汽车传感器使用要求与发展趋势

2010年第2期农业装备与车辆工程doi ：10．3969／j．issn．1673－3142．2010．02．004

汽车传感器使用要求与发展趋势

王爱传1，马清芝2，李德永3

（1．日照五征电动车有限公司，山东日照276800；2．山东唐骏欧铃汽车制造有限公司，山东淄博255100；

3．山东省汽车工业总公司，山东济南250014）

摘要：汽车传感器的性能直接影响汽车电器与电子控制系统的性能。系统地总结了设计和选用汽车传感器应该具备高可靠性、高性价比、高适应性、方便安装使用和高精度这五项特有的使用要求，并指出了汽车传感器的发展趋势。

关键词：汽车传感器；使用要求；发展趋势中图分类号：U463．6

文献标识码：A

文章编号：1673－3142（2010）02－0014－03

Use Requirements and Its Development Trend of Automotive Sensors

WANG Ai－chuan 1，MA Qing－zhi 2，LI De－yong 3

（1．Rizhao Wuzheng Electric Vehicle Ltd．，Rizhao 276800，China ；

2．Shandong Tangjunouling Automobile Manufacturing Ltd．，Zibo 255100，China ；

3．Shandong Automobile Corporation ，Jinan 250014，China ）

Abstrac t ：Automotive sensor is an important element in electronic control system of automobile．This paper expounds primal use requirements in the course of development and selection of automotive sensor ，which is high reliability ，low cost ，integration ，and high precision．The development trend of the automotive sensor is introduced．Keywords ：automobile sensor ；use requirements ；development trend

收稿日期：2009－11－27

基金项目：山东省自然科学基金项目（ZR2009FM048）

作者简介：王爱传（1968－），男，日照五征电动车有限公司高级工程师、总经理，研究方向：汽车电子技术、电动汽车。

引言

汽车传感器是将汽车上的被测非电物理量转换成电信号的装置。近年来，随着汽车电子化、智能化和轻型化程度的不断提高，汽车产业对传感器的需求量也越来越大，同时汽车传感器对汽车安全性、经济性、舒适性等性能的影响也越来越重要［1］。

汽车传感器作为传感器的一个重要应用方向，应该能满足汽车的生产批量大、使用范围广、工作环境恶劣、个性化要求高等特点要求。这也就决定了设计和使用汽车传感器应该能满足一些特有的使用要求。目前国内的参考文献还没有系统的总结汽车传感器的使用要求，例如参考文献［1］介绍了汽车上常用的传感器，参考文献［2］介绍了汽车发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中的车用传感器种类及应用，参考文献［3］介绍了正在迅速发展的综合技术———智能传感器。

本文系统地总结了设计和选用汽车传感器应该具备高可靠性、高性价比、高适应性、方便安装使用和高精度这五项特有的使用要求，并针对这五个特点指出了相应的汽车传感器发展趋势。

1汽车传感器使用要求

汽车传感器除了要具有单值的、确定的输入－

输出关系这些传感器的基本要求外，还应具有以下要求：

1．1高可靠性

汽车传感器必须具备高度的可靠性。按照汽

车用传感器的任务，汽车传感器按照其重要性程度可分为三个等级：

非常重要等级：用于转向、制动和保护乘员安全装置的传感器；

比较重要等级：用于发动机、传动系、底盘和轮胎的传感器；

一般重要等级：用于提高舒适性的装置，诊断装置和防盗装置。

汽车传感器可靠性最高级别要求是：在采取

农业装备与车辆工程

AGRICULTURAL EQUIPMENT &VEHICLE ENGINEERING

2010年第2期（总第223期）

No．22010

（Totally 223）

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2010年2月

部分满足当地条件的相应措施的前提下，汽车应满足在世界范围内各种大气和地理环境条件下行驶的高可靠性。

1．2高性价比

现在每辆汽车大约有60～70个传感器。与另外一些使用场合相比，汽车上使用的传感器目标成本为10～200元范围内，这比具有相同功能的普通传感器成本要低100多倍［4］。在采用新的技术与工艺时，传感器的开始成本大都较高，但以后会逐渐下降。

1．3高适应性

传感器处在汽车的暴露部位，经受恶劣的条件，必须满足多方面的要求：

（1）耐机械振动与冲击；

（2）耐温、耐湿；

（3）耐化学，如耐雨淋、盐雾，耐电解液，耐燃油、润滑油等；

（4）抗电磁干扰，如辐射、线束间的干扰脉冲，过电压、反极性等。

由于连接上的方便，传感器优先装在测点处，但对传感器的要求会更加荷刻。

1．4方便安装使用

首先，随着汽车电器和电子系统的不断增多以及人们对大乘坐空间、小机械空间的要求越来越高，传感器等器件的体积只能越来越小；其次，许多汽车传感器安装地点十分特殊，例如胎压监测传感器，这就要求我们在设计和选用传感器时考虑安装地点的现场情况，以正确选用传感器。1．5高精度

在考虑到干扰参量Y1后，传感器将物理的或者化学的被测值Φ转换为电信号E，即传感器输出信号：

E＝f（Φ，Y1，Y2…）（1）被测值：

Φ＝g（E，Y1，Y2…）（2）传感器的精度即传感器输出信号与被测值的偏差。除了空气流量传感器外，早期的汽车传感器对精度的要求与工业上过程控制用传感器一样都不高。特别是考虑到不可避免的老化后，允许的偏差一般约大于或者等于满刻度量程的1％。精度在一定程度上可以通过对样品分散性的统调技术和对干扰的有效补偿措施予以提高。2汽车传感器发展趋势

