传感器在汽车上的应用研究

罗宏

摘要： 人类文明进入现代的一大重要标志就是汽车，现代社会发展中，汽车已经成为人们出行必备的代步工具。而随着科学技术的革新优化，传感器在汽车中的应用必不可少。传感器借助计算机，可以全方位掌握汽车各项参数，保证驾驶的安全性与舒适性。本文就将详细探究传感器在汽车中的具体应用，以期加快我国汽车产业的前进脚步，为大众造福。

Abstract： The automobile is an important symbol of human civilization entering modern times， modern society is developing， cars have become a necessary means of transport for people to travel， with the innovation of science and technology optimization， Sensors are essential for automotive applications. With the help of a computer， you can fully grasp the parameters of the car，also you can ensure the safety and comfort of driving. This paper explore the specific application of sensors in cars， in order to speed up the pace of China's automobile industry， for the benefit of the public.

关键词： 传感器;汽车;应用

Key words： sensor;automobile;application

中图分类号：U463.99                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）24-0218-03

0  引言

工业化时代的到来，汽车出现在大众视野，并成为重要的代步工具。对于汽车的研究也随着人们需求的增加逐渐加大，机电一体化的出现为汽车发展带来了新的支持，其中以传感器的安装带来的优势最为明显。通过传感器作业能够完全掌握汽车运行状态，一旦汽车存在故障隐患，传感器凭借其自动检测功能就会事先感知，保障汽车的功能性，确保驾驶的安全性。可以说，汽车的高效安全行驶离不开传感器的帮助。

1  传感器的概念构成及类型划分

1.1 概念

根据我国国家标准（GB/T766522005），将传感器定义为能够感知规定被测量并将接收信号快速转化传输到指定设备器件上的一种有效装置。敏感元件和转换元件是传感器中较为重要的组成部分。

1.2 传感器构成

传感器中较为重要的构成元件以敏感元件、转换元件、自动测量控制电路这三种为主，敏感元件能够精准的感受到被测对象的具体情况，并做好信号的接收和传输工作;转换元件是根据物理原理，将敏感元件感受的非电量信息转化为电量信息，为后续工作铺垫。

1.3 传感器的类型划分

汽车是电机一体下的综合产物，而传感器则是汽车中用于进行系统控制的重要构件，随着汽车在社会上的不断推广，用户对传感器的需求也在不断增加，各种不同类型传感器出现在大众视野。工程中涉及到的传感器类型多样，通常情况下，一种物理量适合多种不同的传感器加以测量，相应的，同一类型传感器也适合测量多样化的物理量，这也导致传感器的划分方式存在多样化。目前被广泛应用的几种方法包括：其一，以被测量物理量的差异划分;其二，按照传感器本身的工作原理差异划分;其三，以信号变换方式划分;其四，以传感器不同的能量关系划分;其五，以传感器各异的输出量划分。

2  汽车传感器的特征

汽车传感技术是在电子技术基础上发展衍生而来的新型技术种类。汽车传感器也是在电子控制系统的基础上安装的一种能够对汽车运转信号及信息资料进行收集、传输和转化的重要技术，对于提升汽车控制效果有着现实意义。汽车传感器能够将温度、压力、位置、转速、加速度、流量、湿度、电磁、光电、气体、振动、图像等信息内容实行收集和转化处理，快速传输到指定系统模块中，开展测量和控制作业，使汽车在各种情况下均能够顺序运行，降低外界不良因素带来的干扰和影响，增加汽车安全系数。同时，在传感器的作用下，汽车的抗腐蚀、稳定性、抗震性、精准度均得到了较大提升，能够准确了解运行中的路况变化，做到科学处理。

具体来说，汽车传感器的特征为：一是适应性。汽车作为目前社会上较为重要的交通工具，会在各种情况下展开工作，传感器则会对汽车所在区域的温湿度、震动及冲击效果予以收集和整理，传输到指定系统完成汽车调整作业，减少恶劣环境对汽车的损伤，延长汽车的使用寿命。二是稳定性与可靠性。传感器可在长时间工作中对输出量加以科学把控，实行自动调整，保证汽车长时间驾驶中的稳定性，减少意外问题的出现。三是精准性。传感器的运用可提高电子控制系统的运行质量，确保汽车的安全运行。四是小型及轻量化。汽车内部空间有限，需要对传感器的体积和重量加以控制，确保傳感器的正常使用。五是通用和批量生产。传感器作为消耗品的一种，可在满足精度与质量要求的基础上对其进行批量生产，并优化通用性能，以优化安装质量，加快维修养护速度。六是标准性。传感器的制作应完全符合国家规定标准要求。

