汽車電子技術(shù)及其智能傳感器技術(shù)探討

柳青

摘要：據(jù)交通統(tǒng)計，我國2019年機動車保有量達(dá)到了3.4億輛，機動車數(shù)量的增長，促進(jìn)了我國汽車制造業(yè)的發(fā)展，我國汽車逐漸向自動化、智能化方向發(fā)展，實現(xiàn)了汽車無人駕駛。智能傳感器技術(shù)是無人駕駛汽車的眼睛，是汽車進(jìn)行周圍環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動控制的關(guān)鍵技術(shù)，也是汽車電子控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)元件，智能傳感器技術(shù)性能直接影響到汽車自動控制效果。本文首先闡述了汽車電子技術(shù)的發(fā)展和智能傳感器技術(shù)的特點，并詳細(xì)探討了智能傳感器技術(shù)在汽車電子技術(shù)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：汽車電子技術(shù);智能傳感器技術(shù);電子控制系統(tǒng)

中圖分類號：U463.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0196-02

0? 引言

汽車電子技術(shù)從分離的電子器件電路監(jiān)測控制系統(tǒng)，經(jīng)過電子元器件、微處理器、半自動操控系統(tǒng)以及自動操控系統(tǒng)，發(fā)展到現(xiàn)代的總線系統(tǒng)，可以實現(xiàn)汽車電子控制系統(tǒng)的綜合智能控制階段，實現(xiàn)了汽車智能化發(fā)展。汽車智能化發(fā)展，對汽車傳感器技術(shù)提出了新的要求，傳統(tǒng)的傳感器，穩(wěn)定性能差、靈敏度低，無法實現(xiàn)對周圍環(huán)境的實時監(jiān)測、感知，智能傳感器是一種微處理電子器件，具有信息采集、信息交換、信息存儲和處理等多種功能，是實現(xiàn)汽車智能控制的關(guān)鍵技術(shù)，它通過系統(tǒng)集成、電路集成，在計算機軟件的控制下，可以給汽車控制系統(tǒng)發(fā)布各種控制指令，讓汽車控制系統(tǒng)在不同情況下做出不同的反應(yīng)，提高汽車的舒適性、安全性能[1]。因此，在現(xiàn)代汽車制造工業(yè)的發(fā)展，探討智能傳感器技術(shù)在汽車電子技術(shù)的應(yīng)用，對進(jìn)一步促進(jìn)汽車電子技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

1? 汽車電子技術(shù)與智能傳感器技術(shù)

1.1 汽車電子技術(shù)

汽車電子技術(shù)是研究電工電子技術(shù)、汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)檢測、汽車單片機與總線技術(shù)以及汽車空調(diào)檢修等方面的基礎(chǔ)知識和技能。汽車電子技術(shù)涵蓋汽車電源系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、底盤電子控制系統(tǒng)、發(fā)動機電子控制系統(tǒng)等內(nèi)容，是由傳感器、微處理器、執(zhí)行器等上百個電子元件和零部件構(gòu)成的電控系統(tǒng)。汽車電子技術(shù)是衡量現(xiàn)代汽車制造水平的重要標(biāo)志，為了滿足人們對汽車舒適性、安全性、便捷性等各方面的需求，汽車安裝了各種傳感器，可以感知駕駛員、乘客情況、道路交通設(shè)施以及周圍環(huán)境信息，從而判斷車輛運行是否安全，并根據(jù)實際情況采取相應(yīng)措施[2]。隨著我國汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車電子技術(shù)逐漸向集中化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及模塊化發(fā)展，對汽車電子控制單元的智能化提出了更高的要求。智能化傳感器技術(shù)，不僅可以滿足控制系統(tǒng)的要求，而且還可以根據(jù)外部環(huán)境進(jìn)行自我校正、調(diào)整和補償，提高汽車控制系統(tǒng)可靠性。

1.2 智能傳感器技術(shù)

