汽車工程中微型傳感器應(yīng)用探討

姜桂冬

[摘 要]傳感器作為整個(gè)電子控制系統(tǒng)中信息的感知“器官”，在汽車工業(yè)今后的發(fā)展中必定會(huì)發(fā)揮越來越大的作用，而隨著微電子技術(shù)和信息科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以其為基礎(chǔ)的電子控制系統(tǒng)在汽車上發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛，而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器所帶來的巨大的市場(chǎng)需求和利益驅(qū)動(dòng)，也會(huì)促進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善。本文主要對(duì)汽車工程中微型傳感器應(yīng)用進(jìn)行探討。

[關(guān)鍵詞]汽車工程；微型傳感器；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）39-0369-01

1 微型傳感器介紹

微型傳感器是指能感受規(guī)定的物理量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸入信號(hào)的器件或裝置。簡(jiǎn)單地說，微型傳感器是把非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置。

微型傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三部分組成。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器及檢測(cè)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱，分別充當(dāng)信息系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”、“大腦”，他們構(gòu)成了一個(gè)完整的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。在利用信息的過程中，首先要解決如何獲取準(zhǔn)確、可靠信息的問題，所以傳感器精度的高低直接影響計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的精度，可以說微型傳感器在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都起著不可替代的作用，是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。

2 汽車微型傳感器的作用

汽車微型傳感器是汽車計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車運(yùn)行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等，轉(zhuǎn)化成電訊號(hào)輸給計(jì)算機(jī)，以便發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。汽車微型傳感器可對(duì)溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、濕度、電磁、光電、氣體、振動(dòng)等各種信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量和控制。汽車微型傳感器須能經(jīng)受住-40℃～+150℃的溫度變化。而且要求精度高，響應(yīng)快，可靠性好，抗干擾和抗震能力強(qiáng)。

3 汽車微型傳感器的應(yīng)用

3.1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)微型控制系統(tǒng)用傳感器

汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是汽車動(dòng)力的核心部分，它所包含的傳感器自然也很多。例如：壓力傳感器、溫度傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等，這些傳感器提高了汽車的發(fā)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的效率。它們將檢測(cè)到的信息通過轉(zhuǎn)換電路反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)的控制單元，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后發(fā)出控制命令給相應(yīng)部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的控制，

3.2 底盤控制用微型傳感器

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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、防抱制動(dòng)系統(tǒng)中的傳感器，它們?cè)诓煌到y(tǒng)中作用不同，但工作原理與發(fā)動(dòng)機(jī)中傳感器是相同的，主要有以下幾種形式傳感器。

3.2.1 變速器控制用傳感器：主要有車速傳感器、加速度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、離合傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器等。這些傳感器檢測(cè)所獲得的信息經(jīng)處理使電控裝置控制換檔點(diǎn)和變矩器鎖止，實(shí)現(xiàn)最大動(dòng)力和最大燃油經(jīng)濟(jì)性。

3.2.2 懸架系統(tǒng)控制用傳感器：主要有車速傳感器、節(jié)流閥開度傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。系統(tǒng)根據(jù)這些傳感器檢測(cè)到的信息自動(dòng)調(diào)整車高，抑制車輛姿勢(shì)的變化等，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛舒適性、操縱穩(wěn)定性和行車穩(wěn)定性的控制。

3.2.3 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用傳感器：主要有車速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等，利用這些傳感器使動(dòng)力轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱輕便、提高響應(yīng)特性、減少發(fā)動(dòng)機(jī)損耗、增大輸出功率、節(jié)省燃油等。

3.2.4 防抱制動(dòng)傳感器：主要是利用車輪角速度傳感器，檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速，在各車輪的滑移率為20%時(shí)控制制動(dòng)油壓、改善制動(dòng)性能，確保車輛操縱性和穩(wěn)定性。

3.3 汽車車身控制系統(tǒng)用微型傳感器

車身控制用傳感器主要為了提高汽車行駛過程的舒適度和可靠性。針對(duì)車主對(duì)光線、溫度和濕度等不同的要求，車身控制用傳感器提供了日照傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等。另外還有門鎖控制中的車速傳感器、安全氣囊系統(tǒng)中的加速度傳感器和保持車距的距離傳感器等等，這些傳感器的綜合運(yùn)用，使得汽車的設(shè)計(jì)更加的人性化。

3.4 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)用微型傳感器

近年來，基于GPS/GIS（全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)）的導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展迅速，汽車的制造與生產(chǎn)中也廣泛地使用這一導(dǎo)航系統(tǒng)來幫助車主了解行駛過程中道路的概況。導(dǎo)航系統(tǒng)的檢測(cè)部分也由許多傳感器組成，主要有：陀螺儀、羅盤傳感器、車速傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。