3  在汽车中传感器起到的重要作用

城市发展中，汽车数量不断增多，而汽车中最为重要的部分就是传感器。普通汽车上传感器安装数量在百个左右，豪华型汽车的传感器可达到上千个。且根据结构功能的不同，传感器种类及功能也会存在较大差异。目前常见的传感器类型有温度、压力、流量、速度、位置、气体浓度、光照、湿度及距离测量等，上述类型的传感器能够满足过去汽车生产的各项需求，而时代的推进，使得汽车工业发生革新升级，为让汽车更具安全性和舒适性，如今一辆普通型汽车中要更多的利用到电子节气门控制和停车诱导。上述类型的传感器往往关乎一辆汽车的整体性能，可准确反映汽车的检测和诊断、温度传达、压力、速度与湿度情况。可以说传感器相当于一辆汽车的中枢神经，各项控制管理离不开传感器功能的发挥。若传感器存在问题，则汽车将无法正常行驶。

汽车作为机电一体化的重要产物，传感器的科学安装，可在原有基础上，增加智能化、自动化发展目标，并通过互联网的科学利用，增强汽车控制效果，解决传统问题带来的不良影响。另外，传感器的应用将光导纤维技术、微电子技术等高效融入到汽车控制系统中来，从而实现智能化发展，保障汽车行驶的安全性和舒适性。

4  汽车上中传感器的确定

4.1 灵敏度

灵敏度指的是汽车传感器中输出的额定电压与被测电压变化结果的展现。

比如，若想有效管理发动机中水温冷却液的温度，此时热点式水温传感器为最佳选择，通过该类型传感器的应用，能够对冷却液温度予以准确了解和掌握。如果温度在140摄氏度，标准电压值在0～5V内，这时传感器灵敏度的确定值为5V/140℃。

4.2 分辨率

分辨率指的是传感器能够感应到的信号变化情况。如汽车发动机上安装的曲轴传感器，其分辨率要求控制在0.1左右，超出这一范围可能会导致发动机的高负荷运转，增加故障发生概率，相应的脉冲变化参数也要控制在0.1左右，注重两者适配性。

4.3 量程

量程是传感器能够测量到的数据集值加和，该范围最大不能超过上限，最小不得低于下限。比如，对于汽车车身高度的测量，需使用适合汽车用的激光传感器，该传感器测量值最大不得超过60毫米，最小不得低于-60毫米，故此确定该传感器量程为极大值与极小值绝对值的加和，即120毫米。

4.4 以响应时间确定

响应时间，顾名思义，就是传感器在收到刺激信号后，输出值从最高到最小这一过程的总时长。一般情况下，汽车传感器响应时间在10RES以内，该范围意指运行状态的传感器，信号持续输入时间的增加范围要控制在10毫秒以内，说明传感器在规范要求内作业。且该标准值不是固定不变的，不同工况下的汽车，响应时间不同。

4.5 以可靠度确定

该参数为传感器稳定响应与持续运行时间的比率。如果传感器可靠度数值在0.994，则说明汽车运行时间为不间断工作时间30000h，有99.4%的时间传感器能够保持正常工作状态，有效传输信息。

4.6 误差选择

误差是测量指示值与真实值之间的差异，一般会利用绝对值或者满量程比来表示。如温度传感器的绝对误差0.2摄氏度，空气流量传感器误差±1%。传感器误差要按照系统要求加以有效处理，保证其科学性。

4.7 重复性选择

重复性指的是传感器在工作状态下，被测量的统一数值经过反复检测后保持一致性的一种方式。如开展发动机转速测量时，重复测量的数值会保持一致性特征或满足误差在规定范围内的要求。

