【導讀】隨著電子技術的發(fā)展，汽車電子化程度不斷提高，通常的機械系統(tǒng)已經(jīng)難以解決某些與汽車功能要求有關的問題，而被電子控制系統(tǒng)代替。
前言
隨著電子技術的發(fā)展，汽車電子化程度不斷提高，通常的機械系統(tǒng)已經(jīng)難以解決某些與汽車功能要求有關的問題，而被電子控制系統(tǒng)代替。
汽車傳感器
傳感器作為汽車電控系統(tǒng)的關鍵部件，它直接影響汽車的技術性能的發(fā)揮?，F(xiàn)代汽車已將傳感器技術擴展到底盤、車身和燈光電氣系統(tǒng)上了。這些系統(tǒng)采用的傳感器有100多種。這些傳感器主要分布在發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和車身控制系統(tǒng)中。
傳感器的作用就是根據(jù)規(guī)定的被測量的大小，定量提供有用的電輸出信號的部件，亦即傳感器把光、時間、電、溫度、壓力及氣體等的物理、化學量轉(zhuǎn)換成信號的變換器。
汽車傳感器的種類
汽車傳感器的種類這么多，常見的有哪些呢？下面來介紹分布在不同車輛控制系統(tǒng)中的一些常用的汽車傳感器。
發(fā)動機控制用傳感器
發(fā)動機控制用傳感器有許多種，其中包括溫度傳感器、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速和角度傳感器、流量傳感器、位置傳感器、氣體濃度傳感器、爆震傳感器等。這類傳感器是整 個發(fā)動機的核心，利用它們可提高發(fā)動機動力性、降低油耗、減少廢氣、反映故障等。
由于發(fā)動機用傳感器工作在發(fā)動機振動、汽油蒸氣、污泥和泥水等惡劣環(huán)境中，因此它們耐惡劣環(huán)境技術指標要高于一般的傳感器。對于它們的性能指標要求有很多種，其中最關鍵的是測量精度與可靠性，否則由傳感器檢測帶來的誤差最終將導致發(fā)動機控制系統(tǒng)失靈或故障。
1.溫度傳感器
溫度傳感器主要用于檢測發(fā)動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點，其應用場合也略有區(qū)別。
線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應特性差；
熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應特性較好，但線性差，適應溫度較低；
熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。
已實用化的產(chǎn)品有熱敏電阻式溫度傳感器(通用型-50℃～130℃，精度1.5%，響應時間10ms；高溫型600℃～1000℃，精度5%，響應時間10ms)、鐵氧體式溫度傳感器(ON/OFF型，-40℃～120℃，精度2.0%)、金屬或半導體膜空氣溫度傳感器(-40℃～150℃，精度2.0%、5%，響應時間20ms)等。
2.壓力傳感器
壓力傳感器主要用于檢測氣缸負壓、大氣壓、渦輪發(fā)動機的升壓比、氣缸內(nèi)壓、油壓等。吸氣負壓式傳感器主要用于吸氣壓、負壓、油壓檢測。汽車用壓力傳感器應用較多的有電容式、壓阻式、差動變壓器式（LVDT）、表面彈性波式（SAW）。
電容式壓力傳感器主要用于檢測負壓、液壓、氣壓，測量范圍20～100kPa，具有輸入能量高，動態(tài)響應特性好、環(huán)境適應性好等特點；
壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大，需要另設溫度補償電路，但適應于大量生產(chǎn)；
LVDT式壓力傳感器有較大的輸出，易于數(shù)字輸出，但抗干擾性差；
SAW式壓力傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字輸出等特點，用于汽車吸氣閥壓力檢測，能在高溫下穩(wěn)定地工作，是一種較為理想的傳感器。
3.流量傳感器
流量傳感器主要用于發(fā)動機空氣流量和燃料流量的測量?？諝饬髁康臏y量用于發(fā)動機控制系統(tǒng)確定燃燒條件、控制空燃比、起動、點火等。空氣流量傳感器有旋轉(zhuǎn)翼片式（葉片式）、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等四種類型。
旋轉(zhuǎn)翼片式（葉片式）空氣流量計結(jié)構(gòu)簡單，測量精度較低，測得的空氣流量需要進行溫度補償；
卡門渦旋式空氣流量計無可動部件，反映靈敏，精度較高，也需要進行溫度補償；
熱線式空氣流量計測量精度高，無需溫度補償，但易受氣體脈動的影響，易斷絲；
熱膜式空氣流量計和熱線式空氣流量計測量原理一樣，但體積少，適合大批量生產(chǎn)，成本低。
空氣流量傳感器的主要技術指標為：工作范圍0.11～103立方米/min，工作溫度-40℃～120℃，精度≤1%。