智能傳感器技術(shù)是具備信息處理功能的傳感器，主要由微處理器驅(qū)動的傳感器和儀表套裝，具備通信與板載診斷等功能，主要為監(jiān)控系統(tǒng)或者操作員提供相關(guān)信息，從而提高工作效率，降低設(shè)備維修成本。智能傳感器技術(shù)集成了傳感器、控制器、智能儀表等功能，具有線性度和低溫漂移，簡化了傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)難度。智能傳感器技術(shù)是人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等多種技術(shù)的綜合技術(shù)，通過模擬人的感官和大腦的協(xié)調(diào)動作，具有信息檢測、信息處理、信息記憶和邏輯判斷等功能[3]。與傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)相比，智能傳感器技術(shù)具有以下優(yōu)點：第一，提高了傳感器的精度。智能傳感器具有信息處理能力，通過軟件可以修正傳感器輸入輸出的非線性誤差、零點誤差、正反形成誤差等，而且微處理器通過擬合和差值計算方法對測試信號進(jìn)行非線性和漂移補差，從而提高測量結(jié)果的精度。第二，提高了傳感器的可靠程度。智能傳感器技術(shù)具備自診斷功能，一旦接通電源后，系統(tǒng)立即進(jìn)行自檢，通過自我診斷可以判斷智能傳感器設(shè)備組件是否出現(xiàn)故障，并根據(jù)設(shè)備的使用時間在線進(jìn)行校正，提高傳感器的計量精確度，確保傳感器系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性。第三，價格便宜，在相同精度要求下，智能傳感器與普通傳感器價格更低，當(dāng)前的智能傳感器大多數(shù)采用單片機，國產(chǎn)單片機的價格從幾毛錢到幾十塊錢，價格十分便宜。第四，集成化發(fā)展。智能傳感器技術(shù)將大量的電路和傳感器集成在一個微機芯片，這種集成智能傳感器可以將弱信號經(jīng)過集成電路信號放大后再進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，極大地改善了傳感器的噪信比[4]。其次，智能傳感器具有一定的自適應(yīng)能力，可以根據(jù)檢測對象或者檢測條件，相應(yīng)改變量程輸出數(shù)據(jù)的形式，傳感器還具備數(shù)字接口，可以將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機進(jìn)行處理，兼容性比較好，適應(yīng)各種系統(tǒng)。

2? 智能傳感器技術(shù)在汽車電子技術(shù)的應(yīng)用

2.1 智能傳感器技術(shù)在發(fā)動機控制系統(tǒng)的應(yīng)用

汽車發(fā)動機主要為汽車提供動力，滿足汽車行駛需求，是汽車的心臟。汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)主要為汽車發(fā)動機組件提供相關(guān)指令，并通過電子控制單元向發(fā)動機組的各個組件發(fā)布控制命令，確保汽車的安全性、可靠性、舒適性、節(jié)能性。智能傳感器技術(shù)在發(fā)動機控制系統(tǒng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在壓力、轉(zhuǎn)速器、車速、氣體濃度和流量等方面。壓力傳感器可以檢查出儲壓器的壓力、輸出油泵的閉合、斷開信號或者油壓出現(xiàn)異常情況，壓力感應(yīng)器可以及時發(fā)現(xiàn)問題，并將其傳輸?shù)狡囯娮语@示屏，讓司機可以第一時間發(fā)現(xiàn)問題，對車子進(jìn)行檢修，確保車輛行駛的安全性[5]。目前，汽車壓力傳感器主要有電容式傳感器、壓阻式傳感器、差動變壓器傳感器等，不同的傳感器有不同的特點，電容式傳感器主要以電容器作為傳感元件，將測量量轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢砹炕蛘邫C械量轉(zhuǎn)化為電容量，主要用于位移、角度、速度、壓力、介質(zhì)特點等方面的測量;壓阻式傳感器是受到力的作用，電阻率發(fā)生變化，電路得到變化將信號輸出，一般壓阻式傳感器用來測量壓力、拉力、壓力差等;差動變壓器傳感器可以將儀器設(shè)備受到的物理量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，主要用來測量電阻。轉(zhuǎn)速器傳感器、角度傳感器和車速傳感器主要用來對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、角度和車速進(jìn)行控制，常用的傳感器有霍爾效應(yīng)式傳感器、電磁式傳感器、振動式傳感器等。霍爾效應(yīng)式傳感器通過測定霍爾系數(shù)評估半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度等參數(shù);電磁式傳感器是將測量的導(dǎo)體磁通量轉(zhuǎn)換為輸出信號;振動式傳感器將采集接收的機械量轉(zhuǎn)換為同等的電量，是一種換能器[6]。氣體濃度傳感器和流量傳感器主要用來測量汽車體內(nèi)的氣體濃度、排氣管的含氧量，從而降低尾氣排放濃度，達(dá)到保護環(huán)境的目的。

