淺談智能傳感器在汽車電子中的應(yīng)用

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摘要：世界各國都在車用傳感器硬件的基礎(chǔ)上，努力用軟件來解決汽車電氣干擾大、環(huán)境差、溫度高、溫度梯度大、污染等問題造成的對汽車參數(shù)測量的影響。智能傳感器精度高、量程覆蓋范圍大、輸出信號大、信噪比高、抗干擾性能好，有的還帶有自檢功能，在汽車中應(yīng)用也越來越廣泛。 

關(guān)鍵詞：智能傳感器 汽車電子 傳感器  0 引言  在信息社會的今天，人們對信息的提取、處理、傳輸以及綜合等要求愈加迫切，傳感器作為信息提取的功能器件，在國防、科技、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活各個領(lǐng)域占有重要地位和作用，傳感器技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用水平已經(jīng)成為代表一個國家工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志之一。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。應(yīng)用于汽車上的傳感器有很多種，目前主要有：溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、位移傳感器以及速度、加速度傳感器等等。  1 智能化傳感器概述  智能傳感器是裝有微處理器的、能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲、還能進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。智能傳感器是傳感器集成化與微處理器結(jié)合的新一代電子器件，具有自動補(bǔ)償、自動校準(zhǔn)、自動診斷、數(shù)據(jù)處理、通信等功能。智能傳感器能對信息進(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，能對所測量數(shù)值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，能借助軟件對非線性信號進(jìn)行線性化處理，還能利用軟件實現(xiàn)非線性補(bǔ)償或其它更復(fù)雜的環(huán)境補(bǔ)償。  對于汽車電子器件而言，大多元件處于非常惡劣的運(yùn)行環(huán)境中，而且各不相同。諸如工作狀態(tài)時的高溫、停車等待時的低溫、電磁干擾以及高速運(yùn)動是的風(fēng)噪和高強(qiáng)度的沖擊等。所以要求電子元器件和電路要有高穩(wěn)定、對環(huán)境的自適應(yīng)、自補(bǔ)償調(diào)整的能力。  智能傳感器與普通傳感器相比測量的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，這是由于它對測量的數(shù)據(jù)量可進(jìn)行修正，這樣就減少了環(huán)境因素，例如溫度、濕度、風(fēng)噪等的影響。它的最大優(yōu)點在于能夠充分感知駕駛員和乘客的狀況、交通設(shè)施以及周邊環(huán)境的信息，能夠判斷駕駛員和乘客是否處于最佳狀態(tài)、車輛和人是否會發(fā)生危險，并及時采取相應(yīng)措施。它的不同之處就在于是利用軟件來解決問題的，而這些問題又是普通的傳感器中硬件難以解決的問題。  2 智能傳感器在汽車電子中的應(yīng)用  2.1 汽車制動系統(tǒng)  對于汽車必須具有平穩(wěn)、安全駕駛的考慮，汽車制動系統(tǒng)尤為關(guān)鍵。汽車防抱死制動系統(tǒng)(anti lock break system；abs)，控制防止汽車制動時車輪的抱死，保證車輪與地面之間達(dá)到最佳滑動率(5％-20％)。這樣汽車無論在何種路面上制動時，自動調(diào)節(jié)作用在車輪上的制動力矩，輪胎與地面之間都能達(dá)到縱向的峰值附著系數(shù)和較大的側(cè)向附著系數(shù)，從而可以保證車輛制動時不會發(fā)生車輪抱死抱滑、失去轉(zhuǎn)向能力等不安全的情況，減小制動距離，提高了汽車的操控穩(wěn)定性和安全性。防抱制動傳感器，它主要是通過利用車輪角速度傳感器,檢測車輪轉(zhuǎn)速,在各車輪的滑移率為20%時對制動油壓進(jìn)行控制，改善其制動性能,達(dá)到確保車輛的操控性和穩(wěn)定性的目的。為了提升汽車的安全性和穩(wěn)定性，大都已增設(shè)電子剎車自動分配系統(tǒng)（electronic braking-pressure distribution；ebd），可明顯提高陰、雨、雪等天氣路況不佳時駕駛的穩(wěn)定性。一些高檔車還進(jìn)一步加裝了緊急剎車輔助系統(tǒng)（electronic brake assistance；eba），該系統(tǒng)在發(fā)生緊急情況時，自動檢測駕駛者踩剎車踏板時的速度和力度，并判斷緊急剎車的力度是否足夠，一旦需要就會自動增大剎車力度及強(qiáng)化性能，從而降低事故發(fā)生的可能性。  2.2 安全氣囊  安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)用微加速或微慣性傳感器來監(jiān)控及量測，還包括電壓轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)及有線通信協(xié)議，加速度傳感器類型眾多，可覆蓋x、y、z軸方向，這些傳感器可以擴(kuò)展到真?zhèn)€汽車周圍以及探測碰撞。