新型傳感器和智能檢測系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用

于秩祥

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院實驗實訓(xùn)與職業(yè)技能管理中心，江蘇 徐州 221116）

新型傳感器和智能檢測系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用

于秩祥

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院實驗實訓(xùn)與職業(yè)技能管理中心，江蘇 徐州 221116）

車用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)和智能檢測系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。根據(jù)車用傳感與檢測技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合汽車發(fā)動機(jī)、底盤、車身和安全系統(tǒng)的特點，分析幾種新型車用傳感器和智能檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和實際應(yīng)用。

汽車傳感器；智能檢測；應(yīng)用

汽車電子控制系統(tǒng)由中央控制單元 （ECU）、傳感器和執(zhí)行器三大部分組成。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)實現(xiàn)閉環(huán)控制的重要部件。汽車電子控制系統(tǒng)以電控單元為控制中心，利用安裝在發(fā)動機(jī)、變速器、底盤、車身、舒適和安全等系統(tǒng)上的各種傳感器，檢測出汽車運行時各部件總成的運行參數(shù)，將其輸入電控單元中，再按照控制單元中預(yù)存的控制程序精確地控制汽車上的各種執(zhí)行器，滿足汽車在各種工況下都能正常行駛，使汽車各總成部件運行處于最佳狀態(tài)。另外，智能檢測系統(tǒng)利用各類傳感器在汽車行駛時監(jiān)控周圍狀況，使汽車安全性有了較大的提高。

1 汽車傳感器的特點

汽車傳感技術(shù)是隨著汽車電子的發(fā)展而發(fā)展起來的一種技術(shù)。汽車傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車運行過程中的各種工況信息 （如動力總成運行參數(shù)、底盤部件運轉(zhuǎn)參數(shù)、車身和舒適系統(tǒng)運行參數(shù)等）轉(zhuǎn)化成電信號輸送給中央控制單元，使汽車處于最佳運行狀態(tài)。汽車傳感器可對溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、濕度、電磁、光電、氣體、振動、圖像等信息，進(jìn)行實時、有效而準(zhǔn)確的測量和控制。由于汽車行駛環(huán)境中溫度和氣候條件差別極大，因此要求傳感器具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，能在-50~150℃ （個別傳感器可在1 000℃以內(nèi)）的環(huán)境中正常工作；同時，汽車傳感器還要經(jīng)受來自發(fā)動機(jī)內(nèi)部、電器部件工作時的各種干擾，能防止酸、堿、鹽、油等物質(zhì)的腐蝕，以及行駛過程中的路況引起的振動。因此，汽車對傳感器的要求極為苛刻，汽車傳感器必須具有穩(wěn)定好、精度高、響應(yīng)快、可靠性好、抗干擾和抗震能力強(qiáng)、使用壽命長等特點。

2 新型傳感器在汽車上的應(yīng)用

1）多功能型進(jìn)氣管傳感器 在電控柴油發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣管上采用了組合型的傳感器 （即壓敏電阻式傳感器），測量柴油機(jī)進(jìn)氣管壓力的情況，同時在一個殼體內(nèi)還封裝了NTC型進(jìn)氣溫度傳感器，如圖1a所示。因此，實現(xiàn)用一個多功能型傳感器進(jìn)行多種參數(shù) （進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣溫度）的測量，以達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊、降低質(zhì)量和使用方便的目的。圖1b為壓力傳感器的特性曲線，即其輸出電壓隨壓力變化的關(guān)系。進(jìn)氣溫度傳感器的特性如圖1c所示，即輸出電阻隨溫度變化的關(guān)系。

2）微型壓力傳感器 隨著微電子 （MEMS）技術(shù)的進(jìn)步，汽車用的傳感器體積做得越來越小，功能也越來越智能化 （圖2a）。微電子技術(shù)和集成化技術(shù)的壓力傳感器是將檢測單元和處理電路直接集成在一個傳感器芯片中。圖2b為不同測量范圍的傳感器及其相應(yīng)的測量方法，其共同特點是先將被測壓力轉(zhuǎn)換為敏感材料的變形，再利用應(yīng)變片將敏感材料的變形轉(zhuǎn)換為電阻的變化，然后利用以電橋為基礎(chǔ)的放大電路、溫度補償和校正電路，最后得到被測壓力值。

