智能傳感器技術(shù)及其在汽車電子技術(shù)中的應(yīng)用分析

汪岑樓

摘 要：基于智能傳感器的概念及技術(shù)要求，從動力系統(tǒng)、底盤控制、車身控制、雨刷控制、圖像采集等角度對智能傳感器技術(shù)在汽車電子技術(shù)中的應(yīng)用進行分析說明，并以此為基礎(chǔ)，對汽車電子智能傳感器的未來發(fā)展方向進行合理展望，旨在為后續(xù)汽車電子智能傳感器的應(yīng)用與發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：智能傳感器 汽車電子技術(shù) 智能化控制

Abstract：Based on the concept and technical requirements of intelligent sensors， the application of intelligent sensor technology in automotive electronics technology is analyzed and explained from the perspectives of power system， chassis control， body control， wiper control， image acquisition， etc.， and based on this， the future development direction of automotive electronic intelligent sensors is reasonably prospected， aiming to provide reference for the subsequent application and development of automotive electronic intelligent sensors.

Key words：intelligent sensors， automotive electronics， intelligent control

1 引言

隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，如今社會對于汽車的要求也在持續(xù)增長。在此情況下，為滿足人們?nèi)找嬖鲩L的實際需要，各大汽車廠商均開始在汽車電子技術(shù)領(lǐng)域引入各類智能傳感器技術(shù)，以此有效提高乘客的出行體驗，降低汽車安全風(fēng)險。由于智能傳感器技術(shù)在汽車電子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用時間較短，并且受限于現(xiàn)有技術(shù)，智能傳感器多作為傳統(tǒng)汽車電子技術(shù)功能的補充系統(tǒng)，尚未真正推動汽車實現(xiàn)智能化、自動化發(fā)展。據(jù)此，對智能傳感器技術(shù)在汽車電子技術(shù)中的應(yīng)用進行研究分析，進而指出汽車電子智能傳感器的未來發(fā)展方向，為后續(xù)汽車電子傳感器提供參考，將具有一定的現(xiàn)實意義。

2 智能傳感器的概念及技術(shù)要求

2.1 智能傳感器的概念

智能傳感器是指能夠感應(yīng)被測量信息，并將相關(guān)信息轉(zhuǎn)化成可被系統(tǒng)識別電信號的設(shè)備。智能傳感器兼具傳感器和處理器兩種作用，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理以及信息交互一體化，有效提高數(shù)據(jù)處理效率和效果。現(xiàn)如今，智能傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、航空、汽車等諸多行業(yè)領(lǐng)域，相較于傳統(tǒng)傳感器技術(shù)，智能傳感器具有以下幾方面優(yōu)勢：

（1）精準(zhǔn)采集：智能傳感器具備數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)自動修正功能，該功能無需使用者實時監(jiān)控傳感器數(shù)據(jù)采集情況，可自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差補償，有效傳感器數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)性。

（2）元件可靠：智能傳感器可實現(xiàn)汽車元器件的實時監(jiān)測，并在發(fā)現(xiàn)元器件出現(xiàn)故障或者異常數(shù)據(jù)時自動發(fā)出報警信息，通知使用者及時了解元器件故障情況。

（3）電路集成：相較于傳統(tǒng)傳感器，智能傳感器具有更強的電路集成化特征，其在汽車電子技術(shù)中應(yīng)用時，可有效減少傳感器的空間占用，為汽車容納更多傳感器及元器件打下良好基礎(chǔ)條件。

2.2 智能傳感器的技術(shù)要求

現(xiàn)如今，為有效提高各組件控制精準(zhǔn)性、時效性以及可靠性，各大汽車廠商均開始在汽車電子技術(shù)中引入智能傳感器技術(shù)，但由于汽車整體空間較為有限，所以智能傳感器在應(yīng)用時多與控制單元緊密集成，進而減少智能傳感器空間占用的同時，最大限度發(fā)揮智能傳感器的應(yīng)用效果。同時，汽車作為一種出行工具，其在運行中各部件均具有其對應(yīng)的運動和控制功能，并且不同的部件的工作溫度、振動頻率也有著不同的表現(xiàn)，對于環(huán)境要求也略有差異。

為保障各部件的正常運行效果，當(dāng)前智能傳感器主要用于實現(xiàn)零部件的運行狀態(tài)監(jiān)控及分析，進而實現(xiàn)部件故障問題的及時發(fā)現(xiàn)和處理。另外，智能傳感器具體應(yīng)用時也需要做好不同傳感器之間的相互配合，促使各傳感器所采集的數(shù)據(jù)信息可更為精準(zhǔn)、全面地呈現(xiàn)汽車整體電子技術(shù)情況。

