宋芳 SONG Fang

摘要： 传感器是汽车电子控制系统的基本组成元件，检测车辆运行时的各种数据信息，对汽车功能有着重要的影响。本文先对传感器进行简单的介绍，并对传感器在发动机、底盘、安全行驶、车载锂电池等控制系统中进行应用分析，最后对传感器的发展趋势进行了展望。

Abstract： Sensor is the basic component of automotive electronic control system. It detects all kinds of data information when the vehicle is running and has an important influence on the function of the vehicle. In this paper， the sensor is briefly introduced， and the sensor in the engine， chassis， safe driving， vehicle-borne lithium battery control system application analysis， finally the development trend of the sensor is forecasted.

关键词： 传感器;汽车;电子技术

Key words： sensor;automobile;electronic technology

中图分类号：U463.1                       文献标识码：A                  文章编号：1674-957X（2021）22-0211-02

0  引言

随着汽车行业朝向电子化、集成化、信息化、网络化、智能化方向发展，人们对汽车的安全性、舒适性以及个性化的要求越来越高，汽车电子技术的应用不断增加、日趋复杂。传感器在电子控制和自我诊断中是必不可少的装置，因此，汽车电子技术应用的是否成功很大程度上取决于传感器。

1  概述

1.1 汽车电子控制技术  汽车电子控制技术是将电子技术、计算机技术、自动控制技术、智能控制技术等多学科知识，广泛应用于发动机控制、底盘控制、故障诊断及无人驾驶等技术领域。汽车电子控制系统主要由电子控制单元、传感器和执行器构成。通过传感器获取车辆部件的运行状态信息，可以有效的提高汽车工作的动力性、经济性，优化驾驶过程中的操控性，确保行驶的安全性，提升乘坐的舒适性等方面全方位的提高整车性能;能够解决油耗、排放等问题，节约能源、保护环境。

1.2 传感器的定义和分类  传感器是一种信号转换装置，可以将感受到的被测量按照一定规律转换为可用的输出信号的装置，以满足信息的记录、处理、存储、显示、传递和控制等要求。在汽车上，传感器广泛应用于车载锂电池、发动机、底盘和车身等各个电子控制系统中，其主要作用是采集并向电子控制单元（ECU）提供汽车运行时的各种信息。传感器种类很多，按照能量关系不同，可分为主动型传感器和被动型传感器，汽车上主要是用的是被动型，需要外加输入电源才能产生电信号;按照输入量的不同，可分為位移传感器、速度传感器、压力传感器、温度传感器、电流传感器、浓度传感器等等;按照工作原理不同，又可分为电参量式、磁电式、压点式、光电式等多种形式;按照输出信号的不同，可以分为模拟式和数字式两种;按制造工艺不同，可以分为集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器和陶瓷传感器。

2  汽车电子控制系统对传感器的要求

传感器是汽车电子控制系统中触觉系统，它将车速、发动机转速、温度、气体和液体的压力、转轴的角度位置等信息转化成电信号，传递给汽车控制系统，汽车控制系统对数据信息进行分析处理，控制执行元件完成正确的操作指令。因此，传感器是汽车控制系统的重要组成部分，其性能对汽车驾驶的安全性、舒适性有着重要的影响。

车用传感器应满足以下要求：一是响应快，测量精度高。传感器的需要及时、准确的反馈数据信息，整个控制系统才能快速的针对工况做出反应，有效帮助驾驶员做出判断。一旦响应不及时或是误差过大，将会影响控制系统的准确度，特别在高速行驶过程中，会干扰驾驶员的判断，造成严重的事故。二是要有较好的环境适应性，稳定可靠。车辆在行驶过程中会处于不同的气候、环境，温度、湿度变化较大，各种电磁干扰强弱不同，传感器都应具备良好的适应性，能够稳定、可靠的检测相关数据，为确保车辆的安全行驶提供全面、正确的信息。

3  传感器在汽车电子控制系统中的应用

3.1 汽车发动机控制

3.1.1 电控汽油喷射  电控汽油喷射系统中使用了大量的传感器，以确保发动机在各种工况下均能实现最佳空燃比。发动机在正常温度和转速范围内，ECU根据空气流量传感器检测的发动机的进气量、发动机转速传感器检测的速度信号计算出基本喷油量;根据进气温度传感器、发动机温度传感器提供的温度信号，发动机转速传感器提供的转速信号，节气门位置传感器检测的节气门开度信号，在氧传感器所提供的混合气体空燃比信号的基础上修正燃油供给量，使得发动机在各种工况下具备最佳喷油量，提高发动机的动力性和经济性。

3.1.2 电控点火装置  发动机运转时，ECU根据发动机各缸的点火顺序，在空气流量传感器、发动机转速传感器等提供的信号基础上，判断发动机的工况，实现基本点火提前角的控制。ECU根据发动机温度传感器、节气门位置传感器、氧传感器和爆燃传感器反馈的信号，通过点火时刻闭环控制系统来调整点火时刻，使得点火提前角始终保持在最优状态，从而确保发动机获得最大的输出功率和转矩，降低油耗、净化排气、改善经济性能。

