【正文】 在 20 世紀(jì) 60 年代，汽車上僅有機(jī)油壓力傳感器、油量傳感器和水溫傳感器，它們與儀表或指示燈連接。由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。 在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器有更突出的地位，傳感器的發(fā)展往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。在我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂弥鞣N各樣的傳感器，例如電冰箱、電飯煲中的溫度傳感器；空調(diào)中的溫度和濕度傳感器；煤氣灶中的煤氣泄漏傳感器；電視機(jī)和影碟機(jī)中的紅外遙控器；照相機(jī)中的光傳感器；汽車中的燃料計(jì)和速度計(jì)等。 汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。 （論文封面） 中文題目 ： 傳感器在汽車自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 英文題目： Sensor Application in the Automobile Automatic Control System 摘 要 隨著電子技術(shù)的發(fā)展 ， 現(xiàn)代汽車正朝著高檔智能化、電子信息化的方向發(fā)展 。汽車傳感器在汽車上主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中。傳感器已經(jīng) 給我們的生活帶來了很多便利和幫助。如宏觀上的茫茫宇宙、微觀上的粒子世界、長時(shí)間的天體演化、短時(shí)間的瞬間反應(yīng)，超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場、弱磁場等極限技術(shù)研究。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。 進(jìn)入 70年代后，為了治理排放，又增加了一些傳感器來幫助控制汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，因?yàn)橥诔霈F(xiàn)的催化轉(zhuǎn)換器、電子點(diǎn)火和燃油噴射裝置需要這些傳感器來維持一定的空燃比以控制排放。隨 著研究人員用防撞傳感器（測距雷達(dá)或其他測距傳感器）來判斷和控制汽車的側(cè)向加速度、每個(gè)車輪的瞬時(shí)速度及所需的轉(zhuǎn)矩，使制動(dòng)系統(tǒng)成為汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。人們?cè)诶眯畔?的過程中，首先要獲取信息，而傳感器則是獲取信息的重要手段和途徑。國際電工委員會(huì) (IEC: International Electrotechnical Committee)的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn) 換成可供測量的信號(hào)”。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。對(duì)象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過多種方式檢測。傳感器可以直接接觸被測量對(duì)象，也可以不接觸。 根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類。 有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。 根據(jù)其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為： 模擬傳感器 —— 將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。 在外界因素的作用下，所有材料都會(huì)作出相應(yīng)的、具有特征性的反應(yīng)。 按材料的晶體結(jié)構(gòu)分：單晶，多晶，非晶材料。 傳感器的靜態(tài)特性 (1) 線性度 線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度。 0 1 2, , ,... n? ? ? ? 為非線性項(xiàng)系數(shù)。如采用非線性補(bǔ)償電路或計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行線性化處理 , 從而使傳感器的輸出與輸入關(guān)系為線性或接 近線性。 FSY —— 滿量程輸出。以擬合直線作為其特性的傳感器，也認(rèn)為其靈敏度為一常數(shù)，與輸入量的大小無關(guān)。 遲滯大小通常由實(shí)驗(yàn)確定。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等）。傳感器處理靜態(tài)信號(hào)時(shí)，由于被處理量不隨時(shí)間變化，測量和記錄的過程不受時(shí)間的限制。 動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出隨時(shí)間變化的規(guī)律將在現(xiàn)輸入量隨時(shí)間的變化規(guī)律，即他們是具有同一個(gè)時(shí)間函數(shù)。