傳感器在汽車上的應(yīng)用研究

羅宏

摘要： 人類文明進(jìn)入現(xiàn)代的一大重要標(biāo)志就是汽車，現(xiàn)代社會發(fā)展中，汽車已經(jīng)成為人們出行必備的代步工具。而隨著科學(xué)技術(shù)的革新優(yōu)化，傳感器在汽車中的應(yīng)用必不可少。傳感器借助計算機，可以全方位掌握汽車各項參數(shù)，保證駕駛的安全性與舒適性。本文就將詳細(xì)探究傳感器在汽車中的具體應(yīng)用，以期加快我國汽車產(chǎn)業(yè)的前進(jìn)腳步，為大眾造福。

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.

關(guān)鍵詞： 傳感器;汽車;應(yīng)用

Key words： sensor;automobile;application

中圖分類號：U463.99? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）24-0218-03

0? 引言

工業(yè)化時代的到來，汽車出現(xiàn)在大眾視野，并成為重要的代步工具。對于汽車的研究也隨著人們需求的增加逐漸加大，機電一體化的出現(xiàn)為汽車發(fā)展帶來了新的支持，其中以傳感器的安裝帶來的優(yōu)勢最為明顯。通過傳感器作業(yè)能夠完全掌握汽車運行狀態(tài)，一旦汽車存在故障隱患，傳感器憑借其自動檢測功能就會事先感知，保障汽車的功能性，確保駕駛的安全性?？梢哉f，汽車的高效安全行駛離不開傳感器的幫助。

1? 傳感器的概念構(gòu)成及類型劃分

1.1 概念

根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T766522005），將傳感器定義為能夠感知規(guī)定被測量并將接收信號快速轉(zhuǎn)化傳輸?shù)街付ㄔO(shè)備器件上的一種有效裝置。敏感元件和轉(zhuǎn)換元件是傳感器中較為重要的組成部分。

1.2 傳感器構(gòu)成

傳感器中較為重要的構(gòu)成元件以敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、自動測量控制電路這三種為主，敏感元件能夠精準(zhǔn)的感受到被測對象的具體情況，并做好信號的接收和傳輸工作;轉(zhuǎn)換元件是根據(jù)物理原理，將敏感元件感受的非電量信息轉(zhuǎn)化為電量信息，為后續(xù)工作鋪墊。

1.3 傳感器的類型劃分

汽車是電機一體下的綜合產(chǎn)物，而傳感器則是汽車中用于進(jìn)行系統(tǒng)控制的重要構(gòu)件，隨著汽車在社會上的不斷推廣，用戶對傳感器的需求也在不斷增加，各種不同類型傳感器出現(xiàn)在大眾視野。工程中涉及到的傳感器類型多樣，通常情況下，一種物理量適合多種不同的傳感器加以測量，相應(yīng)的，同一類型傳感器也適合測量多樣化的物理量，這也導(dǎo)致傳感器的劃分方式存在多樣化。目前被廣泛應(yīng)用的幾種方法包括：其一，以被測量物理量的差異劃分;其二，按照傳感器本身的工作原理差異劃分;其三，以信號變換方式劃分;其四，以傳感器不同的能量關(guān)系劃分;其五，以傳感器各異的輸出量劃分。

2? 汽車傳感器的特征

汽車傳感技術(shù)是在電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展衍生而來的新型技術(shù)種類。汽車傳感器也是在電子控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上安裝的一種能夠?qū)ζ囘\轉(zhuǎn)信號及信息資料進(jìn)行收集、傳輸和轉(zhuǎn)化的重要技術(shù)，對于提升汽車控制效果有著現(xiàn)實意義。汽車傳感器能夠?qū)囟?、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、濕度、電磁、光電、氣體、振動、圖像等信息內(nèi)容實行收集和轉(zhuǎn)化處理，快速傳輸?shù)街付ㄏ到y(tǒng)模塊中，開展測量和控制作業(yè)，使汽車在各種情況下均能夠順序運行，降低外界不良因素帶來的干擾和影響，增加汽車安全系數(shù)。同時，在傳感器的作用下，汽車的抗腐蝕、穩(wěn)定性、抗震性、精準(zhǔn)度均得到了較大提升，能夠準(zhǔn)確了解運行中的路況變化，做到科學(xué)處理。

