李碧巧

廣州瑞立科密汽車電子股份有限公司 廣東省廣州市 510663

當(dāng)今汽車發(fā)展核心有二：一是基于能源和環(huán)保問題的新能源汽車動(dòng)力問題，據(jù)相關(guān)資料報(bào)道，氫燃料電池汽車作為未來新能源汽車動(dòng)力的主要發(fā)展方向。二是基于安全性、舒適性、智能化等問題的汽車電子系統(tǒng)發(fā)展。傳感器是汽車電子技術(shù)的核心、前置部件，是信息的來源，汽車電子技術(shù)的發(fā)展越來越多的應(yīng)用了傳感器，以提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、排放性能；改善底盤的制動(dòng)、操縱性能、轉(zhuǎn)向性能和汽車行駛的安全、舒適性能。汽車電子系統(tǒng)的運(yùn)行以傳感器探測(cè)的信號(hào)為基礎(chǔ)，因此汽車傳感器的準(zhǔn)確性、一致性、穩(wěn)定性對(duì)汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展起著決定性的作用。沒有傳感器技術(shù)的發(fā)展，就沒有現(xiàn)代科技的發(fā)展。本文主要探討汽車傳感器的發(fā)展情況。

傳感器的定義：傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)。傳感器采用各種不同的科學(xué)原理，具有邊緣性、綜合性和技藝性，需要多種學(xué)科、多種高新技術(shù)的配合。

傳感器的組成部分和工作原理：傳感器由感應(yīng)元件、轉(zhuǎn)換部分、和測(cè)量電路三部分組成。感應(yīng)元件直接感受被測(cè)量的部分，將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系的電量或者非電量。轉(zhuǎn)換元件將非電量轉(zhuǎn)換成電量。測(cè)量電路將轉(zhuǎn)換電路輸入的電參量經(jīng)過濾波、放大等處理轉(zhuǎn)換成電壓、電流等便于顯示和記錄及后續(xù)處理的組成部分。

傳感器按能量轉(zhuǎn)換方式分為有源傳感器和無源傳感器：有源傳感器是把其它形式的非電量轉(zhuǎn)換為電量，相當(dāng)于一個(gè)微型發(fā)電機(jī)；無源傳感器需要外接電源，被測(cè)非電量對(duì)傳感器的能量起控制或調(diào)節(jié)作用，它需要外接電源。比如磁電式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器屬于有源傳感器；而電阻式傳感器、電容式傳感器、爆震傳感器等屬于無源傳感器。

1 汽車傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著汽車技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，已由過去單純用在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)上，擴(kuò)展到汽車底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)、輔助駕駛控制系統(tǒng)等方面。每個(gè)傳感器分別屬于各個(gè)不同的系統(tǒng)，某些傳感器可能被兩個(gè)或者多個(gè)控制系統(tǒng)同時(shí)使用。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中傳感器的應(yīng)用有：空氣流量傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、曲軸角度傳感器、氧傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、水溫傳感器、機(jī)油壓力傳感器、爆燃傳感器等。

（2）車身電器控制系統(tǒng)用的傳感器有用于自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中的多種溫度傳感器、日照傳感器、風(fēng)量傳感器、安全氣囊中的加速度傳感器、門鎖中的車速傳感器、亮度控制用的光傳感器等。

（3）底盤控制系統(tǒng)中傳感器的應(yīng)用有：底盤控制系統(tǒng)包括傳動(dòng)系控制系統(tǒng)、行駛系控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、制動(dòng)控制系統(tǒng)各種不同系統(tǒng)中傳感器的使用。

