汽车电子技术中传感器的应用探究

郭增波 李春红 马 罡

（克拉玛依职业技术学院，新疆 克拉玛依834000）

当前，随着汽车制造技术的不断进步，很多电子信息技术已经应用到汽车领域，直接关系到汽车的动力性、操控性、安全性等方面，传感器是汽车电子技术中的重要部分，可以实现对汽车运行状态的监测。由于汽车不断向着智能化发展，汽车内部会集成大量的高精度的传感器，可以采集到汽车每个运行部件的状态信息，将数据传输给汽车控制单元，从而实现对汽车的智能控制，深入研究汽车电子技术传感器的应用，可以更好地推动汽车产业的发展。

1 智能传感器简介

智能型传感器，不是传统意义上的采集模拟信号，它集成了传感元件、微处理器、电路板，智能性传感器的性能更为稳定，可以适应更为复杂的使用环境。传感器中具备通信接口，可以利用多种通信协议实现数据传输，可以实现与控制器等元件的协同工作，数据交互和逻辑判断变得更为便利。从智能传感器的使用功能来讲，智能传感器内嵌入式程序，可以为传感器具备逻辑判断、信息处理功能，将传感元件物理量变化转变为电信号，形成数字信号后从通信接口发送出去。还具有故障检测功能，上电后可以对传感器进行检测，提供工作人员进行处理。还可以对传感器采集的历史数据进行存储和记忆，对监测元件进行逻辑判断，从而把故障信息发送给控制器，可以为人机交互、智能控制提供良好的硬件支持。

2 汽车智能电子传感器必要性

传统的传感器功能较少，只能将采集到的物理量转变为电流、电压模拟量，采集精度也无法达到智能传感器的要求，传感器的稳定性、灵敏度、抗干扰能力等方面也存在着一些问题。随着汽车不断向着智能化、无人驾驶方向发展，传统的传感器已经无法满足汽车产业发展的需要，智能传感器可以达到汽车对传感器性能的要求，具有更多的功能和特点，还具有自动调节、逻辑判断功能，智能传感器是汽车电子技术的发展方向，会不断向着更高稳定性、高精度方面发展。

3 汽车电子技术对智能传感器的要求

当前，很多性能先进的汽车内部都安装有多个独立的智能控制单元，每个控制单元间保持相互独立状态，但每个单元间可以进行数据交互和协调工作，可以让汽车整体处于最合理的运行状态，这就对汽车电子技术提出了更高的要求：a.汽车要求电子操控系统可以准确、稳定输出控制指令，执行机构可以快速进行反应。早期的汽车电子技术设计采用的传统传感器、控制器和执行机构的控制系统无法满足汽车发展的要求，这就要求开发出具有软件控制功能、高稳定性的硬件来提高汽车内部电子元件的智能化程度，可以使数据采集传感器、控制单元更加稳定地进行工作，可以满足汽车运行工况的要求，从而推动汽车工作不断向前发展。b.集成化是汽车电子技术的重要发展方向，受到汽车空间的制约，要求电子器件尺寸不可以太大，还需要满足稳定性、精度的要求，这就要求汽车内的电子元件进行高度集成，可以更为方便地对汽车机械元件进行控制，使电子控制元件可以与机械元件实现紧密结合，预留出更多的空间给驾乘人员，需要电子元件向着集成化、微型化方向发展。c.随着汽车功能的不断完善，需要电子控制元件向着智能化方向发展，可以实现自我诊断和维护，并对汽车使用情况进行自检。比如，汽车的安全气囊，为了保证气囊的安全需要配制专用于气囊控制的单元，但安全气囊在很长时间内都处于停用状态，只有汽车受到外力撞击而达到设定的数值时方可以开启，这就要求控制单元可以及时、准确地将气囊打开。但是，出现撞击的可能性较小，这就要求气囊配套的控制单元具有自检功能，对气囊系统进行自我维护，保证发生意外情况下可以准确启动。同时，气囊多位于汽车的隐性部位，需要配套的控制单元和传感器进行高度集成。d.汽车功能部件的可靠性。汽车驾驶过程中需要保证运动部件有着很好的操控性，由于汽车会长时间处于驾驶过程中，很多部件都处于恶劣的运行条件下，比如，较高的工作温度、静止条件下承受外界低温、高速运动和冲击等，这就要求汽车电子元件和传感器有着很高的温度范围，具有承受振动和电磁干扰的性能，需要在恶劣环境下具备较高的稳定性，可以根据外界环境自我适应和调整。e.电子元件的成本控制。为使汽车配套的传感器可以得到广泛应用，推动汽车工业向着智能化、电子化方向发展，需要在保证传感器性能的前提下降低生产成本，可以使更多的传感器应用到汽车行业。