具體來說，汽車傳感器的特征為：一是適應(yīng)性。汽車作為目前社會上較為重要的交通工具，會在各種情況下展開工作，傳感器則會對汽車所在區(qū)域的溫濕度、震動及沖擊效果予以收集和整理，傳輸?shù)街付ㄏ到y(tǒng)完成汽車調(diào)整作業(yè)，減少惡劣環(huán)境對汽車的損傷，延長汽車的使用壽命。二是穩(wěn)定性與可靠性。傳感器可在長時間工作中對輸出量加以科學(xué)把控，實行自動調(diào)整，保證汽車長時間駕駛中的穩(wěn)定性，減少意外問題的出現(xiàn)。三是精準(zhǔn)性。傳感器的運用可提高電子控制系統(tǒng)的運行質(zhì)量，確保汽車的安全運行。四是小型及輕量化。汽車內(nèi)部空間有限，需要對傳感器的體積和重量加以控制，確保傳感器的正常使用。五是通用和批量生產(chǎn)。傳感器作為消耗品的一種，可在滿足精度與質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行批量生產(chǎn)，并優(yōu)化通用性能，以優(yōu)化安裝質(zhì)量，加快維修養(yǎng)護速度。六是標(biāo)準(zhǔn)性。傳感器的制作應(yīng)完全符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求。

3? 在汽車中傳感器起到的重要作用

城市發(fā)展中，汽車數(shù)量不斷增多，而汽車中最為重要的部分就是傳感器。普通汽車上傳感器安裝數(shù)量在百個左右，豪華型汽車的傳感器可達(dá)到上千個。且根據(jù)結(jié)構(gòu)功能的不同，傳感器種類及功能也會存在較大差異。目前常見的傳感器類型有溫度、壓力、流量、速度、位置、氣體濃度、光照、濕度及距離測量等，上述類型的傳感器能夠滿足過去汽車生產(chǎn)的各項需求，而時代的推進(jìn)，使得汽車工業(yè)發(fā)生革新升級，為讓汽車更具安全性和舒適性，如今一輛普通型汽車中要更多的利用到電子節(jié)氣門控制和停車誘導(dǎo)。上述類型的傳感器往往關(guān)乎一輛汽車的整體性能，可準(zhǔn)確反映汽車的檢測和診斷、溫度傳達(dá)、壓力、速度與濕度情況?？梢哉f傳感器相當(dāng)于一輛汽車的中樞神經(jīng)，各項控制管理離不開傳感器功能的發(fā)揮。若傳感器存在問題，則汽車將無法正常行駛。

汽車作為機電一體化的重要產(chǎn)物，傳感器的科學(xué)安裝，可在原有基礎(chǔ)上，增加智能化、自動化發(fā)展目標(biāo)，并通過互聯(lián)網(wǎng)的科學(xué)利用，增強汽車控制效果，解決傳統(tǒng)問題帶來的不良影響。另外，傳感器的應(yīng)用將光導(dǎo)纖維技術(shù)、微電子技術(shù)等高效融入到汽車控制系統(tǒng)中來，從而實現(xiàn)智能化發(fā)展，保障汽車行駛的安全性和舒適性。

4? 汽車上中傳感器的確定

4.1 靈敏度

靈敏度指的是汽車傳感器中輸出的額定電壓與被測電壓變化結(jié)果的展現(xiàn)。

比如，若想有效管理發(fā)動機中水溫冷卻液的溫度，此時熱點式水溫傳感器為最佳選擇，通過該類型傳感器的應(yīng)用，能夠?qū)鋮s液溫度予以準(zhǔn)確了解和掌握。如果溫度在140攝氏度，標(biāo)準(zhǔn)電壓值在0～5V內(nèi)，這時傳感器靈敏度的確定值為5V/140℃。

4.2 分辨率

分辨率指的是傳感器能夠感應(yīng)到的信號變化情況。如汽車發(fā)動機上安裝的曲軸傳感器，其分辨率要求控制在0.1左右，超出這一范圍可能會導(dǎo)致發(fā)動機的高負(fù)荷運轉(zhuǎn)，增加故障發(fā)生概率，相應(yīng)的脈沖變化參數(shù)也要控制在0.1左右，注重兩者適配性。

4.3 量程

量程是傳感器能夠測量到的數(shù)據(jù)集值加和，該范圍最大不能超過上限，最小不得低于下限。比如，對于汽車車身高度的測量，需使用適合汽車用的激光傳感器，該傳感器測量值最大不得超過60毫米，最小不得低于-60毫米，故此確定該傳感器量程為極大值與極小值絕對值的加和，即120毫米。

