车用传感器组件及解决方案

冉文东

摘要：随着对于汽车行车安全与智能型车辆系统需求的增加，车用传感器的需求将大幅提升。文章介绍了车用传感器组件及解决方案。

关键词：车用传感器组件；汽车行车安全；智能型车辆系统

中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）06-0023-02

随着对于汽车行车安全与智能型车辆系统需求的增加，车用传感器的需求将大幅提升。根据调查，2005年车用传感器产值为105亿美元，预估到2010年将攀升到142亿美元，其中年平均增长率为6.1。在所有车用感测组件中，以车用安全感测组件的年平均增长率最高，达到13.7，这些迹象显示，对于安全的需求还是汽车产业最主要的驱动力。所谓的传感器，简单来说就是能够感测到外在环境中物理状态变化的电子组件，而其中的物理变化，则包括速度、温度与电量等，车用传感器即是安装于汽车上，并用于感测行车过程中外在变化的传感器。最早的车用传感器是应用在感测引擎与或是驱动系统的状态，包括：氧气、流体、温度、地压与电流等。然而，受到行车安全与操控性要求的提升，这些传感器的应用渐渐向致动器（Actuator）或马达方向延伸，其中包括：ABS煞车系统及感应式电动窗马达、座椅等，当然已是车上基本配备的安全气囊也是汽车安全的一项主要应用领域。

目前全球汽车行车安全的主要驱动力是来自各国政府法规、消费者意识与汽车厂商本身，因此有关于安全的相关产品增长率，这些年来大都能保持稳定的成长，也造就了车用传感器市场蓬勃发展。基本上，汽车上所使用的传感器组件较容易在行驶过程中受到环境严格考验，包括：沙尘、湿度、盐分、燃油添加剂、震动与剧烈冲击等，因此，严格的标准是必需的。此外，温度也是一个重要考量，通常车用感测组件需要忍受较大的环境温度变化，并在组件使用寿命期间量测精度，要求必须要能保持在规范中的精确度。从2005年到2010年，车用安全感测组件的年平均增长率为13.7%，其次为车内用传感器，其增长率为6.2%。在此期间，位置、速度与氧气传感器的增长率为6.7%，而压力与加速度传感器为5.7%。最后，空气流量、温度与其它传感器的增长率为4.6%。在所有传感器中，位置、角度、速度及氧气传感器的产值维持在最高档，分别为2005年的62亿美元至2010年的86亿美元。

传统上，车用传感器的市场是以OEM模式运作，并通常不需要直接面对消费者，因此，汽车制造商与第一供货商具有决定相关传感器规格的权利，换句话说，对于传感器的供货商而言，汽车制造商与第一供货商就是他们的客户。此外，若进一步区分不同供应端，这个市场可以再细分为三类：自行生产传感器直接供给汽车厂的系统供货商，包括：Denso、Delphi、SIEMENS与Bosch；而半导体制造商，则包括：FREESCALE、TI、INFINEON、PHILIPS与ANALOGDevices等，这些公司同时提供传感器给OEM厂商与系统制造商。另外，专门生产传感器的厂商，包括：Kavlico、Melexis、ALLEGRO、Sensonor、Ruf、HITACHI、Systron-Donner、MURATA与VTI-Hamlin等，这些公司同时提供传感器给OEM厂商并与系统供货商相互合作。最后，为了讲求人车合一的最高境界，应用传感器发挥其最大功效，使车辆与驾驶者双方的能力能够达到互补机制，不再是单方面由人来对汽车进行操控，在未来电子汽车的发展前提下，这是不可欠缺考量的观念。车用传感器是一个吸引人且高度成长的市场，因为随着车子安全性与舒适性要求的增加，通常需要更大量的感测组件，此外，对于相关组件的稳定性与低价要求，也是车用传感器的主要采用考量。因此，随着车用零组件的电子化程度不断提升，在市场高度的需求下，本期将介绍车用传感器解决方案。