4.8 线性度选择

线性度值指的是输入与输出中的曲线与理论拟合直线间的偏差。偏差的大小应在规定范围内，且具有较好的重复性特征。

4.9 过载选择

过载是传感器运行中所能承受的最大输入量。输入量之下能够保证传感器各项指标符合要求，超出该范围，则会引发故障。该值一般会以允许超出的测量上限的被测量值与量程百分比来表示，选择要求参数必须符合说明书上的规定要求。

5  汽车中传感器的具体运用

5.1 不同类型传感器的检测内容

汽车传感器的种类有很多，且不同类型传感器功能和应用存在明显差异，在传感器检测中，需要根据实际情况给出针对性的检测方案，确定传感器的性能指标。常见的传感器及其检测内容为：

一是温度传感器。是进行发动机、燃油、冷却水等设备温度把控的重要设施，在检测过程中会将收集到的数值直接转化成电，以电信号的方式开展分析工作，确定设备开启及喷油嘴针阀的运行时间。

二是压力流量传感器。其作用于气缸、大气和发动机等设备中，目的是对气压参数变化情况加以测量，测量参数可被应用到确认控制点火及燃料喷射的设计上。

三是旋转流量传感器。对发动机专属、汽车车速等数值予以详细了解，合理控制燃油使用量，做到科学配置。

四是氧化传感器。用于检测空燃比情况，对喷油脉冲实行科学调整和控制。

五是流量传感器。分为两种，即空气流量传感器和燃料流量传感器，前者控制空气量的进入情况，后者是检验燃料流速的重要装置。

六是爆震振动传感器。可对发动机点火振动停止的原因加以检测和了解，科学调整点火停止时刻。

5.2 传感器应用

5.2.1 电子控制汽油喷射系统

随着汽车生产行业的发展，化油器得到革新优化。使用汽油发动机的汽车，化油器已经成为过去式，取而代之的是更加智能化的汽油噴射系统。该系统内部拥有多样化的传感器，故而功能齐全完善。其一，在进气管处设有空气流量传感器，可明确气缸中的实际空气量，并将该信息迅速传至计算机控制系统，由该系统围绕最佳空燃比展开科学分析，明确最佳喷油量。其二，在进气管处设有温度传感器，负责实时监测温度变化。结合上面检测到的进气密度，其与温度存在较大差异，传感器利用相应的检测信号，合理调整喷油和点火。其三，于发动机冷却水处设有水温度传感器，方便时刻掌握发动机温度。若想明确发动机是否为冷启动状态，则计算机可凭借相应信号作出判断，之后适当管理冷启动喷嘴，持续供给油量，顺利启动。其四，大气压力传感器将信号输入到计算机后，由计算机自动化处理进行油量修正，控制点火。其五，节气门中传感器的安装可对节气门开度情况予以实时监测，获取准确的信号数据，并将其传输到计算机内，进行自动化分析和控制，保证燃油喷射效果。其六，发动机与曲轴角度上安装的传感器，能够对发动机转速及曲轴角度变化特征加以明确掌握，进而判断气缸活塞的所在位置，以及计算机输出供油和点火修正信号。其七，在排气管处设有氧化传感器。该传感器能够明确尾气中氧的实际数值。为管理该数值，可以利用控制系统，适当调整喷油量，进而管控三元催化装置。其八，在发动机体设有爆震传感器，该传感器可以及时发现爆震燃烧类隐患。利用相应信号完成点火提前角的管理。其九，在转速表中设有车速传感器，以调整空燃比的方式，解决计算机发送机的怠速、加速问题。

5.2.2 电子控制自动变速器（ECT）中传感器的运用

ECT要利用燃油电子喷射系统对转速与发动机水温等信号做出检测，通过位于节气门、驱动轴部位的各种传感器，将节气门开度和车速转变为电信号，之后将该信号传给电子控制系统，使用自动变速器计算机展开分析，同时输出信号，传给电磁阀，进而对油压回路实行精准管控，成功调整档位。

5.2.3 制动防抱死系统（ABS）中传感器的运用

针对ABS，计算机控制系统可以利用差异化的车轮传感器完成信号输出，并探究不同车轮的速度浮动范围，驱动液压调节器中的电磁阀，进而有效掌控制动力，加强车辆行驶安全性，平稳性。