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩 種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和 頻率響應(yīng) 來表示。常用激勵(lì)信號(hào)有階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、脈沖函數(shù)等。目前，一輛普通家用轎車上大約安裝幾十到近百只傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。這些傳感器向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，供 ECU 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、降低油耗、減少廢氣排放和進(jìn)行故障檢測。實(shí)際應(yīng)用的溫度 傳感器主要有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱電 偶式。 (2) 壓力傳感器：主要檢測氣缸負(fù)壓，從而控制點(diǎn)火和燃料噴射 。車用壓力傳感器目前已有若干種，應(yīng)用較多的有電容器式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式 (LVDT)、表 面彈性波式 (SAW)。SAW 式具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性強(qiáng)、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字量輸出等特點(diǎn)，是一種較為理想的傳感器。主要有空氣流量傳感器和燃料流量傳感器。燃料流量傳感器用于檢測燃料流速，以計(jì)算汽車燃油消耗量，產(chǎn)品主要有水車式、球循環(huán)式。流過傳感器的空氣從傳感元件表面帶走熱量，同時(shí)改變傳感元件電阻，電橋電路與混膜電路配合，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，以提供控制器反映空氣質(zhì)量流量的電壓信號(hào)。因此，依靠不同形狀的振子，就可以測出粘度和密度的一些參數(shù)。 汽車底盤的主要功能是讓汽車能根據(jù)駕駛員的意愿作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，像加速、減速和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)等。汽車底盤的電 子控制是一個(gè)多系統(tǒng)相互影響 ,相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)工程 ,具體表現(xiàn)如下： (1) 同一個(gè)控制系統(tǒng)可能會(huì)擁有多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、并對(duì)多個(gè)變量同時(shí)進(jìn)行 控制。 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。系統(tǒng)根據(jù)這些傳感器檢測到的信息自動(dòng)調(diào)整車高，抑制車輛姿勢的變化等，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。主要有應(yīng)用于自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中的多種溫度傳感器、風(fēng)量傳感器、日照傳感器等，制動(dòng)門鎖系統(tǒng)中的車速傳感器，安全氣囊系 統(tǒng)中的加速度傳感器，亮度自控中光傳感器，死角報(bào)警系統(tǒng)中的超聲波傳感器，圖像傳感器等。 穩(wěn)定控制系統(tǒng)是從其他技術(shù)上發(fā)展起來的，例如 ABS 和 牽引力控制 技術(shù)，這些系統(tǒng)工作時(shí)，都必須檢測車輪是否將要抱死并能單獨(dú)的調(diào)整車輪的制動(dòng)力。 有些系統(tǒng)還可以進(jìn)一步的調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。 在 導(dǎo)航系統(tǒng) 中的應(yīng)用 汽車導(dǎo)航系統(tǒng) 即車載 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng) ，其內(nèi)置的 GPS 天線會(huì)接收到來自環(huán)繞地球的 24顆 GPS衛(wèi)星中的至少 3顆所傳遞的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合儲(chǔ)存在車載導(dǎo)航儀內(nèi)的電子地圖，通過 GPS 衛(wèi)星信號(hào)確定的位置坐標(biāo)與此相匹配，進(jìn)行確定汽車在電子地圖中的準(zhǔn)確位置，這就是平常所說的定位功能。 隨著 GPS 系統(tǒng)和 GIS 系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用，導(dǎo)航用傳感器這幾年得到迅速發(fā)展。 