智能傳感器在汽車上的應(yīng)用與發(fā)展

韓洋祺 鄭亞清 胡廣雪

摘要：在現(xiàn)代汽車制造和發(fā)展中傳感器的作用愈加顯著。各類型傳感器可借助車載計算機實現(xiàn)對汽車各項參數(shù)以及車輛周邊環(huán)境的檢測和反饋，確保駕駛安全和舒適。文章對車輛傳感器的類型進行劃分，分析不同傳感器在汽車上的應(yīng)用特征和參數(shù)作用，并提出智能傳感器在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀與未來發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：智能傳感器;汽車;參數(shù);應(yīng)用與發(fā)展

一、傳感器的類型劃分

傳感器中常見的元件構(gòu)成主要有敏感元件、轉(zhuǎn)換元件以及自動測量控制電路等，其中敏感元件負(fù)責(zé)靈敏的感知被測對象，同時做好信號的接收和傳輸;轉(zhuǎn)換元件主要是負(fù)責(zé)將敏感元件感受的非電量信息轉(zhuǎn)化為電量信息。傳感器在汽車中的應(yīng)用較為廣泛，同時也是汽車中重要的控制構(gòu)建，隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，傳感器在汽車中應(yīng)用的范圍愈加廣泛，要求也越來越高。當(dāng)前，傳感器類型較為多樣化，應(yīng)用較為廣泛的傳感器劃分方法主要包括以被測量物理量的差異進行劃分、以傳感器本身的工作原理差異進行劃分、以信號變換方式進行劃分、以以傳感器不同的能量關(guān)系進行劃分以及以傳感器各異的輸出量進行劃分等幾種方式。

二、智能傳感器在汽車上的應(yīng)用特征

傳感器在汽車上的應(yīng)用基礎(chǔ)是電子技術(shù)，在此基礎(chǔ)上形成的對汽車運轉(zhuǎn)信號及信息資料進行收集、傳輸和轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)汽車不同用途的控制效果。汽車傳感器主要是將捕捉到的汽車本身及外在環(huán)境的各項信號進行實時收集和轉(zhuǎn)化，并快速傳輸?shù)絺鞲衅骺刂颇K，進行分析和控制，促使汽車在各項復(fù)雜環(huán)境中均可以準(zhǔn)確及時的了解汽車本身狀況以及外在環(huán)境，從而增加汽車的安全系數(shù)。

傳感器在汽車上的應(yīng)用特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面，首先是適應(yīng)性特征。隨著汽車的普及，其逐漸成為人們外出重要的代步工具，在不同環(huán)境下使用的頻率激增，傳感器可以對汽車感知范圍內(nèi)的環(huán)境信息進行搜集，進而傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)并作出調(diào)整，減少不同環(huán)境對汽車的危害性;其次是穩(wěn)定性與可靠性。汽車駕駛過程中涉及道路交通安全，傳感器可以保障汽車在較長時間的行使過程中對可能影響安全的因素進行識別，保障汽車行駛安全;第三是精準(zhǔn)性。隨著傳感器技術(shù)的不斷進步，傳感器識別的準(zhǔn)確性也大幅提升，當(dāng)前汽車傳感器普遍使用電子控制系統(tǒng)，可有效增加傳感器的識別準(zhǔn)確度;第四是小型化。由于汽車內(nèi)容部空間有限，這就要求汽車傳感器不能過大或者過重，必須對傳感器的體積和質(zhì)量進行有效控制;第五是通用性。傳感器具有消耗特性，汽車傳感器只有具備通用性才能有效拓展安裝范圍;第六是標(biāo)準(zhǔn)性。汽車傳感器的制作標(biāo)準(zhǔn)必須滿足國家對其規(guī)定的相關(guān)要求。

