新型傳感器在汽車中的應用與發展

張俊杰

摘 要：現階段，在C-NCAP汽車碰撞測試與國Ⅵ汽車排放標準全面普及施行的背景下，汽車技術迅速向電氣化、智能化、網絡化和人性化發展，汽車行業和交通運輸業正迎來新的創新浪潮。正是得益于新型傳感器的研發推廣與科學應用，汽車產業才得以創新發展。因此本文對傳感器在現在汽車產業中的應用進行概述，并著重介紹當前市場中較為先進的車用傳感器，分析汽車傳感器在今后的發展趨勢。

關鍵詞：智能汽車;傳感器;應用與發展

一、傳感器概述

傳感器的主要組成部分有敏感元件和轉換元件，其工作原理為：通過敏感元件感受被測量信號的數據變化，并按照一定規律將被測信號轉化為電信號。傳感器的作用為：利用生物、物理或化學效應，將被測量對象的生物量、物理量、化學量轉化為電能。根據傳遞信號及種類的差異，傳感器又可分為以下三種類型：動力控制系統、安全管控系統、舒適調節系統，而動力系統是現階段應用市場最為廣泛、最具代表性的傳感系統。

傳感器因其使用方式及功能特征，故又被稱為“電五官”，對特定設備運行的監測及自動化設備的控制具有關鍵性的作用。其應用涵蓋汽車電子產品、電子通信產品、機械制造加工與工業化生產過程等眾多領域。目前全球市場上被使用的傳感器種類已達到3.5萬余種，并仍在以持續穩定的速度不斷增長，其中汽車市場所應用的傳感器種類及數量增幅最為明顯。世界上各個工業大國都致力于傳感器技術的研發與制造，每年涌現出的大量新型傳感器都引領著技術日新月異地發展。

二、新型傳感器在汽車產業中的應用

目前用于汽車的傳感器已多達300余種，并被廣泛應用于汽車運行系統的狀態監測，具體如冷卻液溫度、機油溫度、進氣壓力、行車速度、活塞位置、曲軸轉速等等。傳感器將上述被測項目的數據變化轉化為標準的電信號并傳輸至車載電腦進行算法分析，最終在電信號的比對結果中判斷汽車的運行狀態。現如今，隨著人們不斷提高對出行安全、舒適、高效的要求，越來越多的高科技產物——傳感器被應用于汽車上，以滿足人們對于汽車的需求。

（一）激光傳感器用于車輛限高檢測

在不斷發展的現代城市交通網絡中，各類交通設施與日俱增，為城市間的溝通往來提供極大便利的同時，也難以避免地帶來一些隱患，如城市交通樞紐、互通、天橋等復雜道路結構，使得道路安全難以保障。對此，交管部門在一些特定路段設置限高標志來進行防范，雖在一定程度上提升了出行的安全性，但由超高車輛意外闖桿造成的大型交通事故仍時有發生，而基于電子激光傳感器的車輛限高檢測系統則應運而生。

車輛限高檢測系統通過激光傳感器在道路口預先檢測車輛高度，同時傳輸至數據中心與道路運行狀態進行比對，使交管部門及時了解道路流量與通行車輛信息。

（二）3D視覺傳感器用于“無人駕駛車”

近年來，汽車的自動化水平及智能化程度不斷提高，汽車駕駛也逐漸向自動化、無人化發展，車輛的無人駕駛需要經過道路環境感知、行車計算分析、行駛控制執行、車機交互反饋等一系列程序，而上述技術都建立在汽車的視覺傳感器之上。

事實上，早在2018年3月，東莞的一家科技公司已將3D視覺傳感器研發成功并搭載于量產車中進行實際使用。3D視覺傳感器首次應用于交通運輸車輛中，通過傳感器與智能芯片的協同處理，使自動導引運輸車具備自動定位、識別動作、規劃路線、躲避障礙等多項高效精準的自動化功能。3D視覺傳感與現有的激光雷達形成良好的協同輔助功能，為自動化工具車提供視覺影像，使“無人駕駛車”變得聰明可靠。

（三）雷達用于傳遞空間感知

雷達在現代汽車中被廣泛應用于距離與速度的測量。其工作原理為：雷達在向一定區域發射聲波或者電磁波后，目標物體阻擋并產生回波，通過計算聲波發射與反射接收的時間可獲得目標物體的距離、距離變化率（徑向速度）、形狀尺寸、所處方位等信息。在設計之初，雷達最先被廣泛應用于軍事中，后來逐漸民用化。隨著汽車不斷加快向智能化發展的趨勢，雷達開始裝載在汽車上，使汽車具備測量前車距離、速度等功能。根據測量載體與精度的不同，汽車雷達又細分為毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達等，其功能各有不同。

毫米波雷達

毫米波雷達的優點眾多，應用廣泛，被作為ADAS的核心傳感器。波長在1mm到10mm之間的電磁波被成為毫米波，該波長介于厘米波和光波之間，換算成頻率后，毫米波的頻率處于30GHz～300GHz。毫米波同時具備微波制導和光電制導的優點，因此在實際使用中，毫米波雷達可以有效彌補如激光、超聲波、紅外光、攝像頭等其他傳感器在車載應用中所不具備的使用場景。此外，毫米波雷達在行車時的探測精度較高，可測量出較遠距離內車輛的速度、加速度、距離等行駛情況，相較激光有更強的穿透性，能夠輕松地穿透保險杠上的塑料，因此常被安裝在汽車的保險杠內。

三、汽車傳感器的發展趨勢

未來汽車發展被寄予零油耗、零排放、零堵塞、零事故、零操作等希望，而這些規劃布局都需要借助于汽車傳感器的進步與迭代，因此傳感器的發展趨勢也決定了汽車的未來。

（一）提升駕乘舒適性

隨著人民生活水平的不斷提高與現代技術的不斷發展，汽車的駕乘舒適性和便捷性不斷提升，除了基于現有傳感器實現的自動分區空調、自動大燈、座椅調節、自適應懸掛、自動雨刷和車內氛圍燈外，定速巡航、車機交互、環境感知、空氣凈化、L2級自動駕駛等各類新應用大量涌現，直接推動了車速傳感器、雨量傳感器、燈光傳感器、羅盤傳感器、紅外報警傳感器等的發展。這類傳感器隨著汽車人性化發展需求的不斷提升，具備很大的發展潛力。

（二）注重節能減排

發動機作為汽車的“心臟”，分布著溫度傳感器、流量傳感器、曲軸位置傳感器、油門踏板位置傳感器等大量傳感器，電子控制單元通過傳感器提供的數據對發動機的各項情況進行實時監控與準確控制，最終實現發動機動力性、可維護性的提升，并降低油耗和減輕排放。

四、結束語：

汽車在未來發展中電氣化、智能化、網絡化和人性化的趨勢很大程度上需要借助傳感器來實現，因此汽車傳感器的發展也影響著汽車的未來。隨著傳感器的持續發展，汽車的環境感知能力也在穩步提升，相信在不久的將來，智能汽車便能走進我們的生活，為出行的安全性、舒適性、可靠性和環保性提供保障。