5.2.4 安全气囊中传感器的运用

安全气囊关乎汽车驾驶者的生命安全，属于极为关键的被动安全装置。当汽车遭受一定程度撞击时，计算机控制器能够在第一时间产生电流信号，该信号可以瞬间激活气囊中的氧化物，使其发生化学反应，产生的氮气充满气囊空间，从而减轻驾驶员的受伤害程度。设在气囊前方和中央的碰撞传感器可以及时检测碰撞信号，判断其强度，作出精准反应。该类型传感器按照结构差异，可分为偏心锤式和压电式。

5.2.5 防撞系统中的应用

在汽车行驶过程中，会因为安全距离的不恰当而出现碰撞事故，威胁汽车安全性。为此，会在汽车上安装专门的传感器设备，对汽车车速及本车辆与前后车的距离展开实时监督和检测，及时将收集到的数据资料传输到控制系统中，通过控制系统的分析，确定行驶安全性与否，给出相应的报警信号。当传感器检测到车辆存在行驶车速过快或距离较近等问题后，系统会自动实施报警处理，提醒驾驶员保持安全车距，避免意外情况的发生。如果驾驶员并未按照要求加以处理，相应控制系统会自动控制车速，增大车辆安全系数，避免危险事故的发生。

6  汽车中传感器的发展前景

汽车行业快速发展的过程中，也逐渐加大节能环保的重视力度，汽车电子控制技术可以有效管控汽车排量和燃油，实现环保节能目标。随着该项技术水平的提升，对传感器要求也有所提高，未来传感器的发展将逐渐向着集成化、微型化、智能化、多功能、高精度、高可靠性等方向迈进，相应的传感器材料及制作工艺也将得到进一步优化和提升。

6.1 更加智能  在未来，科技更发达，汽车中的传感器信息储存功能更加完善，准确判断标准逻辑，并联合等效传感器和微型机，使信息处理和电路的集成管控利用一块芯片就能实现，自动诊断、多参数测量和误差补偿是智能化的具体体现。

6.2 更加微型  微电子机械系统（MEMS）技术和计算机辅助设计技术，敏感元件处理，数据处理组件上安装芯片作为一个统一的信号微米。该处理方式的优点是体积更加微型，造价小，且使用时间较长，准确性更强。某种角度来说，可以代替传统传感器，被更多领域加以利用。

6.3 功能更多样  许多敏感元件组装于一体，统一的材料一起或单独在一个芯片上的多功能传感器，具有的功能更加多元。该类型传感器适合差异物种参数的检查工作，一个传感器即能起到从前需要依靠多个传感器共同作业的作用，简化汽车内部构造，增强整个系统的安全性。

6.4 集成化  该方向主要是利用微电子技术将敏感元件与处理器集成在一个芯片上，应用到传感器中，做到统一管理和控制，缩减汽车内部传感器安装数量，保证汽车质量和安全。

6.5 高精度与高可靠性  在废气排放管控日益严格的情况下，为降低有害气体排放量，缓解现存的燃油危机问题，这会对汽车动力、底盘及车身技术提出更高的要求，要求汽车在保障大功率的同时，降低污染排放及能源消耗，实现科学管控，这就需要满足高精度、高可靠性的要求，提高传感器性能指标，保持汽车的良好运行效果。

6.6 新型材料的加入  传感器要想得到创新优化，就必须引入新材料。如纳米原料、超导材料，这些材料的应用将推动汽车行业的发展，创造了更大的社会效益。

6.7 设计新型传感器  依据原有传感器的原理，融合多种物理、化学的生物效应，打造拥有新工作原理的传感器。该方面的进步，能够促使传感器进入新的发展领域，持续扩大敏感功能材料的应用范围，加大其影响力，开拓低成本小型化的生产途径，增加傳感器的功能项。

7  结束语

新时代，汽车传感器也应作出相应改变。传感器是汽车内部最为重要的神经系统，决定着外部行为的多种信号输入与输出，从而保证汽车的功能性与安全性，维护驾驶人员的生命安全，优化驾驶体验。在未来，传感器应向着更加智能的方向前进，不断引入新材料，打造新型传感器，为汽车行业带来推动力，创造理想的效益。

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