3.5 測(cè)量氣體濃度的微型傳感器

微型傳感器主要對(duì)汽車的車體內(nèi)氣體和排放氣體進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)量。在微型氣體傳感器中，最重要的是微型氧氣傳感器。微型氧氣傳感器主要對(duì)汽車尾氣中的氧氣量進(jìn)行測(cè)量，將氧氣量數(shù)據(jù)回傳給電腦控制系統(tǒng)，最終由電腦控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，調(diào)整空氣和燃油的注入比例。微型傳感器的作用是可以為噴油量的修正提供參考數(shù)據(jù)。

4 車用微型傳感器發(fā)展趨勢(shì)

由于傳感器在電控系統(tǒng)中的重要性，所以從某種意義上說，先進(jìn)汽車的競(jìng)爭(zhēng)即是傳感器的競(jìng)爭(zhēng)，世界各國(guó)對(duì)其理論研究、新材料應(yīng)用、產(chǎn)品開發(fā)都非常重視。金剛石的耐熱性好、熱穩(wěn)定高，在真空中1200℃以上其表面才開始出現(xiàn)炭化，在大氣中也要600℃以上才開始炭化，利用這一特性，制作適用于高溫的熱敏傳感器，從常溫到600℃范圍內(nèi)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)與控制，并且適用在高溫且有腐蝕氣體的惡劣環(huán)境下使用，性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)中的高溫測(cè)量。此外金剛石在高溫下形變率很高，利用這一特性可制作高溫環(huán)境下使用的振動(dòng)傳感器和加速度傳感器。與其它材料振動(dòng)膜相結(jié)合可作為高溫、耐腐蝕、靈敏度高的壓力傳感器，用于振動(dòng)檢測(cè)以及發(fā)動(dòng)機(jī)、氣缸壓力等測(cè)量。

光導(dǎo)纖維型傳感器由于其抗干擾性強(qiáng)、靈敏度高、重量輕、體積小、適于遙測(cè)等特點(diǎn)正受到人們的普遍重視。目前已有不少成熟的產(chǎn)品問世，如光纖轉(zhuǎn)矩傳感器，以及溫度、振動(dòng)、壓力、流量等傳感器。

在開發(fā)利用新材料同時(shí)，由于微電子技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，傳感器正朝著微型化、多功能化、智能化方向發(fā)展。微型化傳感器利用微機(jī)械加工技術(shù)將微米級(jí)的敏感元件、信號(hào)調(diào)理器、數(shù)據(jù)處理裝置集成封裝在一塊芯片上。由于其體積小、價(jià)格便宜、便于集成等特點(diǎn)，可以提高系統(tǒng)測(cè)試精度，例如把微型壓力傳感器和微型溫度傳感器集成在一起，同時(shí)測(cè)出壓力和溫度，便可通過芯片內(nèi)運(yùn)算消去壓力測(cè)量中的溫度影響。

目前已有不少新型傳感器面世，如壓力傳感器、加速度計(jì)、用于防撞的硅加速度計(jì)等。據(jù)說在汽車輪胎內(nèi)嵌入微型壓力傳感器可以保持適當(dāng)充氣，避免充氣過量或不足，從而可節(jié)約燃油10%。多功能化的特性使得傳感器能夠同時(shí)檢測(cè)2個(gè)或2個(gè)以上的特性參數(shù)。而智能傳感器由于帶有專用計(jì)算機(jī)，因而具有智能特點(diǎn)。此外，傳感器響應(yīng)時(shí)間、輸出與計(jì)算機(jī)的接口等問題也是重要的研究課題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，車用傳感器的技術(shù)必將趨于完善。

結(jié)束語：

現(xiàn)代社會(huì)中，隨著汽車的日益發(fā)展，越來越多的人開始依賴汽車，所以汽車的各方面性能也開始受到越來越多的人的關(guān)注。人們不再僅僅滿足于現(xiàn)狀，對(duì)汽車的要求越來越多，而這些需求都需要借助眾多汽車傳感器來實(shí)現(xiàn)，它是汽車電子控制系統(tǒng)領(lǐng)域的研究核心。發(fā)展至今，傳感器已成為汽車不可或缺的一部分，它應(yīng)用于汽車的各個(gè)方面，在汽車控制中占據(jù)了舉足輕重的地位。

參考文獻(xiàn)

[1] 王渝，楊建新等.現(xiàn)代汽車傳感器的應(yīng)用與發(fā)展[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2014，17（21）

[2] 韓天龍.現(xiàn)代汽車傳感器的智能化研究與發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2014，8

[3] 王占銳.新型傳感器在汽車技術(shù)中的應(yīng)用概述[J].科技與生活，2015endprint