新型传感器在汽车技术中的应用研究

马云贵（湖南交通职业技术学院,长沙 410000）

新型传感器在汽车技术中的应用研究

马云贵
（湖南交通职业技术学院,长沙 410000）

随着科技的高速发展，越来越多类型的传感器技术被应用到汽车工业中。汽车传感器是将汽车的物理量、电量以及化学量转变成电脑能够识别的数字信号，将汽车各部分的状态实时的反映出来，使驾驶者更加清晰的了解汽车状态，是驾驶更加便捷、安全。处于这样一个目的，更多的传感器被发明、应用，本文通过介绍新型传感器的应用，来进一步说明传感器的的作用及发展方向。

新型传感器；传感器应用；发展方向

0 引言

随着人民生活水平的不断提高，汽车也逐渐的成为人们生活的必须品，汽车的智能化、电子信息化水平也在不断的提升，驾驶的便捷性也在逐渐提高。人们在享受着汽车带来乐趣的同时，也越来越多的依赖于汽车的各种各样的传感器。

1 传感器作用

1.1 提高汽车操控稳定性

在汽车操控方面，有越来越多的传感器监控着汽车的形式状态，例如胎压监测、防滑监测等，这些传感器将各系统数据实时的收集起来，并传输给汽车计算机，计算机根据预先设定的方案来提供相应的控制，帮助驾驶者更加精准的控制汽车，减少汽车故障的发生。

1.2 提升汽车驾驶舒适性

汽车在发展过程中，人们不仅越来越注重性能要求，同时也越来越注重汽车的舒适性，更多的考虑长时间驾驶对身体的保护。而在舒适性方面，很多传感器的使用使汽车更加智能、方便，根据预先设定的温度，控制空调系统的运行，使车内更加舒适、稳定。

1.3 提供各部位状态信息

在汽车的各个系统中，为保证各个部位能够正常运行，就要实时了解各部位的运行状态，一旦出现状况需要立即显示给驾驶者，从而使驾驶者能够有足够的时间做出处理。否则，对于汽车本身就会造成损害。例如，汽车的机油显示状态、发动机故障警示等。这些重要部位都设置了多个传感器，针对不同的发动机问题，显示不同的发动机故障问题，当有故障发生时，可以第一时间让驾驶者了解，采取措施，如果无法进行解决，驾驶者可以第一时间进行技术支持，由于大多数驾驶者不是专业汽车维修人员，无法了解汽车具体问题，状态显示也可以第一时间帮助技术支持者提供故障类型的可能性分析，为提供技术支持提供可靠依据。

2 传感器的分类及综合应用

汽车的传感器主要围绕着汽车的运行控制系统、车内状态来进行设置的，这其中温度传感器、压力传感器、流量传感器、位置和转数传感器等传感器是核心。

2.1 温度传感器

温度传感器在汽车上有很多，例如监测发动机的温度、冷却水温度、车内温度等。发动机温度控制系统可以根据进气温度的高低来控制喷油嘴阀开启时刻和持续时间，保证发动机混合气体的燃烧效率和动力输出。温度传感器一般有热敏电阻式、热电偶式、线绕电阻式三类，其特点分别是热敏电阻灵敏性较高，响应时间短，但线性变温能力差，适合较低温度的温度检测环境，热电偶式的精度较高，测温范围较宽，但是由于其反应变化电流很小，需要进行放大器的放大处理。而线绕电阻式则需要相对较长时间的反应，反应的灵敏性较差，在监视变化率较小的环境下使用比较合适。

2.2 压力传感器

压力传感器有很多种，例如：电容式、压阻式、表面弹性波式（SAW）等，电容式压力传感器主要检测负压、气压、液压等输入能量高的环境，其动态响应性较好，适应性也很强。例如很多高级改装车需要监控油压机吸气负压状态就需要采用吸气负压传感器，用来监测胎压状态。表面弹性波式（SAW）其体积小、质量轻、能耗小、灵敏性高、易于数字量化输出、可靠性高等优点集一身，其往往用在高端的状态监控上。

胎压监控示意图

2.3 流量传感器

流量传感器在汽车上的使用主要就是用在汽车发动机的空气流量以及燃料流量监测上。在空气监测方面为计算机提供了一个数据，计算机根据车辆运转状态及空气流量来计算最佳的发动机点火时间和持续时间，例如在汽车启动时、匀速行驶时、制动时空气流量不同以及燃油供给量不同，需要进行不同的点火程序，另外对于部分发动机采用涡轮增加进气结构，也需要对于气体流量进行监测。空气流量传感器主要有叶片式、热线式、卡尔曼旋涡式。燃油流量传感器主要监控燃油的流量，通过计算机计算出瞬时油耗以及平均油耗等参数，反映给驾驶者。燃油流量传感器主要有水车式和循环球式，反映时间较短。

2.4 位置和转速传感器

位置和转数传感器主要适用于监测曲轴转角、发动机转速、车速等参数值，目前最常用的传感器有霍尔效应式、交流发电机式、磁阻式、光学式、半导体磁性晶体管式等，其测量范围为0°～360°，精度为小于±0.15°。目前转速传感器有很多种，且针对的对象也有区别，现在较为先进的为半导体磁性晶体管传感器，其比霍尔效应式传感器灵敏度高100倍，且成本较低。对于车速的测量，较为先进的传感器为非接触式光电速度传感器，其范围达到0～250km/h，重复精度为0.1%。