三、汽車傳感器參數(shù)的作用

首先是靈敏度。傳感器的靈敏度可以準(zhǔn)確展現(xiàn)汽車傳感器中輸出的額定電壓與被測電壓變化結(jié)果，例如，熱點式水溫傳感器可對發(fā)動機中的水溫進行準(zhǔn)確測量，幫助駕駛員準(zhǔn)確了解汽車?yán)鋮s液的情況;其次是分辨率。傳感器的分辨率可對信號變化進行及時掌握，例如與汽車中的曲軸傳感器，主要作用與發(fā)動機，0.1左右的分辨率可以減少汽車高負(fù)荷運轉(zhuǎn)，減少發(fā)動機故障的產(chǎn)生;第三是量程。傳感器的量程可在規(guī)定范圍內(nèi)對傳感器探測到的數(shù)據(jù)集值加和，例如激光傳感器可準(zhǔn)確測量汽車車身高度變化;第四是傳感器的響應(yīng)時間確定。汽車傳感器在收集到信號后，可以記錄輸出值從最高到最小這一過程的總時長，例如，10RES 以內(nèi)的汽車傳感器響應(yīng)時間為汽車運行狀態(tài)的傳感范圍，信號持續(xù)輸入時間的增加范圍根據(jù)不同的汽車呈現(xiàn)不同的變化情況;第五是可靠度確定。汽車傳感器的可靠度確定主要表現(xiàn)為穩(wěn)定響應(yīng)與持續(xù)運行時間的比率情況，例如傳感器檢測的可靠數(shù)值為0.998，則說明在汽車行駛總里程內(nèi)傳感器有99.8%的時間為正常運行狀態(tài);第六是誤差選擇。所謂誤差選擇是指汽車傳感器測量值與實際值之間的誤差范圍，通常采用絕對值或者滿量程比來表示，例如汽車溫度傳感器的絕對誤差在系統(tǒng)范圍以內(nèi)，系統(tǒng)會自行處理，確保傳感器數(shù)值的最大準(zhǔn)確性;第七是重復(fù)性選擇。汽車傳感器在運行狀態(tài)中測量出的數(shù)值在經(jīng)過多次測量后呈現(xiàn)較小差異，如汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，數(shù)值測量雖然存在一定誤差但是也在一定范圍以內(nèi)則說明是符合要求的;第八是線性度選擇。傳感器的線性度主要是輸入與輸出中的曲線與理論擬合直線間的偏差，例如在合理偏差范圍以內(nèi)的數(shù)值則具有良好的重復(fù)性;第九是過載選擇。汽車傳感器均有最大輸入量，超過輸入量化數(shù)值則過載，一般在范圍內(nèi)的輸入量說明傳感器運行狀態(tài)良好，超出范圍則容易引發(fā)傳感器故障。

四、智能傳感器在汽車上的應(yīng)用與發(fā)展

（一）汽車中常見的傳感器及其檢測內(nèi)容

傳感器作為汽車中不可或缺的存在，汽車功能越多，傳感器的數(shù)量則越多，應(yīng)用則越加廣泛。汽車中不同傳感器的應(yīng)用和檢測范圍存在一定區(qū)別，對于汽車傳感器的檢測方式應(yīng)根據(jù)不同汽車類型和傳感器工作內(nèi)容作出針對性調(diào)整，文章對汽車中常見的傳感器及其檢測內(nèi)容進行梳理。

首先是溫度傳感器。主要負(fù)責(zé)對汽車發(fā)動機、冷卻水、燃油等溫度和用量進行檢測，將檢測到的數(shù)值以電信號的形式進行分析，系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果自主確定設(shè)備開啟及噴油嘴針閥的運行時間;其次是壓力流量傳感器。主要負(fù)責(zé)對汽車氣缸、大氣和發(fā)動機的氣壓參數(shù)進行測量，并將其應(yīng)用到確認(rèn)控制點火及燃料噴射的設(shè)計上;第三是旋轉(zhuǎn)流量傳感器。主要負(fù)責(zé)對發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速等數(shù)值進行檢測，系統(tǒng)根據(jù)具體情況合理分配燃油使用情況;第四是氧化傳感器。主要負(fù)責(zé)檢測汽車空燃比，實現(xiàn)對噴油脈沖的合理控制;第五是流量傳感器。主要負(fù)責(zé)對空氣量的進入以及燃料流速進行檢測;第六是爆震振動傳感器。主要負(fù)責(zé)對汽車發(fā)動機點火振動停止的原因進行檢測。

（二）傳感器在汽車上的應(yīng)用

1.電子控制汽油噴射系統(tǒng)