其中監(jiān)測模塊由多組傳感器及信號(hào)處理電路構(gòu)成，用于車況信息的采集，并將采集的數(shù)據(jù)信號(hào)加以處理后傳輸至中央處理模塊。 執(zhí)行模塊以通過通訊模塊接收的車主指令為最高優(yōu)先權(quán)，車主可以方便地進(jìn)行 “ 汽車鎖死 ” 、 “ 警報(bào)解除 ” 等操作。基于以上的分析，選用以下傳感器構(gòu)成防盜系統(tǒng)的監(jiān)測模塊： (1) 微波多普勒傳感器 ： 利用多普勒效應(yīng)制成的傳感器可以用來探測人體或物體的移動(dòng)，該傳感器在人或物體靠近時(shí)接收器接收的頻率發(fā)生變化，當(dāng)頻率變化至設(shè)定值時(shí)，可以判斷為有人或物體進(jìn)入防盜系統(tǒng)的預(yù)警范圍； (2) 振動(dòng)傳感器 ： 利用加速度檢測器件制成的振動(dòng)傳感器，能夠?qū)圀w特殊頻段的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測，在車體被外力破壞的情況可以產(chǎn)生警報(bào)； (3) 傾角傳感器 ： 傾角傳感器監(jiān)測 車體相對(duì)于初始位置是否出現(xiàn)傾角變化，如果這種角度的變化是以特定頻率出現(xiàn)或達(dá)到設(shè)定的閾值，就可以判斷為汽車整體被搬運(yùn)。針對(duì)層出不窮的車型，每個(gè)功能相同的傳感器在外形上又有著各種各樣的差異，再加上測量指標(biāo)、生產(chǎn)環(huán)境等要求越來越苛刻，使得傳統(tǒng)單一的測試工作臺(tái)無法兼顧如此多樣的傳感器生產(chǎn) 。 (3) 高效、靈活的測試設(shè)備 汽車傳感器生產(chǎn)線都要求采用經(jīng)濟(jì)、高效、自動(dòng)、靈活的測試設(shè)備，而且要具備高自動(dòng)化、高效率、高產(chǎn)能、高可靠性的特點(diǎn)。如果只進(jìn)行終檢測試，發(fā)現(xiàn)問題為時(shí)已晚，所以往往測試會(huì)和 生產(chǎn)過程交互進(jìn)行。如今的汽車，各種先進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)的使用量正日趨增多。如今，傳感器技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)主要在于低成本和高可靠性上，通過測量各種汽車參數(shù)，來確保車輛上的電子系統(tǒng)有效工作，從而提高汽車的動(dòng)力性、環(huán)保性、燃油經(jīng)濟(jì)性，與此同時(shí)也提高駕乘舒適性和安全性。氣缸壓力傳感器在美國市場尤為重要，因?yàn)椴裼褪橹档淖兓捎绊懭紵^程。在滿足這些需求的同時(shí)，傳感器供應(yīng)商還必須控制好成本，以應(yīng)對(duì)整車生產(chǎn)商及系統(tǒng)供應(yīng)商不斷提出的降成本的要求。作為車輛與外界環(huán)境的接口，傳感器在汽車上的應(yīng)用正不斷增多，通常一輛高級(jí)轎車上裝有多達(dá) 100 個(gè)，甚至更多的傳感器。用于導(dǎo)航系統(tǒng)的偏航率傳感器和用于空調(diào)系統(tǒng)的空氣質(zhì)量傳感器則歸入舒適性應(yīng)用的范疇。微機(jī)電技術(shù)在安全系統(tǒng)中亦起著重要作用。因此，市場的拉動(dòng)比技術(shù)推動(dòng)更加重要。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，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)中的高溫測量。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。目前已有不少微型傳感器面世，如壓力傳感器、加速度計(jì)、用于防撞的硅加 速度計(jì)等。 由于汽車傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長的市場需求，世界各國對(duì)其理論研究、新材料應(yīng)用和新產(chǎn)品開發(fā)都非常重視。由于微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)的微型傳感器在降低汽車電子系統(tǒng)成本及提高其性能方面的優(yōu)勢，它們已開始逐步取代傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的傳感器。 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。 五 總結(jié) 現(xiàn)代社會(huì)中，隨著汽車的日益發(fā)展，和汽車在人們生活中的普及，越來越多的人開始依賴汽車，汽車成了人們出門 的代步工具，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。一般人向前的視野約略超過 180 度，不過，車上的三面后視鏡總計(jì)不過是 4050 度的后照視野，因此，車輛后方、側(cè)邊等死角也是造成意外擦撞的主要原因。 在乘坐舒適性方面，也可應(yīng)用溫度、濕度、風(fēng)量及日照等傳感器，可自動(dòng)控制空調(diào)系統(tǒng)，