3 智能傳感器技術(shù)在汽車電子技術(shù)中的應(yīng)用

現(xiàn)如今，汽車發(fā)動機、底盤、導(dǎo)航系統(tǒng)等區(qū)域均配置有智能傳感器設(shè)備，其可以實施采集汽車溫度、速度、傳輸?shù)葏?shù)指標(biāo)，并將相關(guān)技術(shù)指標(biāo)反饋至汽車控制系統(tǒng)，為汽車控制系統(tǒng)對汽車的精準(zhǔn)化控制提供對應(yīng)數(shù)據(jù)支持。此外，智能傳感器技術(shù)還可以采集汽車周邊環(huán)境信息，在發(fā)現(xiàn)潛在安全風(fēng)險后自動發(fā)出報警信號，實施緊急制動控制，以避免交通事故的發(fā)生。

3.1 動力系統(tǒng)

智能傳感器技術(shù)在汽車動力系統(tǒng)中應(yīng)用后，可實時采集動力系統(tǒng)電容、壓力、電流、速度等參數(shù)值，并對相關(guān)參數(shù)信息實時智能化整理，呈現(xiàn)至人機交互界面后，為駕駛員提供重要的數(shù)據(jù)信息參考。在引入智能傳感器技術(shù)以后，可有效提高駕駛員的駕駛體驗，降低汽車駕駛難度。同時，智能傳感器實施采集和分析汽車動力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)及時反饋給駕駛員，以便于駕駛員快速發(fā)現(xiàn)汽車動力系統(tǒng)中存在的各類潛在風(fēng)險問題，提前進行針對性處理。

以智能壓力傳感器為例，在動力系統(tǒng)中應(yīng)用時，傳感器可實施采集發(fā)動機、氣缸、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)等設(shè)備的壓力變化，并根據(jù)壓力變化趨勢與預(yù)定壓力參數(shù)區(qū)間的對比分析結(jié)果確定各部件壓力是否符合設(shè)計要求。同時，智能壓力傳感器還具備抗干擾性強、自診斷等優(yōu)勢，其中抗干擾性能可保障傳感器在較為惡劣環(huán)境中正常運行；自診斷功能則確保傳感器采集數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和有效性，避免錯誤數(shù)據(jù)對汽車電子技術(shù)的正常運行造成負(fù)面影響。

3.2 底盤控制

汽車底盤傳感器主要用于采集汽車的行進速度、車身高度、腳踏板位置等參數(shù)，相關(guān)參數(shù)可精準(zhǔn)反饋汽車行駛、轉(zhuǎn)向、剎車等操作行為，了解駕駛員在行車時的控制操作，分析汽車行駛中的是瞬時速度，為駕駛員汽車操控形成提供針對性的建議，如汽車超速時建議駕駛員降低行進速度，避免駕駛員因超速違章而受罰。另外，汽車底盤傳感器可有效提高汽車行駛期間內(nèi)的制動控制效果，增強汽車行駛過程中的緊急應(yīng)對能力。

3.3 車身控制

汽車車身集成有溫度、濕度、光照、超聲波、碰撞、車速、圖像等多種智能傳感器，不同傳感器在汽車電子技術(shù)中所發(fā)揮出的作用也不盡相同。其中，溫度、濕度傳感器可實施監(jiān)測汽車車內(nèi)、車外環(huán)境溫度和濕度，并在汽車控制系統(tǒng)的支持下，實現(xiàn)汽車空調(diào)系統(tǒng)的智能化調(diào)節(jié)，為車內(nèi)駕駛員及乘客提供更為舒適的乘車環(huán)境；光照傳感器與溫度、濕度傳感器類似，可采集汽車內(nèi)外光照情況，進而實現(xiàn)汽車照明系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及控制；超聲波傳感器則可以采集汽車周邊環(huán)境信息，方便駕駛員實時掌握汽車周邊障礙物變化情況，降低行車安全風(fēng)險；碰撞傳感器則可以在汽車發(fā)生碰撞時正確判斷汽車安全氣囊充氣引爆時間；門禁系統(tǒng)中的傳輸傳感器則可以采集汽車與周邊其他事物之間的距離；圖像傳感器則可以為駕駛員提供視野盲區(qū)視覺補充，方便駕駛員進行倒車等操作。