2．1提高可靠性的发展趋势

首先，提高可靠性可以通过改进传感器的结构来实现，例如使用高可靠性的器件和材料，以及采用耐用和成熟的技术；其次，为避免连接处的开脱和故障，传感器及系统必须是一个坚实的整体；最后，如果需要也可使用辅助传感器，即用一对传感器来实现同一功能（测点）的测量。

2．2提高性价比的发展趋势

提高生产自动化程度和单一产品的产量可以提高产品性价比。如半导体传感器采用“批量生产”，在一个典型的硅晶片上可同时生产100～1000个传感器。这些生产设备适用于大批量生产，其产量部分地超过了汽车工业几个配套厂自身的需要，每年可达到100－1000万个。汽车工业如此高的需求是没有先例的，新的规模有着划时代的作用。

2．3提高适应性的发展趋势

针对汽车工作环境的恶劣条件，需对传感器采取保护措施，即高度充填技术：

（1）纯化和连接技术；

（2）密封和嵌入技术；

（3）电磁兼容保护措施；

（4）减振装配；

（5）确定寿命试验和模拟试验方法；

（6）使用抗阻材料及以深入了解与安装地点有关的传感器工作条件。

是否掌握有效的保护措施关系到传感器的质量。上述这些保护措施所需费用比传感器中测量元件本身的费用要高得多，即它们占传感器总成本的很大部分。

例如在汽车上使用光纤传感器可以提高传感器适应性。光纤传感器的光纤（玻璃、塑料）中通过的光通量与测量值有关。光纤传感器对防止测量线路（直至光信号又重新转换成电信号处）的电磁干扰特别有用。如果它在未来能得到使用，还需对低成本的测量元件和相关技术进行一些研发工作：2．4易于安装使用方面的发展趋势

首先，使用电子器件微型化工艺可以大幅度缩小传感器体积，方便传感器的安装，主要措施如下：（1）层技术和复合技术（随长度、温度、和磁场而变的电阻）；

王爱传等：汽车传感器使用要求与发展趋势

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2010年第2期农业装备与车辆工程

（2）半导体技术（霍尔传感器、温度传感器）；

（3）表面微力学和空间微力学（硅压力传感

器和硅加速度传感器）；

（4）微系统技术（两个或者多个微技术的结

合，如微电子学和微力学）；

其次，在一些不方便安装传感器的地方，可以

利用基于天线耦合的传感器，不需要导线就可实现传感器高可靠性。

2．5提高精度的发展趋势

为了提高传感器的精度，首先要减小制造误差以及采用精细的统调技术和补偿技术。将传感器电子学和信号电子学复合或者单一的集成到传感器中可以大幅度提升传感器精度，例如采用模数转换器和微型计算机，直至成为一个带有防干扰能力的智能传感器。这种智能传感器的微型系统的精度就是传感器的精度。智能传感器发展趋势如下：

（1）减轻控制单元的负荷；

（2）单一的，柔性的，有总线接口；

（3）可重复使用；

（4）可利用小测量信号的调频和调幅技术，即可以将信号放大和调制；

（5）利用存储在PROM中的各个校准信息，简化和改善校准传感器的信号偏差，以及传感器和电子系统的统调和补偿。

在同时采集和数字化的干扰信号时，利用传感器的基本数学方程（1）（2），智能传感器就可以无误差地求得实际测量值。用预先的调整方法就可确定智能传感器样品的模型参数，并把这些参数存储到传感器的PROM。

采用智能传感器校正模块（见图1）不但可以改善传感器的静态特性，而且可利用描述传感器动态特性的微分方程显著改变动态特性。

在测点处使用多种类型的传感器或者多个同样的传感器可以采集到多方面的信息，这种采用多个传感器求平均值的方法可以提高测量精度。另外，针对不同的量程使用不同的传感器，可以扩大传感器高精度的测量范围。

3结论

（1）汽车传感器将不仅仅应用于发动机、底盘等电子系统，而是越来越多地应用到汽车环保、安全和娱乐等汽车电子系统，其市场将随着汽车产量和汽车电子化程度的不断增长而增长。

（2）汽车传感器设计和选用应遵循的原则是：高可靠性、高性价比、高适应性、方便安装使用和高精度。

（3）具有信息处理功能的智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，可以通过软件技术实现高精度的信息采集，而且成本低、功能多，是汽车传感器发展的重要方向。

参考文献

［1］刘志军，王晓霞．传感器技术在汽车行业的应用［J］．内蒙古科技与经济，2009，（5）：96－97．

［2］曾文武，邹志明．传感器在现代汽车上的应用与发展［J］．宜春学院学报，2009，（4）：48－49．

［3］韩天龙．现代汽车传感器的智能化研究与发展［J］．农业装备与车辆工程，2007，（8）：48－50．

［4］德国BOSGH公司著，魏春源译．北京理工大学出版社［M］．北京2004：441－442．

广西糖料蔗收获机械现场演示会暨论坛召开

2010年1月5日，由广西区农业厅、农垦局、农机化管理局、南宁市人民政府共同主办的广西糖料蔗收获机械现场演示会在广西农垦国有金光农场示范园举行。广西壮族自治区区委党委副书记陈际瓦、自治区政府副主席陈章良、农业部农机化管理司副司长刘宪、农业部农机鉴定总站站长刘敏、农业部农机推广总站站长丁翔文等领导出席了会议并参观了作业演示。

来自美国凯斯、河南坤达、广西科丰、广西汉升、广西农机研究院等多家企业和科研院所的甘蔗收获机械进行了现场演示，向数百位来宾展示了各自的性能和特点。

当天下午，广西糖料蔗收获机械化论坛在南宁市召开，刘宪副司长做了讲话

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