2.5 气体浓度传感器

气体浓度传感器是目前比较高端的车型上所采用的技术，通过气体浓度传感器对发动机排放气体成分的判断，来计算发动机燃烧的性能，并向供油系统发出相应的反馈信号已修正喷油嘴的工作频率，使空气和燃料比达到最理想的状态。目前，常用的气体传感器有氧化锆传感器、氧化锆浓差电池气体传感器、固体电解质式氧化锆传感器，此外还有二氧化钛氧传感器。相比前者，二氧化钛氧床干起结构更加简单、方便抗污染能力强等特点。

2.6 爆震传感器

爆震传感器主要检测发动机的整体振动情况，并根据振动情况适当调整点火时刻，避免发动机发生爆震。通过检测气缸压力、发动机振动和燃烧噪声三种主要方法来检测汽车的爆震情况。传感器类型主要有磁致伸缩式和压电式。磁致伸缩式爆震传感器的适用范围为-40℃～125℃，频率范围为5～10kΗz；压电式的爆震传感器当频率为5.417kΗz处，灵敏度可达到200mV/g，并且具有良好的线性度。爆震传感器可以反映出发动机的工作状态，例如扭矩的输出大小。爆震传感器与气体传感器的有效结合就可以辅助形成汽车的燃油辅助工具，帮助汽车更好的调节供油工作，使发动机的燃油效率逐步提升，同时也减少了废弃排放。

3 传感器的综合应用发展趋势

汽车技术的智能化、舒适化是汽车的发展方向，随着汽车发展，传感器在汽车的探测、控制系统中的作用也越来越明显。如今的汽车，各种先进的技术与系统逐渐应用到汽车上，辅助系统的应用更是使驾驶者更加安全、简单地驾驶汽车，例如，停车辅助系统、车道偏离矫正系统、注意力分散监测系统、酒精监测报警系统等等。

3.1 电子化

电子化是传感器发展的一个重要方向，现代传感器多是从半导体集成电路技术发展而来的，目前随着电子技术的日渐成熟，可以制作各种敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的传感器。由于基于电子技术的传感器在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面的优势，它们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器

3.2 小型化

传感器的小型化利用计算机控制微机械加工技术将微米级的敏感元件、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。汽车在逐渐的发展，人们对汽车各个部位性能的提升以及监测都需要传感器来实现，而愈加细致的控制需要越来越小的传感器深入到汽车精细部位中去，且不干扰汽车的正常运转。这样也促使传感器逐渐小型化，只有小型化才能在汽车科技竞争中逐渐赢得机遇和发展。

3.3 类型多样化

以往的传感器多以机械式的为主，然而，随着电子传感器的发展，越来越多的电子技术被应用到传感器中去，逐渐形成了不同原理、不同功能的传感器，而即使与以往传感器原理、功能近似的传感器，在材料使用上、稳定性、准确性上都有质的提升。而探测同样一个数据，因为汽车设计定位的不同以及结构形式、部位、空间的不同，所使用的传感器也不尽相同，也促使了传感器向多样化发展。

3.4 系统集成化

汽车的发展不仅仅是以往的代步、运输，更是现代人们生活、休闲必不可少的工具，已然成为人们生活的一部分。随着人们对生活追求的不断提高，汽车功能也日渐完善，简单的传感器设备便无法完成预定功能。因此，汽车传感器就不得不将更多的传感器联合起来，使各个传感器各司其职，共同来完成一个更加复杂的任务。例如，现在豪华汽车座椅系统，就不仅要有位置传感器，同时又要有记忆传感器的设置来完成设置的快捷性。

3.5 智能化

智能化是指传感器与大规模集成电路相结合，带有CPU，具有智能作用，以减少ECU的复杂程度，减小其体积，并降低成本。智能化的传感器可以将电子传感器的工作范围扩大，也将其传感器精确度逐渐提高。因此智能化的传感器也是传感器发展的必然方向。

3.6 新型化

传感器的原理是基于各种物理、化学、生物等效应，对其进行有效利用。随着科技的不断进步，各种新型材料以及更加创新、有效的技术不断被研发出来，传感器的种类将更加多样，传统功能的传感器也同样基于技术与工艺的改变而进行改变，采用新型的技术，将更能发挥传感器的综合效应。

3.7 精准化

传感器从最初的模拟物理量，到如今的数字化，传感器的触控方式在不断的改变，感知范围不断的在缩小，变得更加精细，同时由于更多的集成系统的运用，控制中心的处理方式也在不断的跟数字化接轨，这样控制中心能够更加容易的通过传感器传来的数字量的大小来精准的控制动作部分来进行细小而精准的控制，不再像以前一样的模拟量误差极大而无法做到精准反馈。例如，汽车行进车道转弯辅助系统，在行进过程中要利用前方摄像设备的高清晰影像，通过精细分辨才能做到辅助转弯的精准，否则，转弯辅助反而会对驾驶者的操控产生不利影响。再比如，高性能车在激烈的驾驶状态下对于油门的控制时间、力度要掌握的跟精细，如果稍有动作延迟以及反馈不精准都会造成汽车成绩不理想。

随着科技的不断提高，汽车传感器技术也在不断的提高，汽车传感器将会更加的智能化、微型化、稳定化和多功能化。随着传感器的使用，汽车品质与功能有了质的飞跃，传感器配合汽车电脑的使用，使汽车的操控更加的稳定，在能耗控制与动力输出方面也有着良好的平衡，而在舒适度方面也更加的趋于人性化和简洁化。传感器已经成为了汽车获取状态参数的主要元件，是汽车中不可缺少的设备。在未来，会有更多的新型传感器广泛的应用到汽车生产和使用中去。

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马云贵（1964—），男，副教授，研究方向：汽车技术。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.243