3.4 雨刷控制

雨量傳感器設(shè)置在汽車擋風(fēng)玻璃后方，可在陰雨天氣時自動檢測下雨量，采集的雨量數(shù)據(jù)會傳遞給行車電腦，行車電腦再根據(jù)雨量數(shù)據(jù)來控制雨刷速度。作為一種紅外波光學(xué)傳感器，雨量傳感器主要由信號發(fā)射端和信號接收端兩部分組成，正常情況下信號發(fā)射端所發(fā)射的信號會經(jīng)由擋風(fēng)玻璃反射后，傳輸給信號接收端，并且在此過程中兩端光信號量基本一致。而在雨滴滴落在擋風(fēng)玻璃上后，由于雨滴的漫射和折射，發(fā)射端所發(fā)出的信號與接收端所接收到的信號將會出現(xiàn)不一致情況，此時傳感器會發(fā)出瞬時電壓信號，并輸出數(shù)字脈沖，該脈沖數(shù)量就是外界雨量。以此為依據(jù)，行車電腦可實現(xiàn)雨刷的動態(tài)化調(diào)整，提高行駛安全性，降低陰雨天氣安全事故發(fā)生概率。

3.5 圖像采集

汽車上所配置的視覺傳感器、雷達探測設(shè)備可實現(xiàn)汽車周圍環(huán)境的實時監(jiān)控及圖像信息采集，相關(guān)圖像信息不僅可以為駕駛員提供視野圖像補充，還可以結(jié)合人工智能技術(shù)實現(xiàn)障礙物識別、自動駕駛、緊急制動等智能化功能。隨著智能傳感器技術(shù)的持續(xù)發(fā)展與應(yīng)用，部分汽車中配置有全景攝像頭，可實現(xiàn)汽車360°信息采集，并且所采集的信息經(jīng)過高速處理后，可為汽車潛在風(fēng)險的快速處理提供重要支持。例如，在車輛進入到交叉路口時，汽車一方面會根據(jù)車上做配置的智能傳感器進行周邊環(huán)境判斷，另一方面也會接收附近車輛的所傳遞的數(shù)據(jù)信息，進而共同形成車輛故障、堵車、車輛安全距離等多種信息分析，避免車輛之間發(fā)生碰撞或者產(chǎn)生其他安全事故的同時，也及時通知駕駛員避讓堵車路段，提高駕駛員的駕駛體驗。此外，視覺傳感器等圖像采集智能傳感器所采集的圖像數(shù)據(jù)信息還可以作為車道偏離檢測、航線控制、倒車盲點報警等功能實現(xiàn)的重要依據(jù)，在檢測到相關(guān)數(shù)據(jù)信息后，汽車控制系統(tǒng)可自動向駕駛員發(fā)出報警信息。

4 汽車電子智能傳感器的未來發(fā)展方向

4.1 電路系統(tǒng)集成化

由于智能傳感器在汽車電子技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用時間相對較短，諸多體積較大的傳感器無法在空間較有限的汽車內(nèi)部得到有效應(yīng)用，使得智能傳感器所發(fā)揮出的應(yīng)用成效較差，無法真正滿足汽車智能化、自動化發(fā)展的相關(guān)需求。針對此種情況，在實施汽車內(nèi)部設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合汽車智能化、自動化控制相關(guān)數(shù)據(jù)信息需求，合理制定汽車智能傳感器配置方案，對汽車內(nèi)部使用的各類傳感器進行特化改造，在滿足汽車智能化控制相關(guān)需求的情況下，不斷縮小傳感器體積，優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)多種傳感器集成化處理，最大限度克服汽車內(nèi)部空間不足的局限，增強智能傳感器在汽車電子技術(shù)中的應(yīng)用成效。

另外，汽車內(nèi)部電路也需要根據(jù)智能傳感器進行集成化改造，逐步縮小汽車內(nèi)部電路體積，提高汽車內(nèi)部空間利用率，為安裝更多傳感器留有更為充足的空間，克服過往電路設(shè)計的局限性。例如，在實施汽車內(nèi)部電路設(shè)計時，根據(jù)集成化、模塊化思想，對汽車內(nèi)部電路進行集成化和模塊化改造，縮小電路占用空間，提高設(shè)備模塊性能。另外，電路集成化處理也可以為智能傳感器的數(shù)據(jù)采集、匯總及實施處理提供變化，進而有效提高汽車控制系統(tǒng)的運行管理效果。

4.2 元器件穩(wěn)定化

在未來汽車電子智能傳感器應(yīng)用與發(fā)展過程中，應(yīng)以客戶需求為基礎(chǔ)，根據(jù)客戶需求不斷優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)計方案，持續(xù)提高智能傳感器整體性能及應(yīng)用效果，滿足客戶日益增長的實際需求。同時，設(shè)計中也需要關(guān)注智能傳感器性能提升后對汽車控制系統(tǒng)以及其他設(shè)備的影響，避免出現(xiàn)因傳感器與汽車設(shè)備不匹配而導(dǎo)致的潛在安全隱患。因此，在智能傳感器應(yīng)用時，應(yīng)充分考慮智能傳感器與各設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)性，優(yōu)先采用穩(wěn)定性較強的元器件，并逐步調(diào)整汽車電子技術(shù)的整體設(shè)備性能。