3.2 汽车底盘控制

3.2.1 电控自动变速器  电控自动变速器使用节气门位置传感器、车速传感器等，实现汽车在行驶中处于最佳档位，能够改善换档质量，提升行驶的平稳性。在控制过程中，电控自动变速器使用多个转速传感器，用于换档时间控制;使用节气门位置传感器信号，用于控制变速器换挡和变矩器锁止;自动变速器油温传感器用于检测自动变速器的温度信号，用作换档、油压控制和离合器的锁定控制等。

3.2.2 电控动力转向  在电控动力转向系统中，主要由车速传感器给ECU输入信号。若是液压式动力转向系统，ECU将控制液压油的供应实现转向助力;若是电子控制动力转向系统，ECU还将结合转矩传感器的输入信号来确定助力转矩的大小和方向，借助于电磁离合器和减速机构，将助力转矩加载到转向机构上。

3.2.3 电控悬架  电控悬挂系统根据不同的路况，借助车速传感器、车身高度传感器、转向盘转角传感器、节气门位置传感器等信息采集装置采集汽车的行驶速度、路面情况等状态信息，由ECU对数据进行处理后，发出调整汽车车身高度、悬架的倾斜刚度、减震器阻尼特性等指令，由执行器进行改善，使汽车行驶平稳，提高乘坐的舒适性。

3.3 汽车行驶安全系统

3.3.1 安全气囊系统

安全气囊系统由安全气囊和带预紧装置的安全带组成。当汽车前端发生高速碰撞时，碰撞传感器和安全传感器能够检测到汽车突然减速的信号，并判断出汽车的碰撞强度，以便及时将信号送给安全气囊控制单元进行计算比对，判断是否弹出安全气囊。当安全气囊组件接到输出指令后，在安全带收紧的同时，快速弹出气囊，形成一个缓冲软垫，降低司乘人员受伤程度，起到被动性保护。

3.3.2 前照灯自动控制系统

前照灯自动控制系统通过安装在仪表盘上的日照传感器检测车外光照的强弱与明暗变化，实现前照灯自动开关和自动调光的控制。前照灯自动开关根据车外日光的强弱变化，自动控制前照灯的开启和闭合。在夜间行车时，根据环境灯光的明暗程度以及会车时的灯光干扰，前照灯能够进行远近光自动调节;驾驶员也可手动调整室内控制器，使系统进行远近光的自动调节。

3.4 电动汽车中电池管理系统

目前，电动汽车发展迅猛，市场潜力巨大。车载蓄电池的性能决定了电动汽车的行驶里程、安全性和经济性。电池管理系统是用于监控、管理、使用电动汽车上的锂电池，以确保锂电池可靠工作。该系统主要使用的传感器有电压传感器、电流传感器、温湿度传感器和位置传感器等。

当车载锂电池满电时，会产生信号较强的高电压大电流;当电池亏电时，电信号非常微弱。因此，需要使用电压传感器采集相关电信号，常用的有霍尔传感器、电隔离电压传感器、电磁感应电压传感器、光电隔离电压传感器等。为了提高电流数据测量的可靠性和精准度，目前多采用具有自诊断功能的磁通门电流传感器。为了防止车载电池过度充放电，延长电池使用寿命、提升利用率，需使用温度传感器对温度进行精准控制。湿度对车载电池的性能和寿命影响很大，但信息不易扑捉，目前常用电阻式和电容式湿敏元件。系统中还用到位置传感器对水冷装置的液面位置进行检测，以便及时调节主、副水泵的工作切换。

4  传感器的发展趋势

4.1 新材料

随着材料学科的不断发展进步，生产工艺的飞速发展，特种陶瓷、光纤、半导体材料不断应用到传感器的敏感元件中，使得传感器的性能和应用将会得到进一步的扩大。例如特种陶瓷，在保持其良好的电磁性能的同时具有很好的耐热性，适用于高温环境;控制半导体材料中氧化物的含量，适用于制造气体传感器。

4.2 微型化

半导体集成电路技术日益成熟，在此技术上可以将传感器的敏感元件、信号处理电路、数据处理装置集成到一块芯片上，这些传感器的体积小、重量器、功耗低，便于大批量生产，提高了精度、降低了成本，更加适用于汽车电子控制的应用。

4.3 多功能化

一个传感器的检测信号提供个多个控制单元使用，或者一个传感器能够检测多个数据参数，这样不仅可以大量减少汽车传感器的使用数量，节约空间，还能提高系统控制的可靠性。因此，传感器高度整合的多功能性是发展的必然趋势。

4.4 智能化

当生产工艺不断发展，传感器和大规模集成电路能够有效的结合在一起，形成以中央处理器为核心，具有检测数据、自动诊断和处理信息等功能的智能传感器。能够自动分析、判断的智能传感器将会快速提升汽车的智能化水平。例如高级驾驶辅助系统，通过不同类型的车用传感器协助，可以在车量行驶过程中感应周围环境，进行动静态识别，为车辆计算系统提供精准的路况数据，有效提升汽车驾驶的舒适性和安全性。

5  结束语

随着人们对汽车的安全性、舒适性、环保性等方面的要求不断提高，汽车驾驶系统的操控性、智能性有待进一步的提升。传感器作为汽车电子控制系统的重要组成部分，广泛应用于汽车电子技术领域，极大影响了汽车的自动化程度。新能源汽车的快速普及、智能网联技术的迅猛发展，都迫切要求传感器在新材料、新工艺的推动下，朝着更加的多元化、智能化方向快速发展。因此，研发企业要以不断优化传感器为突破口，迎接汽车行业发展的新势头。

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