它在關(guān)鍵時刻必須要能實時、正確地瞬間打開，以維護(hù)駕駛員及乘客的人身安全，但在極大多數(shù)時間內(nèi)氣囊是處在待命狀態(tài)，因此，安全氣囊的ecu必須具有自動檢測、自我維護(hù)能力，不斷確認(rèn)氣囊系統(tǒng)的可正常運(yùn)作的可靠性，確保氣囊在瞬間動作時能達(dá)到保護(hù)駕駛員及乘客的效果。  2.3 胎壓監(jiān)測系統(tǒng)  汽車在高速路上行駛時，輪胎故障是所有駕駛員最為擔(dān)心和最難預(yù)防的，也是突發(fā)性事故的重要原因之一。保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣行駛和及時發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵，而大多數(shù)駕車者并不經(jīng)常進(jìn)行輪胎氣壓檢測，只是用肉眼觀察或用腳踢輪胎來分析判斷輪胎的壓力，并不能提前發(fā)現(xiàn)輪胎隱患。汽車輪胎胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（tire pressure monitoring systern，tpms），可以實時地對輪胎氣壓進(jìn)行自動監(jiān)測，當(dāng)檢測出輪胎漏氣或氣壓過低  時，可用聲音或者圖像的形式發(fā)出警報，從而保障行車安  全。  此系統(tǒng)主要有間接式tmps和直接式tmps兩種類型。間接式tpms的原理是，比較通過傳感器所得到的abs系統(tǒng)的輪速和實際輪胎轉(zhuǎn)速的區(qū)別，通過數(shù)據(jù)比對，可以得知輪胎氣壓的狀況，從而達(dá)到監(jiān)測輪胎氣壓的目的，這種類型的主要缺點是無法對兩個以上輪胎同時缺氣的情況或車速度超過100km/h時的情況進(jìn)行判斷。直接式tpms的原理是，利用安裝在每一個輪胎氣嘴上的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并將測量得到的信號通過高頻無線電波(rf)發(fā)射出去，當(dāng)中央監(jiān)視器接收到遠(yuǎn)程輪胎氣壓監(jiān)視模塊發(fā)射的信號后，經(jīng)過一系列的分析和處理判斷出當(dāng)前胎壓的情況。當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時，蜂鳴器就會發(fā)出報警聲，儀表盤上的數(shù)字或者光電信號顯示故障輪胎的位置，提醒駕駛員采取一定的處理措施。  2.4 酒精檢測系統(tǒng)  酒精傳感器是利用含酒精成分的氣體在金屬氧化物半導(dǎo)體（主要是二氧化錫sno2）表面的氧化和還原反應(yīng)，導(dǎo)致敏感元件阻值發(fā)生變化的原理制成。將酒精傳感器、轉(zhuǎn)換電路及信號處理電路等全部安裝在方向盤內(nèi)，表面留有部分小孔，一旦駕駛員呼出的氣體中含有酒精，酒精傳感器就可檢測出空氣中含有酒精成分，還可以測量元件阻值變化的大小可得到酒精的濃度，根據(jù)濃度的不同還可發(fā)出不同等級的安全警報，從而避免酒后駕駛，減小交通事故發(fā)生的可能性。  2.5 汽車感官品質(zhì)的提升  現(xiàn)代汽車的配置和設(shè)計越來越人性化，注重提高駕駛者駕駛安全性、舒適性及方便性。  根據(jù)駕駛者駕駛習(xí)慣、身高與體重，運(yùn)用位置傳感器與控制電路，可以將座椅、后視鏡調(diào)整到駕駛者最合適的狀態(tài)并保存，還能兼顧駕駛的最佳行車視野。當(dāng)汽車通過隧道或光強(qiáng)度發(fā)生明顯變化的時候，通過光傳感器可自動打開或關(guān)閉車燈。運(yùn)用雨滴和除霧傳感器，自動控制前、后雨刮自動工作。通過各種智能傳感器，大大的提升了駕駛汽車的舒適性便利性。  3 傳感器在汽車電子中的發(fā)展趨勢  現(xiàn)代汽車的車用傳感器發(fā)展趨勢應(yīng)朝多功能化、模塊化、智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展?，F(xiàn)在幾乎所有汽車上的機(jī)械部件都受到電路單元的控制，但因為車體內(nèi)空間狹小，控制組件系統(tǒng)在空間上受到很大限制，在未來的發(fā)展趨勢是，受控部件與電子控制單元更緊密結(jié)合在一起，而逐漸形成一個整體。隨著電子設(shè)備在汽車上越來越多的應(yīng)用，各種電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信變得更加頻繁，以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造汽車車載電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是十分必要的，大量數(shù)據(jù)的快速交換、高可靠性、抗電磁干擾及低成本是對汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求，在該系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)獨立運(yùn)行控制汽車某一方面的性能，同時在其它子系統(tǒng)需要時提供數(shù)據(jù)服務(wù)。  智能傳感器是智能執(zhí)行器、智能變送器和它的部分或全部處理器件、處理電路集成在一個芯片上的器件。具有一定的仿生能力，如模糊邏輯運(yùn)算、主動鑒別環(huán)境，自動調(diào)整和補(bǔ)償適應(yīng)環(huán)境的能力，自診斷、自維護(hù)等；還可對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲、數(shù)據(jù)之間相互通信等。技術(shù)產(chǎn)業(yè)界普遍認(rèn)為，它們的開發(fā)成功和投入實際應(yīng)用將對工業(yè)技術(shù)和生活質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。