隨著智能傳感器技術(shù)的持續(xù)發(fā)展與應(yīng)用，未來汽車電子技術(shù)所表現(xiàn)出的問題也將會實現(xiàn)多元化、多樣化發(fā)展。在此情況下，優(yōu)先采用穩(wěn)定化元器件可有效減少潛在風(fēng)險誘發(fā)因素，進而方便智能傳感器應(yīng)用后問題的及時發(fā)現(xiàn)和處理，提高設(shè)計效率及效果。因此，在智能傳感器應(yīng)用前，應(yīng)優(yōu)先提升汽車電子技術(shù)中各元器件的穩(wěn)定性和與智能傳感器之間的匹配性，以更為先進和穩(wěn)定的元器件為先導(dǎo)，有效降低新型智能傳感器應(yīng)用后因元器件穩(wěn)定性和匹配性不足引發(fā)的各類風(fēng)險問題。

4.3 控制系統(tǒng)穩(wěn)定化

智能傳感器系統(tǒng)在應(yīng)用中所采集的數(shù)據(jù)信息主要交由汽車控制系統(tǒng)進行分析處理，隨著智能傳感器技術(shù)的持續(xù)應(yīng)用與發(fā)展，為保障傳感器采集數(shù)據(jù)的處理效率及效果，汽車控制系統(tǒng)必須要具備更強的分析處理性能，并保障控制系統(tǒng)在實際數(shù)據(jù)處理時具備極強的可靠性和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)因控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理性能或者運行穩(wěn)定性不足引發(fā)的各類安全問題。另外，汽車控制系統(tǒng)設(shè)計時也需要充分考慮汽車控制系統(tǒng)對設(shè)置在汽車不同部位傳感器的實時調(diào)用效果，具體設(shè)計中應(yīng)參考當(dāng)前智能傳感器在汽車電子技術(shù)中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢，合理剪裁控制系統(tǒng)功能，并結(jié)合嵌入式技術(shù)進行控制系統(tǒng)優(yōu)化升級，實現(xiàn)汽車智能傳感器數(shù)據(jù)資源的充分整合利用，最大限度發(fā)揮智能傳感器的應(yīng)用作用。

4.4 電子系統(tǒng)智能化

隨著未來智能化技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，汽車智能傳感器以及控制系統(tǒng)的智能化水平也將會不斷提升，在相關(guān)技術(shù)的支持下，自動駕駛、自動控制、智能制動等功能將逐步成為可能。在此過程中，智能傳感器作為智能化發(fā)展的重要組成部分，其所采集的數(shù)據(jù)信息將會日益精準(zhǔn)化，并結(jié)合汽車智能化控制的相關(guān)要求實施針對性調(diào)整，最終為汽車控制系統(tǒng)的智能化運行提供重要數(shù)據(jù)支持。在高智能化的傳感器技術(shù)與控制系統(tǒng)資產(chǎn)下，汽車可為駕駛員提供精準(zhǔn)可靠的駕駛建議，有效提高汽車行駛安全性。同時，在各類緊急突發(fā)條件下，控制系統(tǒng)可自動控制汽車實現(xiàn)急剎等操作，避免因駕駛員反應(yīng)不及時所引發(fā)的各類安全事故。不過，相關(guān)功能實現(xiàn)均對智能傳感器以及控制系統(tǒng)提出更高的實際要求，所以還需要進一步實施相關(guān)技術(shù)研究及升級改造。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展與人們使用需求的不斷提升，未來汽車功能將會日趨多元化，其勢必會導(dǎo)致汽車設(shè)計制造更為繁瑣，潛在安全風(fēng)險逐步增加。針對此種情況，推動汽車實現(xiàn)智能化發(fā)展，通過智能化技術(shù)手段有效應(yīng)對各類潛在安全風(fēng)險已經(jīng)成為未來汽車設(shè)計的必然發(fā)展趨勢。引入智能化技術(shù)后，智能化技術(shù)的智能化水平直接決定著汽車行駛中的使用體驗及駕駛安全性，但受限于當(dāng)前技術(shù)水平及應(yīng)用成本等因素的影響，智能傳感器尚未在汽車電子技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛普及應(yīng)用，并且應(yīng)用中所發(fā)揮出的成效也存在一定不足。對此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)不斷加強智能傳感器在汽車電子技術(shù)領(lǐng)域的研究應(yīng)用，根據(jù)汽車電子技術(shù)的相關(guān)特點，對智能傳感器進行針對性改造、升級，促使智能傳感器能夠真正符合汽車智能化發(fā)展中的應(yīng)用需求。

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