（4）輔助駕駛控制系統(tǒng)用的輪速傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器（方向盤轉(zhuǎn)角測(cè)量）、橫擺傳感器（汽車行駛中三軸轉(zhuǎn)角和三軸加速度測(cè)量）、雷達(dá)傳感器（行駛或倒車中車輛到障礙物距離測(cè)量）……隨著汽車電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)傳感器的測(cè)量穩(wěn)定性、適用環(huán)境的嚴(yán)酷度、功能和使用范圍的要求越來越多。另基于半導(dǎo)體、微機(jī)電、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)化、信息化技術(shù)的發(fā)展，為傳感器在新形勢(shì)下的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2 汽車傳感器的發(fā)展方向

（1）開發(fā)新功能、新原理傳感器：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)在很多方面的能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了人類（除了人類大腦的思維能力）；而傳感器技術(shù)是電子控制系統(tǒng)的先導(dǎo)部件，因此對(duì)傳感器技術(shù)提出了更多、更高的要求。隨著人類越來越多的涉足未知地域、海域、空域及工程科技方向，對(duì)現(xiàn)有傳感器的抗高溫、抗沖擊、抗腐蝕、抗灰塵、抗污染、抗電磁干擾能力、壽命周期等均提出了苛刻的要求。

我們可以從新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)（比如光纖傳感器和生物傳感器等）；新型材料（半導(dǎo)體、納米材料等）；新的加工技術(shù)（微機(jī)械加工技術(shù)、化學(xué)加工、光學(xué)加工等等）三個(gè)方面來開發(fā)新功能、新原理傳感器。

（2）微型化：微型化傳感器也稱為微傳感器。隨著半導(dǎo)體、微機(jī)電（MEM）技術(shù)、特別是納米技術(shù)的發(fā)展，傳感器不斷的向微型化方向發(fā)展；這些傳感器體積微小、重量輕（微傳感器的敏感元件尺寸集中在微米級(jí)，即使封裝后的尺寸也集中在毫米級(jí)，重量多在100克以下）、功耗低、功能全新、能夠保證高精度、批量化生產(chǎn)。

比如，智能電容壓力傳感器MPXY8300，07年飛思卡爾公司推出的采用MEMS技術(shù)制作精確感應(yīng)的（TPMS）胎壓檢測(cè)系統(tǒng)電容壓力傳感器。20針腳，包括Z軸加速度傳感器、電容壓力傳感器、電容X軸、512bRAM、16KB閃存的8位微控制器（MCU）、溫度傳感器、RF發(fā)射器等電路。一節(jié)鋰電池可以使MPXY8300使用10年。

（3）多功能化、集成化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化：隨著微傳感器的發(fā)展，使多功能化、集成化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化的集成傳感器成為未來傳感器的方向發(fā)展；單一傳感器只能檢測(cè)一個(gè)物理量，而現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展迫使傳感器需要同時(shí)測(cè)量多種物理量。因此希望將多個(gè)功能不同的感應(yīng)元件集成在一起，或者將多個(gè)功能相同的感應(yīng)元件集成在一起。使一個(gè)傳感器能同時(shí)進(jìn)行多種功能相同或者功能不同的物理量的測(cè)量。傳感器網(wǎng)絡(luò)最先使用在戰(zhàn)爭中，用于戰(zhàn)場(chǎng)軍事檢測(cè)。現(xiàn)代傳感器網(wǎng)絡(luò)越來越多使用在民用領(lǐng)域，比如環(huán)境檢測(cè)、家居自動(dòng)化、汽車、交通管制等。傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)、基站節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、公用網(wǎng)絡(luò)組成系統(tǒng)。傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器單元、處理單元、電源部分、通信單元四個(gè)基本部分組成；此外，也可以同定位系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等裝置組合使用。

（4）智能化傳感器：隨著計(jì)算機(jī)、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的發(fā)展，智能化傳感器正在形成熱點(diǎn)。智能傳感器是傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合發(fā)展的新方向，是當(dāng)今世界發(fā)展的高科技技術(shù)、是一門綜合技術(shù)、還沒有形成標(biāo)準(zhǔn)定義。傳感器敏感元件與微處理器相結(jié)合，有信息檢測(cè)、信息處理、自學(xué)習(xí)能力等功能。

