传感器在汽车上的应用现状及发展趋势

汽车传感器作为汽车电子控制系统的重要组成部分，用来感受运行过程中诸如温度、压力、速度、位置、空气流量、气体浓度等物理量的状态及变化情况，并送到控制器或仪表，传感器提供的状态信息是汽车电子控制的基本依据，在汽车上起到了“耳目”的作用。

1970年以前，一般汽车上只有油压、水温、油量三种传感器，分别监测发动机的润滑压力、冷却水温度和燃油箱的储量。从20世纪70年代开始，伴随着汽车电子化的发展，汽车性能的提高和人们对环境保护意识的加强，传感器在现代汽车上的应用范围和使用数目也不断增加，目前轿车上的传感器已经广布全车，从发动机到变速器，从转向到安全气囊，从制动到悬架，从照明到空调都已经有了传感器的踪影。据统计，现在中级的轿车已有传感器20个左右，高级的轿车已达80个以上，而且呈现不断增加的趋势。目前汽车传感器有两大类，一类是使驾驶者直接了解汽车各部分状态的仪表传感器，另一类是用于控制汽车运行状态的控制传感器。前一种早就有了，后一种是现代汽车电子技术的发展产物。

一、汽车传感器的应用现状

1.汽车传感器的分类

汽车传感器按用途可分为发动机电子控制用传感器，如空气流量、曲轴转角、发动机转速、爆震、进气温度、冷却水温度传感器等；底盘检测与控制传感器，如车高传感器、转向传感器、车速传感器等；为驾驶员提供信息的传感器，如汽车仪表电子装置中使用的各种传感器、导向行驶系统中使用的前进方向传感器，地磁矢量传感器等；以及提高乘坐舒适性装置中使用的传感器，如座椅位置调整用的电位计式电阻传感器等。

2.汽车发动机控制系统中使用的传感器

用于发动机控制系统中的压力、温度、气体浓度、流量、位置和转速、爆震等传感器，使用于高温(发动机表面150℃、排气歧管650℃)、振动(加速度30g)、冲击(加速度50g)、潮湿(100％RH，-40～120℃)以及蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥污染的恶劣环境中，因此汽车用传感器耐恶劣环境的技术指标要比一般工业用传感器高1～2个数量级。

（1）压力传感器。压力传感器主要用于检测汽缸负压、大气压、涡轮发动机的升压比、汽缸内压、油压等。吸气负压式传感器主要用于吸气压、负压、油压检测，吸气压13～100kPa，精度1％，大气压65～100kPa，精度5％。主要有膜片式压力传感器、电容式压力传感器和半导体压力传感器。其中膜片式压力传感器主要用于发动机电子喷射装置，工作范围20～800kPa，精度1．5％；电容式压力传感器主要用于检测泊压、液压、气压，测量范围20～100kPa；半导体压力传感器用来检测各种压力，应用量最大，工作范围20MPa，精度0．6％(非线性) 59400226；SAW(表面波式)。

（2）温度传感器。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。已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器(通用型，-50～130℃，精度1.5％，响应时间10ms；高温型600～1000℃，精度5％，响应时间10ms)、铁氧体式温度传感器(ON／OFF型，-40～120℃，精度2．0％)、金属或半导体膜空气温度传感器(-40～150℃，精度2．0％、5％，响应时间20ms)等。

汽车用温度传感器的发展方向是使响应时间更快的温度传感器，灵敏度增高。

（3）爆震传感器。汽油在即将燃烧而没有发生明显爆燃时，燃烧速度最快、动力性能最好。爆燃检测方法有气缸压力、发动机机体振动和燃烧噪声等。爆震传感器有磁致伸缩式和压电式两种。磁致伸缩式爆震传感器的使用温度为-40～125℃，频率范围为5～10kHz；压电式爆震传感器在中心频率5.417kHz处，其灵敏度可达200mV／g，在振幅为0.1g～10g范围内具有良好线性度。

3.汽车状态控制系统用传感器

汽车状态控制系统用传感器的使用环境条件不大苛刻，许多在工业控制系统中使用的传感器可以直接或者稍加改进后使用在汽车状态控制系统中。不同的控制系统要求配置不同的传感器。例如，在防打滑的制动器中使用对地速度传感器、车轮速度传感器；在SPA(单点式传感气袋系统)中使用悬臂压电陶瓷式、圆板型压电陶瓷式、悬臂压电电阻式、4点支持压电电阻式、3层或5层结构静电电容器式等气袋用加速度传感器；在液压转向装置中使用车速传感器、油压传感器；在速度自动控制系统中使用车速传感器、加速踏板位置传感器；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；在惯性行驶系统中使用转向传感器、行驶距离传感器；在测量燃油、冷却液、制动液、电解液、清洗液、发动机油位等液位时，使用热敏电阻式、压电谐振式、静电电容器式等液位传感器。在ABS系统中各厂家正在致力开发轮毂内装式ABS传感器，预计将向轮毂内装式半导体传感器方面发展。霍尔器件及MR器件等可以检测出零车速，但目前的问题是如何降低成本。

二、汽车用传感器技术的发展趋势

现代汽车的电子化趋势推动了汽车传感器技术的发展，未来的汽车传感器总的发展趋势是多功能化、集成化、智能化，还将不断地提高可靠性及降低系统制造成本。多功能化指的是一个传感器能检测两个或者两个以上的特性参数或化学参数。集成化指的是利用IC制造技术制作IC式传感器。智能化是指传感器与大规模集成电路相结合，带有MPU，具有智能作用。

一些新型的传感器，比如光纤传感器，由于具有灵敏度高、体积小、重量轻、可弯曲、绝缘性好、无电磁干扰、频带宽、低损耗等特点，今后在汽车上的应用会更加广泛。为提高汽车安全性和舒适性，生物体测量等方面的传感器也在研究中。例如，驾驶员视野盲区障碍物测量、保持2车前后车距、碰撞自动保护等装置中用传感器。

此外，传感器信号输出与控制系统的计算机接口也是一个重要的研究课题。内含有A／D、D／A、I／O驱动、缓冲RAM、程序ROM、MPU，并具有线性、温度补偿以及相应控制程序的灵巧型汽车用传感器引人注目，将使得汽车各系统的元器件数量大大减少，从而降低系统成本，减小体积和减轻质量，并使整个系统更加简单可靠。

总之，汽车用传感器技术的发展，不仅仅是传感器自身的开发，而且更注重于对传感器的互换性、耐久性、可靠性的开发。

（作者单位：浙江汽车职业技术学院）