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汽车传感器发展趋势

由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求,世界各国对其理论研究、新材料应用和新产品开发都都非常重视。未来的汽车用传感器技术,总的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。

微型传感器基于从半导体集成电路技术发展而来的MEMS(微电子机械系统),微型传感器利用微机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一快芯片上,由于具有体积小、价格便宜、便于集成等特点,可以明显提高系统测试精度。目前该技术日渐成熟,可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器。由于基于MEMS技术的微型传感器在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面的优势,它们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。

汽车传感器可将汽车运行过程中的各种工况信息,如动力驱动、安全管理和车身舒适等系统参数,转化成电信号输送给中央控制单元(ECU),经由ECU的调整和反馈使汽车处于最佳运行状态。其中,动力驱动系统用传感器数量最多,安全系统和舒适系统用传感器市场发展最快。

1.以MEMS传感器为发展重点

由于汽车电子控制系统的多样化,所用传感器的种类和数量不断增加,对传感器的微型化、智能化、多功能化和集成化提出迫切需求。MEMS因具有精度高、体积小、价格低、工作寿命长、易集成、适合量产等特点而获重点发展,并已占据汽车传感器市场的主要份额,如MEMS传感器可通过微纳加工工艺实现传统传感器的微型化,已大范围取代传统的机械式、应变片式、滑动电位器等传感器;可在同一衬底上与其他多个MEMS传感器多功能集成;可通过与信息处理和控制芯片的集成实现自诊断、多参数混合测量、误差补偿等智能化功能,可有效缩小整体体积、降低系统功耗、提高可靠性。

2.动力驱动系统用传感器注重节能减排

动力驱动系统主要包括发动机和底盘管理系统,使用的传感器主要有流量传感器、压力传感器(进气压力、气缸压力、大气压、油压等)、温度传感器(空气、水、润滑油等)、爆震传感器、曲轴传感器、气体浓度传感器、节气门位置传感器、怠速传感器、悬架系统传感器,以及在自动变速箱中的车轮速传感器、发动机转速传感器和油门踏板位置传感器等。发动机的电子控制单元根据传感器提供的信息对发动机的各项工况进行准确控制,从而提高发动机的动力性、可维护性,降低油耗和减轻排放。由于工作环境恶劣,动力驱动系统用传感器比一般工业用传感器的精度和可靠性均高出1~2个数量级。

3.安全管理系统用传感器转向主动安全

随着技术不断发展,汽车安全管理系统的目标已从被动防御转向主动保护。目前在用的安全管理系统,如安全气囊系统、胎压监测系统、防抱死制动系统(ABS)、电子制动力分配(EBD)系统、先进驾驶辅助系统(ADAS)、夜视系统等,都使用了大量的传感器,采集的信息包括汽车各个方向的加速度、胎压、制动踏板位置、碰撞压力、接近警告等。这类传感器是近年汽车应用领域创新最活跃的部分。

4.舒适系统用传感器重在提升驾乘体验

随着人们对驾乘舒适性和愉悦性要求的不断提升,除了传统的空调温湿度、车内烟雾检测、车椅调节、底盘调节、车窗调节和承重传感器外,定速巡航、导航、环境感知、车辆防盗、汽车灯光检测等各类新应用大量涌现,直接推动了车速传感器、陀螺仪、罗盘传感器、红外报警传感器、光电池传感器等的发展。这类传感器随着汽车人性化发展需求,具备最大发展潜力。

我国汽车传感器企业首先必须改变以往所采取的“规模”和“低价”发展策略,坚持以“自主创新”为方向,以提升产品技术含量为目标;其次应从技术研发之初就树立体系化发展思路,将传感器由硬件拓展为包括算法和系统架构在内的传感器系统,从而尽快实现技术的全面提升,满足汽车产业发展需求。

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