燃料流量傳感器用于檢測燃料流量，主要有水輪式和循環(huán)球式，其動態(tài)范圍0～60kg/h，工作溫度-40℃～120℃，精度±1%，響應時間小于10ms。
4.位置和轉(zhuǎn)速傳感器
位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開度、車速等。目前汽車使用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機式、磁阻式、霍爾效應式、簧片開關式、光學式、半導體磁性晶體管式等，其測量范圍0°～360°，精度±0.5°以下，測彎曲角達±0.1 。
車速傳感器種類繁多，有敏感車輪旋轉(zhuǎn)的、也有敏感動力傳動軸轉(zhuǎn)動的，還有敏感差速從動軸轉(zhuǎn)動的。當車速高于100km/h時，一般測量方法誤差較大，需采用非接觸式光電速度傳感器，測速范圍0.5～250km/h，重復精度0.1%，距離測量誤差優(yōu)于0.3%。
5.氣體濃度傳感器
氣體濃度傳感器主要用于檢測車體內(nèi)氣體和廢氣排放。其中，最主要的是氧傳感器，實用化的有氧化鋯傳感器(使用溫度-40℃～900℃，精度1%)、氧化鋯濃差電池型氣體傳感器(使用溫度300℃～800℃)、固體電解質(zhì)式氧化鋯氣體傳感器(使用溫度0℃～400℃，精度0.5%)。
另外還有二氧化鈦氧傳感器。和氧化鋯傳感器相比，二氧化鈦氧傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、便宜，且抗鉛污染能力強的特點。
6.爆震傳感器
爆震傳感器用于檢測發(fā)動機的振動，通過調(diào)整點火提前角控制和避免發(fā)動機發(fā)生爆震?？梢酝ㄟ^檢測氣缸壓力、發(fā)動機機體振動和燃燒噪聲等三種方法來檢測爆震。
爆震傳感器有磁致伸縮式和壓電式。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40℃～125℃，頻率范圍為5～10kHz；壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417kHz處，其靈敏度可達200mV/g，在振幅為0.1g～10g范圍內(nèi)具有良好線性度。
底盤控制用傳感器
底盤控制用傳感器是指分布在變速器控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、防抱制動系統(tǒng)中的傳感器，在不同系統(tǒng)中作用不同，但工作原理與發(fā)動機中傳感器是相同的，主要有以下幾種形式傳感器：
1.變速器控制傳感器
多用于電控自動變速器的控制。它是根據(jù)車速傳感器、加速度傳感器、發(fā)動機負荷傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器檢測所獲得的信息經(jīng)處理使電控裝置控制換檔點和液力變矩器鎖止，實現(xiàn)最大動力和最大燃油經(jīng)濟性。
2.懸架系統(tǒng)控制傳感器
主要有車速傳感器、節(jié)氣門開度傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。根據(jù)檢測到的信息自動調(diào)整車高，抑制車輛姿勢的變化等，實現(xiàn)對車輛舒適性、操縱穩(wěn)定性和行車穩(wěn)定性的控制。
3.動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳感器
它是根據(jù)車速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等使動力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便，提高響應特性，減少發(fā)動機損耗，增大輸出功率，節(jié)省燃油等。
4.防抱制動傳感器
它是根據(jù)車輪角速度傳感器，檢測車輪轉(zhuǎn)速，在各車輪的滑移率為20%時，控制制動油壓、改善制動性能，確保車輛的操縱性和穩(wěn)定性。
車身控制用傳感器
采用這類傳感器的主要目的是提高汽車安全性、可靠性、舒適性等。
應用于自動空調(diào)系統(tǒng)中的多種溫度傳感器、風量傳感器、日照傳感器等；
安全氣囊系統(tǒng)中加速度傳感器；亮度自控中光傳感器；
用于門鎖控制中的車速傳感器；
用于亮度自動控制中的光傳感器；
用于倒車控制中的超聲波傳感器或激光傳感器；
用于保持車距的距離感器；
用于消除駕駛員盲區(qū)的圖象傳感器等。
死角報警系統(tǒng)中超聲波傳感器；圖像傳感器等。
導航系統(tǒng)用傳感器
隨著基于GPS/GIS（全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)）的導航系統(tǒng)在汽車上的應用，導航用傳感器這幾年得到迅速發(fā)展。導航系統(tǒng)用傳感器主要有：確定汽車行駛方向的羅盤傳感器、陀螺儀和車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。
