探究解析汽车传感器应用

摘 要：汽车发展已经逐渐由一种交通工具面向到最大的满足人类各种生活需求和自身安全、享受、快捷方便及有益环境的要素进行转变。综合分析有关实现目标的关键手段在于汽车的电子化和智能化，最主要的还是要及时获取各种信息，由此只有在汽车中合理采用各种传感器才能达到相应需求。当今科技快速发展使得这些微型传感器体积小，可实现许多全新的功能，便于大批量和高精度生产，单件成本低，易构成大规模和多功能阵列，这些特点使得它们快速应用于汽车产业。

关键词：汽车传感器 电子化 智能化

一、汽车用传感器分类

汽车用传感器是用于汽车显示和电控系统的各种传感器的统称。它涉及到很多的物理量传感器和化学量传感器。这些传感器要么是使司机了解汽车各部分状态的；要么是用于控制汽车各部分状态的。按在汽车上的作用可分为控制发动机、控制底盘以及给驾驶员提供各种信息用传感器，构成这些传感器的材料有精细陶瓷、半导体材料、光导纤维及高分子薄膜等；按输出特性来分有模拟型传感器和数字型传感器；按构成原理来分，有结构型、韧性型和复合型。为方便起见，现按汽车传感器的控制对象来分类。

二、微型传感器在汽车中的应用

汽车上用的传感器的种类很多，应用的方面很广。下面分别从传感器在汽车发动机控制、安全系统、车辆监控和自诊断等几个方面的应用进行探究解析。

（一）汽车发动机控制用传感器

发动机的电子控制一直被认为是MEMS技术在汽车中的主要应用领域之一。发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元提供发动机的工作状况信息，供电子控制单元对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。

1、温度传感器

汽车用温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度传感器有热敏电阻式、线绕电阻式和热偶电阻式三种主要类型。这三种类型传感器各有特点，其应用场合也略有区别。热敏电阻式温度传感器灵敏度高、响应特性较好，但线性差、适应温度较低。

2、压力传感器

压力传感器是汽车中用得最多的传感器，主要用于检测气囊贮气压力、传动系统流体压力、注入燃料压力、发动机机油压力、进气管道压力、空气过滤系统的流体压力等。目前，致力于汽车用压力传感器开发和生产的主要公司有摩托罗拉，德科电子仪器，LucasNovasensor，HiStat，NipponDenzo，西门子，德州仪器等。

3、流量传感器

流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量。进气量是燃油喷射量计算的基本参数之一。空气流量传感器的功能：感知空气流量的大小，并转换成电信号传输给发动机的电子控制单元。空气流量的测量用于发动机控制系统确定燃烧条件、控制空燃比、起动、点火等。空气流量传感器有旋转翼片式、卡门涡旋式、热线式、热膜式等4种类型。

4、位置和转速传感器

曲轴位置与转速传感器主要用于检测发动机曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速等，为点火时刻和喷油时刻提供参考点信号，同时，提供发动机转速信号。目前，汽车使用的位置和转速传感器主要有交流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式等，其测量范围为0€啊？60€埃扔庞趢？.5€埃馔淝谴飥？.1€啊？

车速传感器种类繁多，有敏感车轮旋转的、也有敏感动力传动轴转动的，还有敏感差速从动轴转动的。当车速高于100km/h时，一般测量方法误差较大，需采用非接触式光电速度传感器，测速范围为0.5km/h～250km/h，重复精度为0.1%，距离测量误差优于为0.3%。

（二）安全系统方面用传感器

安全是汽车考虑的首要因素，用于安全方面的传感器也很多，如有用于汽车安全气囊的微型加速度计，测角速率的表面微机械陀螺等。

1、微加速度传感器

目前，安全气囊是而且将来也是MEMS技术的一个主要应用。所用的硅加速度计的量程一般为50gn。较早的如像摩托罗拉公司用体微细加工技术制作的硅加速度传感器。

2、表面微机械陀螺

传统的陀螺仪是由高速旋转的转子、内环、外环和基座组成，这种陀螺仪的内外环通常是用滚珠轴承支撑，这些通常是用机械加工方法制成，需要加工精度高、难度大、而且，做成的陀螺仪体积大、质量重。微机械陀螺是具有复杂的检测与控制电路的MEMS装置。

（三）车辆监控和自诊断用传感器

在车辆监控和自诊断方面，MEMS技术的一个主要应用将是轮胎压力监测；其次是应用于冷却、刹车等系统的传感器。此外，还有如像在亮度控制系统中使用光传感器；在电子驾驶系统中使用磁传感器、气流速度传感器；在自动空调系统中使用室内温度传感器、吸气温度传感器、风量传感器、日照传感器、湿度传感器；在导向行驶系统中使用方位传感器、车速传感器等。

（四）高温微电子在汽车中的应用

高温微电子在汽车发动机控制、气缸和排气管、电子悬架和刹车、动力管理及分配等方面的监控中都起着非常重要的作用。例如：用于发动机控制的高温微电子传感器和控制器将有助于燃烧的更好监测和控制，它将使燃烧的更加彻底，提高燃烧效率。但是，用传统的硅半导体技术制作的微电子器件由于不能在很高的温度下工作，已不能胜任。为了解决在高温环境下温度测量问题，必须研制一种新的材料来取代传统的半导体材料。第三代宽能带半导体材料SIC具有高击穿电场、高饱和电子漂移速率、高热导率及抗辐照能力强等一系列优点，特别适合制作高温、高压、高功率、耐辐照等半导体器件。集成的SIC传感器可以直接与高温油箱和排气管接触，这样，能进一步获得有关燃料燃烧效率和减少废气排放的更多信息。研究表明：一旦SIC半导体技术能解决好材料、封装等技术而得到进一步的发展，SIC功率器件的工作范围将超过传统的硅功率器件，而且，其体积比硅功率器件也要小。

（作者单位：湖南机电职业技术学院汽车工程系）

参考文献：

[1]左志江等译.汽车传感器[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2]胡士旺《汽车电子设备原理与检测》机械工业出版社，2009

[3]姜立标《汽车传感器及其应用》电子工业出版社，2007