4 汽车智能化传感器的有效应用

4.1 发动机控制系统上的应用

发动机是汽车的心脏，可以为运动部件提供动力，驱动发电机给控制系统供电，而控制系统是汽车的大脑，智能传感器是汽车的神经中枢。汽车发动机中安装有智能传感器和执行组件，控制系统从发动机中的传感器来接收信号，可以了解到发动机的运行情况。并根据驾乘需要发送控制指令给发动机执行组件，发动机则会根据指令做出不同的反应。发动机内智能传感器可以监测到发动机冷却液温度、运行速度和机油压力等，是保证驾乘安全的重要辅助工具，可以为驾乘人员带来更好的体验，在汽车中主要应用如下多个方面：a.压力传感器，当前，压力传感器多用于对汽车制动液压系统、胎压系统的监测，比如，气压、歧管压力等，多采用电容式、压阻式、差动式和表面弹性波等传感器，可以根据监测需要确定不同功能的传感器。电容式的传感器有着很好的适应能力，信号的动态响应比较理想，可以达到较大的输入能量。电阻式传感器在使用过程中需要加入温度补偿装置，避免温度变化过大对采集精度造成影响。差动式传感器有着较好的数字信号输出能力，但不具备很好的电磁干扰能力。表面弹性波传感器集成度很高，不会占用太大的空间，质量和功耗都不高，有着很高的稳定性和灵敏度，可以在很宽的温度区间中运行，是汽车行业最为理想的传感器。b.转速器、车速等传感器，该种类型的传感器可以用于对汽车发动机运行速度、角度等进行监测和控制，多应用振动式、霍尔效应式、磁阻式等传感器。c.气体浓度和流量传感器，该类传感器主要用于对汽车排气气体、进气气体进行监测，进气传感器用于监测空气含氧量，根据燃烧比来对发动机进气量进行智能调整，可以使可燃气体浓度达到最理想效果，从而达到节能减排的目的，对尾气监测还可以降低对空气的污染。d.爆振传感器，该种类型的传感器可以对气缸压力、机械振动和发机动燃烧室噪音等进行监测，主要有磁致伸缩和压电两种类型。e.流量传感器，该种类型的传感器可以用于对吸入空气流量和燃油流量进行采集，控制系统可以根据设定的燃烧比对流量进行控制，控制好燃油的喷放量。

4.2 在汽车底盘控制系统的应用

该类传感主要用于监测变速器、动力转向系统和防抱死系统等，可保证汽车行驶过程中的安全，主要有：a.线性加速惯性传感器，应用微电子技术研制成压阻式、电容式传感器，主要对汽车加速度、自由度等进行监测，是智能汽车的重要控制部件。b.角度传感器，主要用于对悬架及稳定系统进行监测，内部集成芯片来对汽车元件的转数效率进行监测。c.变速控制传感器，对自动档变速箱进行监测，依赖具备较高精度的智能传感元件对油温、发动机负荷等进行数据采集，可以使车辆在节能降耗效果下取获取到更多的动力。d.动力传向传感器、防抱死感器等其它类型传感器，可以更好地保证汽车驾驶过程中的稳定性。

4.3 车身控制系统传感器

车身控制系统具有自动空调系统、车速监测锁门系统等。自动空调系统中利用温度传感器来对驾驶室内的温度进行采集，当超过设定温度上限值，则自动开启制冷系统，如果温度低于下限值，则为驾驶室的提供暖风，提供给驾乘人员舒适的体验。车速监测系统是指当汽车运行速度超过每小时30 公里，自动给车门上锁，可以更好地保证车内人员的安全。汽车遥感测距技术在无人驾驶汽车中得到了应用，测距传感器可以监测到车辆与不同物体距离，将距离参数传送给控制器，可以控制汽车进行加速或减速，是无人驾驶汽车重要的部件。遥感测距是根据雷达探测技术，传感器本体发出超声波信号，当超声波信号碰到障碍物以后会被反射到接收装置，可以实时、准确地获取到汽车与障碍物的距离。

4.4 导航控制传感器

导航传感器主要有车速传感器、陀螺传感器两种类型，汽车中配置的导航控制传感器需要与GPS、北斗系统进行结合，可以给汽车控制系统和驾乘人员更为全面、准确的交通信息，是无人驾驶汽车必须配置的功能，可以根据道路其它车辆信息进行路线和速度调整，也可以将汽车信息发送到导航系统中，可以让其它无人驾驶汽车感知车辆速度和位置，从而更好地保证车辆的安全性。

5 汽车智能传感器发展方向

5.1 与信息技术进行融合

前视红外传感器、距离传感器已经在美国空军得到了应用，可以对近幅前视红外图像、距离图像进行对比分析，将获取到的图像信息进行结合处理，应用特征级融合分析等技术对图像进行归类处理，可以得到理想的目标检测效果。

5.2 纳米技术

智能传感器技术将与纳米技术进行结合，纳米材料是对纳米级的物质颗粒经过烧结制成，具有很好的抗电磁干扰性能，纳米技术的进步会促进传感器的进一步发展，使得传感器性能得到很大提升，传感器的应用领域将会得到拓展。

5.3 化学传感器新技术和微电子机械技术

将有机和无机生物化学相关理论应用于传感器中来，提高化学材料的适用范围，把生物工程技术、微电子技术等进行结合，可以使传感器的性能得到优化和改进。随着加工技术的不断进步，微型电子机械可以使传感器的体积变得更小，重量和功耗也会减少，而数据采集精度、可靠性和响应速度等性能会得到提升。

5.4 仿生传感器技术

生物传感器需要将生物医学、工程学等学科知识结合起来，利用生物酶、活性物质等建立起新型的传感器，有着很长的使用寿命。利用生物感应膜来识别对象的信息，离子通道可以获取到生物膜的信号，并进行放大和传输，是一种生物体模拟传感器。

随着传感器技术的进步，更多的智能传感器被应用到汽车领域，新型的传感器将会不断向着实用性方面不断发展。同时，汽车行业的发展也会促进智能传感器性能的提升，可以更好地保证驾乘人员的生命安全，提供更好的驾驶体验。