無人駕駛技術的汽車傳感器
無人駕駛技術現(xiàn)如今其實非常成熟了，汽車如何能對現(xiàn)實中復雜的交通狀況了如指掌，如何可以像人的眼睛和大腦一樣靈活應變。關鍵就在需要各種各樣的傳感器合作來解決，它們最終將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳給高精密的處理器，識別道路、標示和行人，做出加速、轉(zhuǎn)向、制動等決策。
在智能感知識別的部分，車載光學系統(tǒng)和車載雷達系統(tǒng)是保證行車安全最為重要的系統(tǒng)，目前，主流的用于周圍環(huán)境感測的傳感器有激光雷達（LiDAR）、毫米波雷達（millimeter wave）、視覺傳感器三種。
激光雷達（LiDAR）
通過掃描從一個物體上反射回來的激光來確定物體的距離，可以形成精度高達厘米級的3D環(huán)境地圖，因此它在ADAS（先進駕駛輔助系統(tǒng)）及無人駕駛系統(tǒng)中起重要作用。從當前車載激光雷達來看，機械式的多線束激光雷達是主流方案，但受制于價格高昂的因素尚未普及開來。
在百度無人駕駛汽車車身上，除了部署了毫米波雷達、視頻等感應器，其車頂就安置了一個體積較大、價值70萬余人民幣的64位激光雷達，谷歌同樣也是采用的相同高端配置激光雷達。車載激光雷達系統(tǒng)的優(yōu)劣主要取決于2D激光掃描儀的性能。激光發(fā)射器線束的越多，每秒采集的云點就越多。然而線束越多也就代表著激光雷達的造價就更加昂貴。激光雷達除了成本高昂，遇到煙霧介質(zhì)以及雨雪天氣中表現(xiàn)一般，將掣肘它的發(fā)揮。
與雷達原理相似，激光雷達使用的技術是飛行時間（TOF，Time of Flight）。 具體而言，就是根據(jù)激光遇到障礙物后的折返時間，計算目標與自己的相對距離。激光光束可以準確測量視場中物體輪廓邊沿與設備間的相對距離，這些輪廓信息組成所謂的點云并繪制出3D環(huán)境地圖，精度可達到厘米級別，從而提高測量精度。
激光雷達作為“機械之眼”，也大量應用在無人機、機器人等等方向上 。相比于攝像頭，激光雷達的最大優(yōu)勢在于使用環(huán)境限制較小，即不管在白天或是夜晚都能正常使用。
毫米波雷達（millimeter wave）
毫米波是指30～300GHz頻域（波長為1～10mm）的電磁波，毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優(yōu)點。同厘米波導引頭相比，毫米波導引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點。
與紅外、激光、電磁等光學導引頭相比，毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候（大雨天除外）全天時的特點，這能與激光雷達的作用產(chǎn)生互補。另外，毫米波導引頭的抗干擾、反隱身能力也優(yōu)于其他微波導引頭 。
缺點是毫米波雷達由于波長原因，探測距離非常有限，也無法感知行人，而激光雷達可以對周邊所有障礙物進行精準的建模。為了克服不同缺點，因此勢必要將這些傳感器組合在一起。
目前看毫米波雷達也是智能汽車ADAS 系統(tǒng)的標配傳感器，按照目前主流分類，毫米波雷達可分為24GHz雷達和77GHz雷達。參照其特性，通常車輛周圍的車輛檢測使用24Ghz，前方車輛檢測使用77GHz。
以中國的實際國情以及芯片研發(fā)進度等行業(yè)特點來看，未來三年內(nèi)24GHz毫米波雷達在國內(nèi)仍有市場空間。望眼全球，我國77GHz毫米波雷達的大規(guī)模應用將稍微推后。
視覺傳感器
ADAS應用攝像頭作為主要傳感器是因為攝像頭分辨率高于其他傳感器，可以獲取足夠多的環(huán)境細節(jié)，幫助車輛進行環(huán)境認知，車載攝像頭可以描繪物體的外觀和形狀、讀取標志等，這些功能其他傳感器無法做到。
但是攝像頭受環(huán)境因素以及外部因素影響較大，比如隧道中光線不足，天氣因素導致的視線縮小等。
目前攝像頭的應用主要有：單目攝像頭、后視攝像頭、立體攝像頭或稱雙目攝像頭、環(huán)視攝像頭。
當然為了提高環(huán)境感知的準確度，通常需要多種傳感器的組合，最終提供一個穩(wěn)定耐用的解決方案。
當下比較典型的就是毫米波雷達、激光雷達和車載攝像頭，其他的超聲波技術和紅外線技術以及這些技術的算法融合都將讓傳感器產(chǎn)業(yè)帶來巨大的市場。不過毋庸置疑，在汽車實現(xiàn)完全智能化的這幾年中，傳感器產(chǎn)業(yè)鏈應該是最先獲得收益的。
未來的汽車傳感器技術的發(fā)展趨勢是微型化、多功能化、集成化和智能化。 Mems汽車傳感器已開始逐步取代基于傳統(tǒng)機電技術的傳感器，將成為世界汽車電子的重要構(gòu)成部分。