4.4 以響應(yīng)時間確定

響應(yīng)時間，顧名思義，就是傳感器在收到刺激信號后，輸出值從最高到最小這一過程的總時長。一般情況下，汽車傳感器響應(yīng)時間在10RES以內(nèi)，該范圍意指運行狀態(tài)的傳感器，信號持續(xù)輸入時間的增加范圍要控制在10毫秒以內(nèi)，說明傳感器在規(guī)范要求內(nèi)作業(yè)。且該標(biāo)準(zhǔn)值不是固定不變的，不同工況下的汽車，響應(yīng)時間不同。

4.5 以可靠度確定

該參數(shù)為傳感器穩(wěn)定響應(yīng)與持續(xù)運行時間的比率。如果傳感器可靠度數(shù)值在0.994，則說明汽車運行時間為不間斷工作時間30000h，有99.4%的時間傳感器能夠保持正常工作狀態(tài)，有效傳輸信息。

4.6 誤差選擇

誤差是測量指示值與真實值之間的差異，一般會利用絕對值或者滿量程比來表示。如溫度傳感器的絕對誤差0.2攝氏度，空氣流量傳感器誤差±1%。傳感器誤差要按照系統(tǒng)要求加以有效處理，保證其科學(xué)性。

4.7 重復(fù)性選擇

重復(fù)性指的是傳感器在工作狀態(tài)下，被測量的統(tǒng)一數(shù)值經(jīng)過反復(fù)檢測后保持一致性的一種方式。如開展發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量時，重復(fù)測量的數(shù)值會保持一致性特征或滿足誤差在規(guī)定范圍內(nèi)的要求。

4.8 線性度選擇

線性度值指的是輸入與輸出中的曲線與理論擬合直線間的偏差。偏差的大小應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)，且具有較好的重復(fù)性特征。

4.9 過載選擇

過載是傳感器運行中所能承受的最大輸入量。輸入量之下能夠保證傳感器各項指標(biāo)符合要求，超出該范圍，則會引發(fā)故障。該值一般會以允許超出的測量上限的被測量值與量程百分比來表示，選擇要求參數(shù)必須符合說明書上的規(guī)定要求。

5? 汽車中傳感器的具體運用

5.1 不同類型傳感器的檢測內(nèi)容

汽車傳感器的種類有很多，且不同類型傳感器功能和應(yīng)用存在明顯差異，在傳感器檢測中，需要根據(jù)實際情況給出針對性的檢測方案，確定傳感器的性能指標(biāo)。常見的傳感器及其檢測內(nèi)容為：

一是溫度傳感器。是進(jìn)行發(fā)動機、燃油、冷卻水等設(shè)備溫度把控的重要設(shè)施，在檢測過程中會將收集到的數(shù)值直接轉(zhuǎn)化成電，以電信號的方式開展分析工作，確定設(shè)備開啟及噴油嘴針閥的運行時間。

二是壓力流量傳感器。其作用于氣缸、大氣和發(fā)動機等設(shè)備中，目的是對氣壓參數(shù)變化情況加以測量，測量參數(shù)可被應(yīng)用到確認(rèn)控制點火及燃料噴射的設(shè)計上。

三是旋轉(zhuǎn)流量傳感器。對發(fā)動機專屬、汽車車速等數(shù)值予以詳細(xì)了解，合理控制燃油使用量，做到科學(xué)配置。

四是氧化傳感器。用于檢測空燃比情況，對噴油脈沖實行科學(xué)調(diào)整和控制。

五是流量傳感器。分為兩種，即空氣流量傳感器和燃料流量傳感器，前者控制空氣量的進(jìn)入情況，后者是檢驗燃料流速的重要裝置。

六是爆震振動傳感器?？蓪Πl(fā)動機點火振動停止的原因加以檢測和了解，科學(xué)調(diào)整點火停止時刻。

5.2 傳感器應(yīng)用

5.2.1 電子控制汽油噴射系統(tǒng)

