨著有車族數(shù)量的快速增加，車內(nèi)的空氣質(zhì)量開始受到關(guān)注。為此，深圳戴維萊傳感技術(shù)有限公司開發(fā)出Prr-2一氧化碳傳感器，專門用于保證車內(nèi)空氣質(zhì)量安全。該傳感器具有靈敏度高、抗干擾性強、功耗低（5mW）等特點，同時應(yīng)用簡單、使用壽命長，可以及時地監(jiān)測車內(nèi)空氣質(zhì)量。Pr-2一氧化碳傳感器分為車內(nèi)空調(diào)內(nèi)外循環(huán)的自動切換系統(tǒng)和轎車用、客車用一氧化碳報警器。
4 NOx凈化的傳感器
目前全球?qū)τ诘趸铮∟Ox）、粒子狀物質(zhì)（PM）等柴油車尾氣的限制越來越嚴(yán)格。在日本國內(nèi)，繼2003年的新短期尾氣排放限制標(biāo)準(zhǔn)之后，預(yù)定于2005年推出新長期尾氣排放限制標(biāo)準(zhǔn)。要想應(yīng)對這種限制，只改進柴油引擎的燃燒方式顯然不夠，因此后處理技術(shù)越來越受重視。選擇還原催化劑（SCR)法是NOx凈化技術(shù)之一，可以選擇性地將尾氣中的NOx吸附于催化劑，通過向催化劑噴射尿素，以還原反應(yīng)將NOx分解成氮和水并排放。三井金屬礦業(yè)開發(fā)的就是尿素SCR中需要的傳感器，可檢測SCR所需的尿素水的劑量是否合適。這種傳感器對于還原劑使用尿素水的氮氧化物（NOx）凈化裝置必不可少。
5 車輛防盜傾斜傳感器
富士通公司在2003年于日本橫濱舉行的“人與車科技展2003”上展出了車輛防盜用傾斜傳感器。該傳感器采用2軸加速度傳感器，可及時發(fā)現(xiàn)盜竊時車輛被托起而導(dǎo)致的車輛傾斜，并發(fā)出警報。此加速度傳感器由該公司自主開發(fā)，為靜電容量式。英國保險協(xié)會2003年4月決定向安裝防盜傾斜傳感器的車輛提供優(yōu)惠保險。類似的促銷活動今后也將在車輛被盜案劇增的日本展開，估計傾斜傳感器的市場需求將日趨旺盛。
6 汽車油壓傳感器
新型厚膜壓阻式無觸點汽車油壓傳感器，采用厚膜力敏技術(shù)（TFST）和表面微組裝技術(shù)（SMT）制作，監(jiān)測發(fā)動機潤滑油壓力，可實現(xiàn)機油低壓力報警。已通過臺架試驗、型式試驗和60000次耐久性試驗，可直接替代現(xiàn)有雙金屬片滑線式Y(jié)G2221G油壓傳感器。同現(xiàn)有滑線式油壓傳感器相比，具有精度高、無機械部件觸點、可靠性高、壽命長、耐腐蝕、能同數(shù)字化儀表匹配、成本低，性能價格比高等特點。已獲專利，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。
五、汽車傳感器的發(fā)展趨勢
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，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。
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。當(dāng)前，該技術(shù)逐步成熟，可以制作檢測力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量等各種微型傳感器。
多功能化是指一個傳感器能檢測兩個或兩個以上的特征參數(shù)或者化學(xué)參數(shù)，從而減少汽車傳感器的數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。
智能傳感器是一種帶微型計算機兼有檢測、判斷、信息處理等功能的傳感器。與傳統(tǒng)傳感器相比，他具有很多特點。例如，他可以確定傳感器工作狀態(tài)，對測量資料進行修正，以便減少環(huán)境因素如溫度引起的誤差；用軟件解決硬件難以解決的問題；完成資料計算與處理工作等等。世界各國都在車用傳感器硬件的基礎(chǔ)上，努力用軟件來解決汽車電氣干擾大、環(huán)境差（溫度高、溫度梯度大、污染厲害等）等問題造成的對汽車參數(shù)測量的影響。而且智能式傳感器精度高、量程覆蓋范圍大、輸出信號大、信噪比高、抗干擾性能好，有的還帶有自檢功能。不少汽車大公司在該方面進行研制與開發(fā)，并取得了成就并加以應(yīng)用。
其技術(shù)的發(fā)展方向是開展基礎(chǔ)研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，采用新原理，開發(fā)新材料，采用新工藝；擴大傳感器的功能與應(yīng)用范圍。開發(fā)新材料是發(fā)展汽車傳感器技術(shù)的一個重要方向。由于材料科學(xué)的進步，在制造各種材料時，人們可以任意控制其成分，從而可以設(shè)計與制造出各種用于傳感器的功能材料，例如控制半導(dǎo)體氧化物的成分，可以制造出各種氣體傳感器；光導(dǎo)纖維用于傳感器是傳感器功能材料的一個重大發(fā)現(xiàn)；有機材料作為功能材料，正引起國內(nèi)外汽車電子化專家的極大關(guān)注。
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