汽油噴射系統(tǒng)在當(dāng)前汽車中得到廣泛應(yīng)用。汽油噴射系統(tǒng)內(nèi)部傳感器眾多，例如空氣流量傳感器置于汽車進氣管處，對氣缸空氣量進行檢測，檢測結(jié)果反饋給系統(tǒng)，系統(tǒng)分析后確認(rèn)最佳噴汽量;溫度傳感器置于汽車進氣管處，對進氣密度于溫度進行檢測，實現(xiàn)合理控制噴油和點火的功能;水溫度傳感器置于發(fā)動機冷卻水處，對發(fā)動機溫度進行實時檢測;大氣壓力傳感器可對系統(tǒng)提供大氣壓力參數(shù)，便于系統(tǒng)自主調(diào)整油量修正。除此之外，傳感器還安裝于節(jié)氣門，對汽車節(jié)氣門的情況進行檢測，根據(jù)系統(tǒng)分析優(yōu)化燃油噴射。傳感器安裝于發(fā)動機與曲軸角度，可對發(fā)動機轉(zhuǎn)速等情況進行了解。傳感器安裝于排氣管處，可以對汽車尾氣中氧的實際數(shù)值進行檢測，通過調(diào)整調(diào)整噴油量實現(xiàn)管控三元催化裝置。

2.ECT系統(tǒng)

ECT系統(tǒng)即電子控制自動變速器，其可以通過燃油電子噴射系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速與發(fā)動機水溫等信號做出檢測，并根據(jù)驅(qū)動軸部位等的各類型傳感器將電信號傳輸給電子控制系統(tǒng)，系統(tǒng)進行分析后輸出信號給電磁閥，實現(xiàn)對汽車油壓回路的有效控制，實現(xiàn)檔位的調(diào)節(jié)。

3.ABS系統(tǒng)

ABS系統(tǒng)即制動防抱死系統(tǒng)，該系統(tǒng)可利用計算機對位于車輪處的傳感器進行信號調(diào)整，對每個車輪的速度浮動范圍進行有效識別，從而驅(qū)動液壓調(diào)節(jié)器中的電磁閥實現(xiàn)汽車動力的調(diào)整，促使汽車在行駛過程中更加便于控制，有效增加汽車行駛的安全性。

4.安全氣囊

安全氣囊中的碰撞傳感器是開啟全氣囊的重要裝置。汽車行駛速度快，在駕駛過程中一旦出現(xiàn)碰撞事故，安全氣囊對車內(nèi)人員起到重要的保護作用。當(dāng)汽車出現(xiàn)嚴(yán)重撞擊，一旦達到碰撞傳感器的閾值，碰撞傳感器的電信號可瞬間激活安全氣囊中的氧化物，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氮氣，減輕對駕駛員造成的傷害，通常依據(jù)不同的結(jié)構(gòu)分為偏心錘式和壓電式。

（三）傳感器在汽車上的發(fā)展

隨著汽車制造行業(yè)的快速發(fā)展，汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)愈加嚴(yán)格，汽車電子控制技術(shù)可對汽車尾氣排放進行有效監(jiān)測和控制，從而實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的作用。該技術(shù)對傳感器的要求進一步提升，例如集成化、微型化、智能化、多功能、高精度、高可靠性的汽車傳感器是未來發(fā)展的重點和主要方向。首先要求傳感器更加智能化。未來汽車發(fā)展過程中，特別是自動駕駛功能的實現(xiàn)必須依賴更加智能以及穩(wěn)定的傳感器，實現(xiàn)傳感信息的自動傳輸和識別、診斷，系統(tǒng)自動做出合理反應(yīng);其次要求傳感器更加微型。由于汽車內(nèi)容部空間有限，這就要求汽車傳感器不能過大或者過重，必須對傳感器的體積和質(zhì)量進行有效控制;第三是集成化。未來汽車對傳感器的工作范圍會進一步增加，以為堆積傳感器數(shù)量顯然并未明智之舉，基于此可開發(fā)集成化的傳感器裝置，該裝置可實現(xiàn)多項傳感功能，從而替代掉數(shù)量繁多功能單一的傳感器;第四是高精度及高穩(wěn)定性。傳感器在注重精度的同時也不影響忽視穩(wěn)定性，特別是無人駕駛汽車，任何傳感器一旦精度不達標(biāo)就無法準(zhǔn)確判斷車輛自身和周圍環(huán)境，穩(wěn)定性差可能會導(dǎo)致系統(tǒng)誤判，從而出現(xiàn)人身安全風(fēng)險，所以高精度及高穩(wěn)定性的傳感器是未來汽車發(fā)展中重要的發(fā)展方向。

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