隨著汽車生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，化油器得到革新優(yōu)化。使用汽油發(fā)動機的汽車，化油器已經(jīng)成為過去式，取而代之的是更加智能化的汽油噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)內(nèi)部擁有多樣化的傳感器，故而功能齊全完善。其一，在進(jìn)氣管處設(shè)有空氣流量傳感器，可明確氣缸中的實際空氣量，并將該信息迅速傳至計算機控制系統(tǒng)，由該系統(tǒng)圍繞最佳空燃比展開科學(xué)分析，明確最佳噴油量。其二，在進(jìn)氣管處設(shè)有溫度傳感器，負(fù)責(zé)實時監(jiān)測溫度變化。結(jié)合上面檢測到的進(jìn)氣密度，其與溫度存在較大差異，傳感器利用相應(yīng)的檢測信號，合理調(diào)整噴油和點火。其三，于發(fā)動機冷卻水處設(shè)有水溫度傳感器，方便時刻掌握發(fā)動機溫度。若想明確發(fā)動機是否為冷啟動狀態(tài)，則計算機可憑借相應(yīng)信號作出判斷，之后適當(dāng)管理冷啟動噴嘴，持續(xù)供給油量，順利啟動。其四，大氣壓力傳感器將信號輸入到計算機后，由計算機自動化處理進(jìn)行油量修正，控制點火。其五，節(jié)氣門中傳感器的安裝可對節(jié)氣門開度情況予以實時監(jiān)測，獲取準(zhǔn)確的信號數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)，進(jìn)行自動化分析和控制，保證燃油噴射效果。其六，發(fā)動機與曲軸角度上安裝的傳感器，能夠?qū)Πl(fā)動機轉(zhuǎn)速及曲軸角度變化特征加以明確掌握，進(jìn)而判斷氣缸活塞的所在位置，以及計算機輸出供油和點火修正信號。其七，在排氣管處設(shè)有氧化傳感器。該傳感器能夠明確尾氣中氧的實際數(shù)值。為管理該數(shù)值，可以利用控制系統(tǒng)，適當(dāng)調(diào)整噴油量，進(jìn)而管控三元催化裝置。其八，在發(fā)動機體設(shè)有爆震傳感器，該傳感器可以及時發(fā)現(xiàn)爆震燃燒類隱患。利用相應(yīng)信號完成點火提前角的管理。其九，在轉(zhuǎn)速表中設(shè)有車速傳感器，以調(diào)整空燃比的方式，解決計算機發(fā)送機的怠速、加速問題。

5.2.2 電子控制自動變速器（ECT）中傳感器的運用

ECT要利用燃油電子噴射系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速與發(fā)動機水溫等信號做出檢測，通過位于節(jié)氣門、驅(qū)動軸部位的各種傳感器，將節(jié)氣門開度和車速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，之后將該信號傳給電子控制系統(tǒng)，使用自動變速器計算機展開分析，同時輸出信號，傳給電磁閥，進(jìn)而對油壓回路實行精準(zhǔn)管控，成功調(diào)整檔位。

5.2.3 制動防抱死系統(tǒng)（ABS）中傳感器的運用

針對ABS，計算機控制系統(tǒng)可以利用差異化的車輪傳感器完成信號輸出，并探究不同車輪的速度浮動范圍，驅(qū)動液壓調(diào)節(jié)器中的電磁閥，進(jìn)而有效掌控制動力，加強車輛行駛安全性，平穩(wěn)性。

5.2.4 安全氣囊中傳感器的運用

安全氣囊關(guān)乎汽車駕駛者的生命安全，屬于極為關(guān)鍵的被動安全裝置。當(dāng)汽車遭受一定程度撞擊時，計算機控制器能夠在第一時間產(chǎn)生電流信號，該信號可以瞬間激活氣囊中的氧化物，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的氮氣充滿氣囊空間，從而減輕駕駛員的受傷害程度。設(shè)在氣囊前方和中央的碰撞傳感器可以及時檢測碰撞信號，判斷其強度，作出精準(zhǔn)反應(yīng)。該類型傳感器按照結(jié)構(gòu)差異，可分為偏心錘式和壓電式。

5.2.5 防撞系統(tǒng)中的應(yīng)用

在汽車行駛過程中，會因為安全距離的不恰當(dāng)而出現(xiàn)碰撞事故，威脅汽車安全性。為此，會在汽車上安裝專門的傳感器設(shè)備，對汽車車速及本車輛與前后車的距離展開實時監(jiān)督和檢測，及時將收集到的數(shù)據(jù)資料傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，通過控制系統(tǒng)的分析，確定行駛安全性與否，給出相應(yīng)的報警信號。當(dāng)傳感器檢測到車輛存在行駛車速過快或距離較近等問題后，系統(tǒng)會自動實施報警處理，提醒駕駛員保持安全車距，避免意外情況的發(fā)生。如果駕駛員并未按照要求加以處理，相應(yīng)控制系統(tǒng)會自動控制車速，增大車輛安全系數(shù)，避免危險事故的發(fā)生。