傳感器智能化發(fā)展的過程中存在信息融合的問題。信息融合就像人類把眼睛、耳朵、鼻子、舌頭、手等感官的感受到的信息進(jìn)行分析、判斷，后綜合使用，并用大腦內(nèi)存儲(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析、判斷，從而識(shí)別、理解相應(yīng)的事物和環(huán)境。

傳感器融合是指將安裝在各位置的多個(gè)相同種類或者不同種類的傳感器所提供的階段性數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，采用程序軟件對(duì)其進(jìn)行分析、判斷、過濾、修整，去除多個(gè)傳感器信息之間存在的冗余、矛盾，并進(jìn)行互補(bǔ)、修正，降低其不確定性，獲得被測(cè)對(duì)象確定的描述，最大限度提高系統(tǒng)的決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分的信息。

數(shù)據(jù)融合的重要性：增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確性和健壯性，延展了搜索范圍，提高了實(shí)時(shí)性或空間的分辨率，擴(kuò)大目標(biāo)特征的維度，加強(qiáng)了信息的全面性、準(zhǔn)確性，改善了信息的可信度，增強(qiáng)了系統(tǒng)的防錯(cuò)能力和自學(xué)習(xí)能力，同時(shí)也能夠解決信息泛濫的問題，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

3 傳感器數(shù)據(jù)融合存在的問題

（1）目前的數(shù)據(jù)融合大部分都是針對(duì)特定的問題形成解決當(dāng)前問題的最佳方案。是一種簡單的方法合成信息，得出融合結(jié)果，并沒有充分有效的利用多傳感器所提供的冗余信息，實(shí)現(xiàn)多傳感器信息的高智能化處理，融合方法的研究也還多處于初步階段。至今并未形成適合大多數(shù)問題完整的理論體系。

（2）關(guān)聯(lián)的二義性是數(shù)據(jù)融合的主要難題之一。系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理前，需要對(duì)來自各個(gè)傳感器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較、判斷，確保融合數(shù)據(jù)來自同一觀測(cè)物體或事件，最終保證融合信息的同一性。如果對(duì)不同目標(biāo)或事件的信息進(jìn)行融合，將難以使系統(tǒng)得出正確的結(jié)論，這就是所謂的關(guān)聯(lián)二義性問題[1]。

(3)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)：隨著半導(dǎo)體技術(shù)、納米材料、微機(jī)電（MEM）加工等技術(shù)的發(fā)展，傳感器敏感元件的體積越來越小，重量越來越輕，可靠性越來越高、穩(wěn)定性越來越好，能夠保證高精度、批量化生產(chǎn)。微體積、微重量、高精度、高可靠性的傳感器敏感元件發(fā)展，為傳感器結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，使傳感器結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)難度大幅度降低。傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)可以大量節(jié)省產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、維修過程中的浪費(fèi)，成為傳感器發(fā)展的趨勢(shì)。汽車傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)使汽車結(jié)構(gòu)上安裝傳感器的預(yù)留位置設(shè)計(jì)方案、配合尺寸統(tǒng)一，減少汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的工作量和傳感器設(shè)計(jì)人員的工作量；同時(shí)使國內(nèi)外不同類型車輛的傳感器互換成為可能；而且也使敏感元件電路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化成為可能性，能夠大量節(jié)省設(shè)計(jì)費(fèi)用和制作費(fèi)用。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，傳感器標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)將成為一個(gè)新的發(fā)展方向。

綜上，隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車傳感器向微型化、多功能化、集成化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展；同時(shí)需要開發(fā)新領(lǐng)域和新原理的傳感器，且投入工業(yè)化、批量生產(chǎn)。傳感器智能化發(fā)展的過程中存在著信息融合的問題，目前的信息融合雖已得到廣泛應(yīng)用，但并未形成完整的理論體系，需要進(jìn)一步研究。