汽車傳感器應(yīng)用現(xiàn)狀

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。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。據(jù)報道，2000年汽車傳感器的市場為61.7億美元(9.04億件產(chǎn)品)，到2005年將達到84.5億美元(12.68億件)，增長率為6.5%(按美元計)和7.0%(按產(chǎn)品件數(shù)計)。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(dǎo)航系統(tǒng)中。

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(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(100％RH，-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(shù)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(guān)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(dǎo)致發(fā)動機控制系統(tǒng)難以正常工作或產(chǎn)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(yīng)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(yīng)特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性差，適應(yīng)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(chǎn)品有熱敏電阻式溫度傳感器(通用型-50℃~130℃，精度1.5％，響應(yīng)時間10ms；高溫型600℃~1000℃，精度5％，響應(yīng)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(dǎo)體膜空氣溫度傳感器(-40℃~150℃，精度2.0％、5％，響應(yīng)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(nèi)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(yīng)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(yīng)特性好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點；壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大，需要另設(shè)溫度補償電路，但適應(yīng)于大量生產(chǎn)；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(zhì)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?？諝饬髁康臏y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(zhuǎn)翼片式（葉片式）、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等四種類型。旋轉(zhuǎn)翼片式（葉片式）空氣流量計結(jié)構(gòu)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(chǎn)，成本低。空氣流量傳感器的主要技術(shù)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(yīng)時間＜10ms。

4.位置和轉(zhuǎn)速傳感器

位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開度、車速等。目前汽車使用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)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(zhuǎn)的、也有敏感動力傳動軸轉(zhuǎn)動的，還有敏感差速從動軸轉(zhuǎn)動的。當(dāng)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(fù)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(nèi)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(diào)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(nèi)具有良好線性度。

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(zhuǎn)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(yīng)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(shù)的廣泛應(yīng)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。

自動變速器系統(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(zhuǎn)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(zhuǎn)角傳感器等；動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用傳感器主要有：車速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、油壓傳感器等。

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、可靠性和舒適性等。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(yīng)用。主要有用于自動空調(diào)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)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。

導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用，導(dǎo)航用傳感器這幾年得到迅速發(fā)展。導(dǎo)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(zhuǎn)角傳感器等。

汽車傳感器發(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(yīng)用和新產(chǎn)品開發(fā)都都非常重視。未來的汽車用傳感器技術(shù)，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(dǎo)體集成電路技術(shù)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(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(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。由于基于MEMS技術(shù)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(shù)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(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，以減少ECU的復(fù)雜程度，減少其體積，并降低成本。

總之，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。