主頁(yè) > 技術(shù)文章 > 汽車傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)2024-10-18

汽車傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

汽車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)的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。目前，一輛普通家用轎車上大約安裝幾十到近百只傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。
1、汽車傳感器的應(yīng)用分類：
汽車傳感器在汽車上主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中。它的應(yīng)用，大大提高了汽車電子化的程度，增加了汽車駕駛的安全系數(shù)。
1.1發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器
發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器是整個(gè)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(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，供ECU對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、降低油耗、減少?gòu)U氣排放和進(jìn)行故障檢測(cè)�！　�
由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高溫(發(fā)動(dòng)機(jī)表面溫度可達(dá)150℃、排氣歧管可達(dá)650℃)、振動(dòng)(加速度30g)、沖擊(加速度50g)、潮濕(100RH，-40℃-120℃)以及蒸汽、鹽霧、腐蝕和油泥污染的惡劣環(huán)境中，因此發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器耐惡劣環(huán)境的技術(shù)指標(biāo)要比一般工業(yè)用傳感器高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，其中最關(guān)鍵的是測(cè)量精度和可靠性。否則，由傳感器帶來的測(cè)量誤差將最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)難以正常工作或產(chǎn)生故障�！　�
1.溫度傳感器：　
溫度傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點(diǎn)，其應(yīng)用場(chǎng)合也略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應(yīng)特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性差，適應(yīng)溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測(cè)量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。　　
已實(shí)用化的產(chǎn)品有熱敏電阻式溫度傳感器(通用型-50℃～130℃，精度1.5，響應(yīng)時(shí)間10ms；高溫型600℃～1000℃，精度5，響應(yīng)時(shí)間10ms)、鐵氧體式溫度傳感器(ON/OFF型，-40℃～120℃，精度2.0)、金屬或半導(dǎo)體膜空氣溫度傳感器(-40℃～150℃，精度2.0、5，響應(yīng)時(shí)間20ms)等�！　�
2.壓力傳感器：　　
壓力傳感器主要用于檢測(cè)氣缸負(fù)壓、大氣壓、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的升壓比、氣缸內(nèi)壓、油壓等。吸氣負(fù)壓式傳感器主要用于吸氣壓、負(fù)壓、油壓檢測(cè)。汽車用壓力傳感器應(yīng)用較多的有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式（LVDT）、表面彈性波式（SAW）。　　
電容式壓力傳感器主要用于檢測(cè)負(fù)壓、液壓、氣壓，測(cè)量范圍20～100kPa，具有輸入能量高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)；壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大，需要另設(shè)溫度補(bǔ)償電路，但適應(yīng)于大量生產(chǎn)；LVDT式壓力傳感器有較大的輸出，易于數(shù)字輸出，但抗干擾性差；SAW式壓力傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字輸出等特點(diǎn)，用于汽車吸氣閥壓力檢測(cè)，能在高溫下穩(wěn)定地工作，是一種較為理想的傳感器。　　
3.流量傳感器：　　
流量傳感器主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量和燃料流量的測(cè)量。空氣流量的測(cè)量用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)確定燃燒條件、控制空燃比、起動(dòng)、點(diǎn)火等。空氣流量傳感器有旋轉(zhuǎn)翼片式（葉片式）、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等四種類型。旋轉(zhuǎn)翼片式（葉片式）空氣流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較低，測(cè)得的空氣流量需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償；卡門渦旋式空氣流量計(jì)無可動(dòng)部件，反映靈敏，精度較高，也需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償；熱線式空氣流量計(jì)測(cè)量精度高，無需溫度補(bǔ)償，但易受氣體脈動(dòng)的影響，易斷絲；熱膜式空氣流量計(jì)和熱線式空氣流量計(jì)測(cè)量原理一樣，但體積少，適合大批量生產(chǎn)，成本低�？諝饬髁總鞲衅鞯闹饕夹g(shù)指標(biāo)為：工作范圍0.11～103立方米/min，工作溫度-40℃～120℃，精度≤1�！　�
燃料流量傳感器用于檢測(cè)燃料流量，主要有水輪式和循環(huán)球式，其動(dòng)態(tài)范圍0～60kg/h，工作溫度-40℃～120℃，精度±1，響應(yīng)時(shí)間小于10ms。　　
4.位置和轉(zhuǎn)速傳感器：　　
位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測(cè)曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開度、車速等。目前汽車使用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式等，其測(cè)量范圍0°～360°，精度±0.5°以下，測(cè)彎曲角達(dá)±0.1�！　�
