探究解析汽車傳感器應用

摘 要：汽車發展已經逐漸由一種交通工具面向到最大的滿足人類各種生活需求和自身安全、享受、快捷方便及有益環境的要素進行轉變。綜合分析有關實現目標的關鍵手段在于汽車的電子化和智能化，最主要的還是要及時獲取各種信息，由此只有在汽車中合理采用各種傳感器才能達到相應需求。當今科技快速發展使得這些微型傳感器體積小，可實現許多全新的功能，便于大批量和高精度生產，單件成本低，易構成大規模和多功能陣列，這些特點使得它們快速應用于汽車產業。

關鍵詞：汽車傳感器 電子化 智能化

一、汽車用傳感器分類

汽車用傳感器是用于汽車顯示和電控系統的各種傳感器的統稱。它涉及到很多的物理量傳感器和化學量傳感器。這些傳感器要么是使司機了解汽車各部分狀態的；要么是用于控制汽車各部分狀態的。按在汽車上的作用可分為控制發動機、控制底盤以及給駕駛員提供各種信息用傳感器，構成這些傳感器的材料有精細陶瓷、半導體材料、光導纖維及高分子薄膜等；按輸出特性來分有模擬型傳感器和數字型傳感器；按構成原理來分，有結構型、韌性型和復合型。為方便起見，現按汽車傳感器的控制對象來分類。

二、微型傳感器在汽車中的應用

汽車上用的傳感器的種類很多，應用的方面很廣。下面分別從傳感器在汽車發動機控制、安全系統、車輛監控和自診斷等幾個方面的應用進行探究解析。

（一）汽車發動機控制用傳感器

發動機的電子控制一直被認為是MEMS技術在汽車中的主要應用領域之一。發動機控制系統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、位置和轉速傳感器、流量傳感器等。這些傳感器向發動機的電子控制單元提供發動機的工作狀況信息，供電子控制單元對發動機工作狀況進行精確控制，以提高發動機的動力性、降低油耗、減少廢氣排放和進行故障檢測。

1、溫度傳感器

汽車用溫度傳感器主要用于檢測發動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度傳感器有熱敏電阻式、線繞電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。這三種類型傳感器各有特點，其應用場合也略有區別。熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高、響應特性較好，但線性差、適應溫度較低。

2、壓力傳感器

壓力傳感器是汽車中用得最多的傳感器，主要用于檢測氣囊貯氣壓力、傳動系統流體壓力、注入燃料壓力、發動機機油壓力、進氣管道壓力、空氣過濾系統的流體壓力等。目前，致力于汽車用壓力傳感器開發和生產的主要公司有摩托羅拉，德科電子儀器，LucasNovasensor，HiStat，NipponDenzo，西門子，德州儀器等。

3、流量傳感器

流量傳感器主要用于發動機空氣流量和燃料流量的測量。進氣量是燃油噴射量計算的基本參數之一。空氣流量傳感器的功能：感知空氣流量的大小，并轉換成電信號傳輸給發動機的電子控制單元。空氣流量的測量用于發動機控制系統確定燃燒條件、控制空燃比、起動、點火等。空氣流量傳感器有旋轉翼片式、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等4種類型。

4、位置和轉速傳感器

曲軸位置與轉速傳感器主要用于檢測發動機曲軸轉角、發動機轉速、節氣門的開度、車速等，為點火時刻和噴油時刻提供參考點信號，同時，提供發動機轉速信號。目前，汽車使用的位置和轉速傳感器主要有交流發電機式、磁阻式、霍爾效應式、簧片開關式、光學式、半導體磁性晶體管式等，其測量范圍為0€啊？60€埃扔龐趢？.5€埃饌淝譴飥？.1€啊？

車速傳感器種類繁多，有敏感車輪旋轉的、也有敏感動力傳動軸轉動的，還有敏感差速從動軸轉動的。當車速高于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，測速范圍為0.5km/h～250km/h，重復精度為0.1%，距離測量誤差優于為0.3%。

（二）安全系統方面用傳感器

安全是汽車考慮的首要因素，用于安全方面的傳感器也很多，如有用于汽車安全氣囊的微型加速度計，測角速率的表面微機械陀螺等。

1、微加速度傳感器

目前，安全氣囊是而且將來也是MEMS技術的一個主要應用。所用的硅加速度計的量程一般為50gn。較早的如像摩托羅拉公司用體微細加工技術制作的硅加速度傳感器。

2、表面微機械陀螺

傳統的陀螺儀是由高速旋轉的轉子、內環、外環和基座組成，這種陀螺儀的內外環通常是用滾珠軸承支撐，這些通常是用機械加工方法制成，需要加工精度高、難度大、而且，做成的陀螺儀體積大、質量重。微機械陀螺是具有復雜的檢測與控制電路的MEMS裝置。

（三）車輛監控和自診斷用傳感器

在車輛監控和自診斷方面，MEMS技術的一個主要應用將是輪胎壓力監測；其次是應用于冷卻、剎車等系統的傳感器。此外，還有如像在亮度控制系統中使用光傳感器；在電子駕駛系統中使用磁傳感器、氣流速度傳感器；在自動空調系統中使用室內溫度傳感器、吸氣溫度傳感器、風量傳感器、日照傳感器、濕度傳感器；在導向行駛系統中使用方位傳感器、車速傳感器等。

（四）高溫微電子在汽車中的應用

高溫微電子在汽車發動機控制、氣缸和排氣管、電子懸架和剎車、動力管理及分配等方面的監控中都起著非常重要的作用。例如：用于發動機控制的高溫微電子傳感器和控制器將有助于燃燒的更好監測和控制，它將使燃燒的更加徹底，提高燃燒效率。但是，用傳統的硅半導體技術制作的微電子器件由于不能在很高的溫度下工作，已不能勝任。為了解決在高溫環境下溫度測量問題，必須研制一種新的材料來取代傳統的半導體材料。第三代寬能帶半導體材料SIC具有高擊穿電場、高飽和電子漂移速率、高熱導率及抗輻照能力強等一系列優點，特別適合制作高溫、高壓、高功率、耐輻照等半導體器件。集成的SIC傳感器可以直接與高溫油箱和排氣管接觸，這樣，能進一步獲得有關燃料燃燒效率和減少廢氣排放的更多信息。研究表明：一旦SIC半導體技術能解決好材料、封裝等技術而得到進一步的發展，SIC功率器件的工作范圍將超過傳統的硅功率器件，而且，其體積比硅功率器件也要小。

（作者單位：湖南機電職業技術學院汽車工程系）

參考文獻：

[1]左志江等譯.汽車傳感器[M].北京：化學工業出版社，2004.

[2]胡士旺《汽車電子設備原理與檢測》機械工業出版社，2009

[3]姜立標《汽車傳感器及其應用》電子工業出版社，2007