FREESCALE作为汽车行业领先的微控制器供货商及FlexRayConsortium的创建者之一，FREESCALE正在积极帮助汽车制造商实现车内系统的联网，以开发更智能、集成度更高的安全系统。FREESCALE所研发一系列MPVZ4006G的车用传感器产品，能在恶劣的汽车应用和工业环境下，这些产品具有优秀的可靠性和性能表现，并有很强的抗振动和抗机械冲击能力。这些传感器对震动不敏感是因为采用了过阻尼敏感元，这些高精度传感器有卓越的超载和压力及机械冲击承受力。另外，FREESCALE所发展一系列的传感器，包括：加速度、压力、和安全和警报ICs为可应用在各式各样的市场中，包括：医疗器具、工业和汽车市场中。TI德州仪器在HVAC/R汽车和工业领域内是压力感测技术的领导者，其产品能使设备营运性能更佳，使汽车、加热和空气调节系统更安全更高效。该厂商的压力传感器使用陶瓷电容和密封技术，应用于所有汽车和运输、非常规道路行驶车辆系统，既能加强安全性和营运性能，又能减少汽车废气，提升燃油率，利于环保概念，并具有改善的放射的高效率的A/C系统。

传感器的设计可确保车辆在整个使用周期内的可靠性，并经过耐久的封装模式，可用于引擎盖下和底盘安装应用，其设计紧凑，可直接安装与压力测试点，适用压力范围可调节至5000PSI，使用专用的集成电路技术设计制造的电子信号调节器，提供了在较宽在工作温度范围内（-40℃～135℃）的精确、稳定的信号输出，这种类型的传感器可用于汽车液压系统控制。MURATA汽车的先进设计来自人们对舒适性、安全性及防护性能的越来越高的需求。因此，汽车变得越来越智能化，越来越依赖于电子设备，MURATA致力于最新的应用技术，如：车载信息服务（Telematics）、ITS、ETC、CAN-BUS及ECU等，可提供体积小巧、高度先进的组件和模块。在汽车领域，MURATA所发展的产品能应用在通讯、安全、信息及传动系统，其产品之所以在这些要求极其严格的应用中获得认同，主要原因在于MURATA所拥有的核心竞争力，即陶瓷材料与工艺技术及射频和传感器技术。

另外，也采用压电陶瓷和磁阻组件，开发了一系列的感测温度、红外线、超声波、振动、加速度、角速度、角位移、旋转、磁气和电位。这些产品可广泛应用，特别是在汽车电子设备，对设备的用户有极大的贡献。VTI该厂商在为汽车工业开发和批量生产加速度传感器时积累的大量经验现在已应用到绝对压力传感器上；除了低阻抗模拟比例度量输出，新产品还有数字SPI总线接口，它为微控制器提供11位分辨率的直接接口。不管是加速度信号还是温度资料都可以通过数字接口读取。在典型应用中，仿真输出的最终精度受噪声水准50μV/Hz的限制。为方便监视系统可靠性，这些产品有非常强大的自检监视功能。自检既包括由检测品质块偏移引起的外部触发模式，又包括连续内部互连失败探测。这使得外部错误，比如短路或开路都很容易监测出来。SCA1000和SCA1020系列产品是SMDDIL-12器件，提放式安装，回流可焊的。这些器件完全是载体自由的，其设计可满足自由载体焊接程序的要求通过使用高度集成电子，灵活的产品封装和成熟的MEMS传感器技术，VTI科技已经研发出两个系列的双轴加速度传感器。SCA1000和SCA1020系列均有内部温度测量和补偿部分以使它们能够用于高精度的应用。这些再加上优秀的长期稳定性，可获得全工作温度范围内的非常高的精度。在工业级温度范围内，典型的零点精度在±40mg。ActuatorDevicesActuatorDevices采用微型传感器利用微机械加工技术，将微米级的敏感组件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上，由于具有体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以明显提高系统测试精度。目前ANALOGDevices所发展的温度传感器，其技术逐步成熟，可以制作各种微型温度传感器。

另外，多附加功能化也是该厂商最大的特色，能应用一个温度传感器能检测两个或两个以上的特征参数或化学参数，从而减少车上温度传感器的数量，提高系统的可靠性。Systron-DonnerSystron-Donner所研发的石英晶体微机电传感器，能够表现出车用产品的高可靠性、短小、轻量级石英晶体微机电传感器的应用优势。DIGI-Q是整合微机电及集成电路技术制程之微气体传感器，适用在低噪声，和高抗振动表现的低成本方面的应用。在应用系统整合技术方面，该厂商也已开发出新一代具备车用安全监控与自动监测的微机电传感器。另外，DIGI-Q的双重协议（RS-232／RS-422）增加兼容性选择，经实验后DIGI-Q证明出惯性石英微机电传感器的技术，DIGI-Q规范了一个新标准为高性能和低价格。