3 智能檢測系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用

1）碰撞緩解系統(tǒng) 碰撞緩解系統(tǒng)又稱防止追尾系統(tǒng)。以奔馳公司的預(yù)防性安全為例，主要裝配在奔馳E級和S級轎車上。該系統(tǒng)是依靠車頭傳感器、中央后視鏡背面的攝像頭、轉(zhuǎn)向角度傳感器、橫向加速度傳感器和車速傳感器共同采集信號，再由系統(tǒng)融合各個數(shù)據(jù)，從而評估車輛與前車發(fā)生危險的程度，隨后便發(fā)出信號使車輛自動制動。當(dāng)車輛時速在30 km／h以下時，系統(tǒng)會使車輛實施全力制動，避免發(fā)生碰撞；時速30 km／h以上時，系統(tǒng)只施加部分制動力，降低車輛速度。這套系統(tǒng)還可以實現(xiàn)在緊急情況下與安全帶預(yù)緊等功能聯(lián)動，保證駕駛員的安全。

如圖3所示，系統(tǒng)集成了主動預(yù)防車前方碰撞的功能，在檢測即將發(fā)生碰撞時，制動系統(tǒng)可以自動施加最大-0.4 g的加速度，確保將損失最小化。此時系統(tǒng)已經(jīng)可以在碰撞前0.6 s時 （這個時間值是系統(tǒng)根據(jù)前后車的相對速度和間距計算所得的），使自動制動的力度達(dá)到最大值。

2）紅外夜視系統(tǒng) 紅外夜視系統(tǒng)屬于汽車上主動安全系統(tǒng)的一個組成部分。紅外夜視系統(tǒng)是利用紅外圖像傳感器和紅外燈，在黑暗的光線條件下實現(xiàn)視頻監(jiān)控的，采用主動紅外攝像技術(shù)來實施檢測。主動紅外圖像技術(shù)，即利用紅外燈來實現(xiàn)紅外輻射，發(fā)出人眼看不見的紅外光去照射景物和環(huán)境，即可使用普通低照度CCD黑白攝像機(jī)或紅外低照度彩色圖像傳感器去檢測周圍景物反射回來的紅外光，從而實現(xiàn)夜視功能。

例如，德爾福公司主動安全系統(tǒng)中的紅外夜視系統(tǒng)應(yīng)用在紅旗H7轎車上，如圖4所示。紅外夜視系統(tǒng)依靠集成在前照燈內(nèi)的近紅外光源，照射車輛前方22°的扇形區(qū)域，前照燈發(fā)射出不可見紅外線，當(dāng)紅外線遇到障礙后會反射回來，反射回來的紅外線被特制攝像頭接收，由攝像頭收集圖像進(jìn)行光譜分析，車內(nèi)儀表板的顯示屏?xí)@示更清晰的前方影像。同時，利用該功能可以避免因會車時，對方車輛遠(yuǎn)光燈給駕駛員的眼睛造成 “炫目”，減少交通事故。

4 結(jié)語

新型傳感器和智能檢測系統(tǒng)在汽車上的綜合應(yīng)用，體現(xiàn)了汽車電子制造技術(shù)和傳感檢測技術(shù)的快速發(fā)展，使汽車的結(jié)構(gòu)和性能得到了顯著改變，有利于汽車向輕量化、智能化和多功能化方向發(fā)展。同時，優(yōu)化了汽車動力系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)和安全系統(tǒng)，使各個系統(tǒng)通過總線技術(shù)相互協(xié)調(diào)，保證汽車在各種運行工況下處于最佳工況，在汽車行駛中實時檢測汽車的運行狀態(tài)，保證了汽車安全可靠地運行，降低了汽車燃油消耗，提高了汽車安全性。

［1］ （德） Robert Bosch.博世汽車工程手冊 （第3版）［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2008.

［2］董輝.汽車用傳感器［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.

［3］王紹銧，李建秋，夏群生.汽車電子學(xué)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

［4］于秩祥.汽車傳感器原理與應(yīng)用［M］.長春：吉林人民出版社，2013.

［5］于秩祥，張建新，秦雪.傳感器在汽車上的綜合應(yīng)用分析［J］.安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013（5）：4-8.

（編輯 楊 景）

Application of New Types of Sensor and Intelligent Detection System in Automobiles

YU Zhi-xiang
（Jiangsu Jianzhu Institute， Xuzhou 221116， China）

As an information source of automotive electronic control system， the sensor is a key component in automotive electronic control system and intelligent detection system.According to the development of vehicle sensor and intelligent detection technology， the structures， operational principles and practical applications of several new types of sensor and intelligent detection system are analyzed here.

vehicle sensor； intelligent detection； application

U463.6

B

1003－8639（2014）04－0058－03

2013-07-22；

2013-10-31

于秩祥 （1983-），男，吉林通化人，實驗師，主要從事汽車和工程機(jī)械理論和實踐教學(xué)、發(fā)動機(jī)檢測和性能分析。