車速傳感器種類繁多，有敏感車輪旋轉(zhuǎn)的、也有敏感動(dòng)力傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的，還有敏感差速?gòu)膭?dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的。當(dāng)車速高于100km/h時(shí)，一般測(cè)量方法誤差較大，需采用非接觸式光電速度傳感器，測(cè)速范圍0.5～250km/h，重復(fù)精度0.1，距離測(cè)量誤差優(yōu)于0.3�！　�
5.氣體濃度傳感器　　
氣體濃度傳感器主要用于檢測(cè)車體內(nèi)氣體和廢氣排放。其中，最主要的是氧傳感器，實(shí)用化的有氧化鋯傳感器(使用溫度-40℃～900℃，精度1)、氧化鋯濃差電池型氣體傳感器(使用溫度300℃～800℃)、固體電解質(zhì)式氧化鋯氣體傳感器(使用溫度0℃～400℃，精度0.5)，另外還有二氧化鈦氧傳感器。和氧化鋯傳感器相比，二氧化鈦氧傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧、便宜，且抗鉛污染能力強(qiáng)的特點(diǎn)。　　
6.爆震傳感器：　　
爆震傳感器用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，通過調(diào)整點(diǎn)火提前角控制和避免發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震。可以通過檢測(cè)氣缸壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)和燃燒噪聲等三種方法來檢測(cè)爆震。爆震傳感器有磁致伸縮式和壓電式。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40℃～125℃，頻率范圍為5～10kHz；壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417kHz處，其靈敏度可達(dá)200mV/g，在振幅為0.1g～10g范圍內(nèi)具有良好線性度。
1.2底盤控制用傳感器
底盤控制用傳感器是指用于變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等底盤控制系統(tǒng)中的傳感器。這些傳感器盡管分布在不同的系統(tǒng)中，但工作原理與發(fā)動(dòng)機(jī)中相應(yīng)的傳感器是相同的。而且，隨著汽車電子控制系統(tǒng)集成化程度的提高和CAN-BUS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，同一傳感器不僅可以給發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)提供信號(hào)，也可為底盤控制系統(tǒng)提供信號(hào)。　　自動(dòng)變速器系統(tǒng)用傳感器主要有：車速傳感器、加速踏板位置傳感器、加速度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器等。制動(dòng)防抱死系統(tǒng)用傳感器主要有：輪速傳感器、車速傳感器；懸架系統(tǒng)用傳感器主要有：車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等；動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用傳感器主要有：車速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、油壓傳感器等。
1.3車身控制用傳感器
車身控制用傳感器主要用于提高汽車的安全性、可*性和舒適性等。由于其工作條件不象發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤那么惡劣，一般工業(yè)用傳感器稍加改進(jìn)就可以應(yīng)用。主要有用于自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)量傳感器、日照傳感器等；用于安全氣囊系統(tǒng)中的加速度傳感器；用于門鎖控制中的車速傳感器；用于亮度自動(dòng)控制中的光傳感器；用于倒車控制中的超聲波傳感器或激光傳感器；用于保持車距的距離傳感器；用于消除駕駛員盲區(qū)的圖象傳感器等。
1.4導(dǎo)航系統(tǒng)用傳感器
隨著基于GPS/GIS（全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)）的導(dǎo)航系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用，導(dǎo)航用傳感器這幾年得到迅速發(fā)展。導(dǎo)航系統(tǒng)用傳感器主要有：確定汽車行駛方向的羅盤傳感器、陀螺儀和車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。
2、汽車傳感器的發(fā)展趨勢(shì)：
由于汽車傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，世界各國(guó)對(duì)其理論研究、新材料應(yīng)用和新產(chǎn)品開發(fā)都都非常重視。未來的汽車用傳感器技術(shù)，總的發(fā)展趨勢(shì)是微型化、多功能化、集成化和智能化�！�
　微型傳感器基于從半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展而來的MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))，微型傳感器利用微機(jī)械加工技術(shù)將微米級(jí)的敏感元件、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一快芯片上，由于具有體積小、價(jià)格便宜、便于集成等特點(diǎn)，可以明顯提高系統(tǒng)測(cè)試精度。目前該技術(shù)日漸成熟，可以制作各種能敏感和檢測(cè)力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量、化學(xué)量和生物量的微型傳感器。由于基于MEMS技術(shù)的微型傳感器在降低汽車電子系統(tǒng)成本及提高其性能方面的優(yōu)勢(shì)，它們已開始逐步取代基于傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的傳感器�！�
　多功能化是指一個(gè)傳感器能檢測(cè)2個(gè)或者兩個(gè)以上的特性參數(shù)或者化學(xué)參數(shù)，從而減少汽車傳感器數(shù)量，提高系統(tǒng)可靠性�！�
　集成化是指利用IC制造技術(shù)和精細(xì)加工技術(shù)制作IC式傳感器。
智能化是指?jìng)鞲衅髋c大規(guī)模集成電路相結(jié)合，帶有CPU，具有智能作用，以減少ECU的復(fù)雜程度，減少其體積，并降低成本。　
　總之，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和汽車電子控制系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛，汽車傳感器市場(chǎng)需求將保持高速增長(zhǎng)，微型化、多功能化、集成化和智能化的傳感器將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器，成為汽車傳感器的主流。

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