2.2 智能傳感器技術(shù)在汽車底盤控制系統(tǒng)的應(yīng)用

汽車底盤控制系統(tǒng)根據(jù)汽車車身結(jié)構(gòu)可以將其分成驅(qū)動控制系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、車身姿態(tài)控制系統(tǒng)等構(gòu)成，底盤控制系統(tǒng)的傳感器包括汽車變速器、防抱死制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用在汽車底盤控制系統(tǒng)，可以改善汽車的制動性能，提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少發(fā)動機的損耗，還可以自動控制汽車車輛的高度，為駕駛員和乘客提供舒適的環(huán)境。將智能傳感器應(yīng)用在汽車底盤自動防抱死控制系統(tǒng)，如果車輛轉(zhuǎn)速過程中，汽車滑移率超過20%時，智能傳感器自動控制汽車的制動油壓，避免汽車油壓突然升高。車速傳感器和發(fā)送機轉(zhuǎn)矩傳感器安裝在汽車底盤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可以有效控制汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，降低發(fā)動機的損耗。汽車底盤懸架控制系統(tǒng)安裝智能傳感器設(shè)備，可以根據(jù)傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息，控制汽車的速度，在耗能量最低的情況下，提高汽車的制動性能。智能傳感器應(yīng)用在底盤變速器控制系統(tǒng)，可以利用車速傳感器、離合器傳感器、油溫傳感器等傳感設(shè)備，可以實現(xiàn)汽車電控裝置的有效控制，讓汽車獲得最大動力的同時，減少油耗。電子穩(wěn)定程序想要識別駕駛員在快速轉(zhuǎn)彎或者駕駛出現(xiàn)意外情況是產(chǎn)生的危險駕駛趨勢，根據(jù)智能傳感設(shè)備采集的側(cè)向力、轉(zhuǎn)速差異、車輛繞垂直于地面軸線方向的旋轉(zhuǎn)角度等綜合信息，判斷汽車駕駛的控制狀態(tài)，從而對汽車的防抱死系統(tǒng)、自動語音識別系統(tǒng)發(fā)出糾紛指令，通過在單個車輪施加制動或者干預(yù)發(fā)送機等方式控制車身的穩(wěn)定性，避免車子出現(xiàn)漂移和甩尾等現(xiàn)象。電子穩(wěn)定系統(tǒng)的主要傳感器有轉(zhuǎn)向傳感器、輪速傳感器、偏航率傳感器、橫向加速度傳感器等傳感設(shè)備，可以讓車輛在復(fù)雜駕駛條件下保持穩(wěn)定性和可操縱性。遇到緊急情況，通過警報燈警告司機，降低車輛側(cè)滑發(fā)生的概率。

2.3 智能傳感器技術(shù)在汽車車身控制系統(tǒng)的應(yīng)用

汽車車身是汽車重要組成部分，主要是有效保護駕駛員、乘客，為車輛的形式提供一個良好的空氣力學(xué)環(huán)境。汽車車身控制系統(tǒng)主要通過車身的有效控制，為乘客和司機提供一個人性化、舒適性和安全性的環(huán)境，車身控制系統(tǒng)涉及到車輛的防盜系統(tǒng)、室內(nèi)燈光、電動車窗、轉(zhuǎn)向燈、后視鏡、遙控等組件的控制，涉及的電路多，增加了車身控制系統(tǒng)的控制難度。車身控制系統(tǒng)是通過外部輸入/輸出、總線接口、傳感信號等信號，通過控制器實現(xiàn)邏輯控制。將智能控制器技術(shù)應(yīng)用在汽車車身的控制系統(tǒng)，通過總線技術(shù)，將車身控制模塊集成在一個控制器內(nèi)，通過控制器可以集中控制驅(qū)動電路、輸入/輸出模塊，根據(jù)汽車行駛的實際情況，自動調(diào)節(jié)懸掛設(shè)置，減壓器彈簧元件可以自動抑制5赫茲的車身震動，帶給乘客和司機更好的舒適感體驗。車身控制系統(tǒng)單元通過智能傳感器和互聯(lián)網(wǎng)控制單元采集到的車身信息和駕駛信息，控制單元可以自動調(diào)節(jié)閥體總成懸掛減震柱的壓力，汽車探測攝像頭可以探測到道路前面的狀況，將探測的數(shù)據(jù)信息傳達(dá)到車身控制系統(tǒng)的控制單元，車身控制系統(tǒng)的控制單元根據(jù)傳輸?shù)穆访嫘畔⑦M(jìn)行可以繪制路面高度輪廓信息，并將繪制的路面高度輪廓信息與車身控制系統(tǒng)的水平高度傳感器采集到的路面信息進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)路面存在的障礙物，便于車身控制系統(tǒng)調(diào)整整個車輪的減震情況，讓車輛以最佳的狀態(tài)靠近凹凸路面，減少車輛的震動和車身運動，提高車身的穩(wěn)定性，讓車子以最佳的狀態(tài)行駛在道路上。如果車身控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則車身控制單元根據(jù)探測攝像頭、車速傳感器、加速度傳感器、超聲波傳感器和圖像傳感器等等傳輸?shù)男畔⑿畔?，可以控制電路系統(tǒng)進(jìn)行診斷，查明電子故障的原因，通過報警裝置提醒司機及時進(jìn)行處理。

3? 結(jié)束語

隨著人們生活水平的提高，人們對汽車的舒適性、安全性、環(huán)保性有了更高的要求，對汽車的駕駛系統(tǒng)的可靠性、智能性有了更高的要求。智能傳感器技術(shù)是實現(xiàn)汽車智能化的關(guān)鍵技術(shù)之一，將智能傳感器技術(shù)應(yīng)用在汽車電子技術(shù)領(lǐng)域，可以實現(xiàn)對汽車的發(fā)動機控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和底盤控制系統(tǒng)的實時監(jiān)測，從而根據(jù)汽車運行情況，發(fā)出控制命令，確保汽車運行的安全性和可靠性。

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