6? 汽車中傳感器的發(fā)展前景

汽車行業(yè)快速發(fā)展的過程中，也逐漸加大節(jié)能環(huán)保的重視力度，汽車電子控制技術(shù)可以有效管控汽車排量和燃油，實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能目標(biāo)。隨著該項技術(shù)水平的提升，對傳感器要求也有所提高，未來傳感器的發(fā)展將逐漸向著集成化、微型化、智能化、多功能、高精度、高可靠性等方向邁進(jìn)，相應(yīng)的傳感器材料及制作工藝也將得到進(jìn)一步優(yōu)化和提升。

6.1 更加智能? 在未來，科技更發(fā)達(dá)，汽車中的傳感器信息儲存功能更加完善，準(zhǔn)確判斷標(biāo)準(zhǔn)邏輯，并聯(lián)合等效傳感器和微型機，使信息處理和電路的集成管控利用一塊芯片就能實現(xiàn)，自動診斷、多參數(shù)測量和誤差補償是智能化的具體體現(xiàn)。

6.2 更加微型? 微電子機械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)和計算機輔助設(shè)計技術(shù)，敏感元件處理，數(shù)據(jù)處理組件上安裝芯片作為一個統(tǒng)一的信號微米。該處理方式的優(yōu)點是體積更加微型，造價小，且使用時間較長，準(zhǔn)確性更強。某種角度來說，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)傳感器，被更多領(lǐng)域加以利用。

6.3 功能更多樣? 許多敏感元件組裝于一體，統(tǒng)一的材料一起或單獨在一個芯片上的多功能傳感器，具有的功能更加多元。該類型傳感器適合差異物種參數(shù)的檢查工作，一個傳感器即能起到從前需要依靠多個傳感器共同作業(yè)的作用，簡化汽車內(nèi)部構(gòu)造，增強整個系統(tǒng)的安全性。

6.4 集成化? 該方向主要是利用微電子技術(shù)將敏感元件與處理器集成在一個芯片上，應(yīng)用到傳感器中，做到統(tǒng)一管理和控制，縮減汽車內(nèi)部傳感器安裝數(shù)量，保證汽車質(zhì)量和安全。

6.5 高精度與高可靠性? 在廢氣排放管控日益嚴(yán)格的情況下，為降低有害氣體排放量，緩解現(xiàn)存的燃油危機問題，這會對汽車動力、底盤及車身技術(shù)提出更高的要求，要求汽車在保障大功率的同時，降低污染排放及能源消耗，實現(xiàn)科學(xué)管控，這就需要滿足高精度、高可靠性的要求，提高傳感器性能指標(biāo)，保持汽車的良好運行效果。

6.6 新型材料的加入? 傳感器要想得到創(chuàng)新優(yōu)化，就必須引入新材料。如納米原料、超導(dǎo)材料，這些材料的應(yīng)用將推動汽車行業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造了更大的社會效益。

6.7 設(shè)計新型傳感器? 依據(jù)原有傳感器的原理，融合多種物理、化學(xué)的生物效應(yīng)，打造擁有新工作原理的傳感器。該方面的進(jìn)步，能夠促使傳感器進(jìn)入新的發(fā)展領(lǐng)域，持續(xù)擴大敏感功能材料的應(yīng)用范圍，加大其影響力，開拓低成本小型化的生產(chǎn)途徑，增加傳感器的功能項。

7? 結(jié)束語

新時代，汽車傳感器也應(yīng)作出相應(yīng)改變。傳感器是汽車內(nèi)部最為重要的神經(jīng)系統(tǒng)，決定著外部行為的多種信號輸入與輸出，從而保證汽車的功能性與安全性，維護駕駛?cè)藛T的生命安全，優(yōu)化駕駛體驗。在未來，傳感器應(yīng)向著更加智能的方向前進(jìn)，不斷引入新材料，打造新型傳感器，為汽車行業(yè)帶來推動力，創(chuàng)造理想的效益。

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