葛鹏武警杭州士官学校310023
摘要本文结合目前汽车电子技术的发展现状，详细介绍了汽车传感器的使用方法及其分类情况，并展望了未来汽车传感器的发展趋势。
关键词汽车传感器使用及其分类发展趋势
随着汽车行业的快速发展，传感器在汽车上的应用也随之不断扩大。它们在汽车电子喷射系统、电子稳定系统、电子巡航系统、自动泊车系统和盲点探测系统各个方面都得到了广泛应用。由于人们对汽车安全性、舒适性、环保性等方面的需求日益增长，预计2012年全球汽车传感器市场将从2007年的80亿美元上升到135亿美元，复合年增长率为10.8%。
一、目前传感器在现代汽车上的使用及其分类
汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。它们在现代汽车上的使用，主要集中于发动机电子控制系统、底盘电子控制系统、车身电子控制系统和电子导航系统中。由于汽车传感器的广泛使用，使得汽车电子化的程度有了大大提高，同时也使汽车安全性、舒适性得到了很大的增加。
（一）发动机电子控制系统中使用的传感器
发动机电控系统中使用的传感器是整个汽车传感器的核心，包括温度传感器、流量传感器、压力传感器、爆震传感器及位置和转速传感器等。这些传感器向发动机的电控单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，供ECU对发动机进行精确控制，以提高发动机的动力性、经济性，达到降低油耗、减少废气排放的目的。
由于发动机在高温、振动、冲击、潮湿、腐蚀及油泥污染的恶劣环境中工作，因此发动机电控系统中的传感器耐恶劣环境的技术指标要比一般工业用传感器高1-2个数量级。
1、温度传感器
温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度以及催化温度等。温度传感器的类型有：线绕电阻式、热敏电阻式和热偶电阻式。线绕电阻式的精度高，但响应特性差；热敏电阻式灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适应温度较低；热偶电阻式的精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理一起使用。已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器(通用型-50℃～130℃，精度1.5%，响应时间10ms；高温型600℃～1000℃，精度5%，响应时间10ms)、铁氧体式温度传感器(ON/OFF型，-40℃～120℃，精度2.0%)、金属或半导体膜空气温度传感器(-40℃～150℃，精度2.0%、5%，响应时间20ms)等。
2、流量传感器
流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量。
空气流量的测量是将吸入的空气转换成电信号送至电控单元（ECU），用于确定燃烧条件、控制空燃比、起动、点火等。空气流量传感器的类型有：旋转翼片式（叶片式）、卡门涡旋式、热线式、热膜式。旋转翼片式（叶片式）结构简单，测量精度较低，测得的空气流量需要进行温度补偿；卡门涡旋式无可动部件，反映灵敏，精度较高，也需要进行温度补偿；热线式测量精度高，无需温度补偿，但易受气体脉动的影响，易断丝；热膜式和热线式测量原理一样，但体积少，适合大批量生产，成本低。空气流量传感器的主要技术指标为：工作范围0.11～103立方米/min，工作温度-40℃～120℃，精度≤1%。燃料流量传感器用于检测燃料流量，主要有水轮式和循环球式，其动态范围0～60kg/h，工作温度-40℃～120℃，精度±1%，响应时间小于10ms。
3、压力传感器
压力传感器主要用于检测气缸负压、大气压、涡轮发动机的升压比、气缸内压、油压等。汽车用压力传感器应用较多类型有：电容式、压阻式、表面弹性波式（SAW）。电容式主要用于检测负压、液压、气压，测量范围20～100kPa，具有输入能量高，动态响应特性好、环境适应性好等特点；压阻式受温度影响较大，需要另设温度补偿电路，但适应于大量生产；SAW式具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨率高、数字输出等特点，用于汽车吸气阀压力检测，能在高温下稳定地工作，是一种较为理想的传感器。
4、爆震传感器
爆震传感器用于检测发动机的振动，通过调整点火提前角控制和避免发动机发生爆震。一般可以通过检测气缸压力、发动机机体振动和燃烧噪声等三种方法来检测爆震。爆震传感器有磁致伸缩式和压电式。磁致伸缩式爆震传感器的使用温度为-40℃～125℃，频率范围为5～10kHz；压电式爆震传感器在中心频率5.417kHz处，其灵敏度可达200mV/g，在振幅为0.1g～10g范围内具有良好线性度。
5、位置和转速传感器
位置和转速传感器主要用于检测曲轴转角、发动机转速、节气门的开度等。目前汽车使用的位置和转速传感器主要有磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式等类型，其测量范围0°～360°，测量精度±0.5°以下。
（二）底盘电子控制系统中使用的传感器
底盘电子控制系统中使用的传感器是指用于变速器电控系统、动力转向系统、制动防抱死系统、悬架电控系统等底盘电控系统中的传感器。这些传感器尽管分布在不同的系统中，但工作原理与发动机中相应的传感器是相同的。
随着汽车电控系统集成化程度的提高和CAN-BUS技术的广泛应用，同一传感器不仅可以给发动机电控系统提供信号，也可为底盘电控系统提供信号。自动变速器系统用传感器主要有：车速传感器、加速踏板位置传感器、加速度传感器、节气门位置传感器、发动机转速传感器、油温传感器等；制动防抱死系统用传感器主要有：轮速传感器、车速传感器；悬架系统用传感器主要有：车速传感器、节气门位置传感器、加速度传感器、车身高度传感器、方向盘转角传感器等；动力转向系统用传感器主要有：车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器、油压传感器等。
（三）车身电子控制系统中使用的传感器
车身电子控制系统中使用的传感器主要用于提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等。由于其工作条件不像发动机和底盘那么恶劣，一般工业用传感器稍加改进就可以应用。主要有用于自动空调系统的温度传感器、湿度传感器、风量传感器、日照传感器等；用于安全气囊系统中的加速度传感器；用于门锁控制中的车速传感器；用于亮度自动控制中的光传感器；用于倒车控制中的超声波传感器或激光传感器；用于保持车距的距离传感器；用于消除驾驶员盲区的图像传感器等。
（四）电子导航系统中使用的传感器
随着基于GPS/GIS（全球定位系统和地理信息系统）的电子导航系统在汽车上的应用，电子导航用传感器这些年得到迅速发展。导航系统用传感器主要有：确定汽车行驶方向的罗盘传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等。
二、未来汽车传感器的发展趋势
随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，以及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。
微型化——指由新型的采用微电子技术的传感器来替代传统的采用机电技术的传感器。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块芯片上。由于基于微电子机械系统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。
多功能化——指一个传感器能检测两个或者两个以上的特性参数或者化学参数，从而减少汽车传感器数量，提高系统可靠性。
集成化——指利用IC制造技术和精细加工技术制作IC式传感器。
智能化——指传感器与大规模集成电路相结合，带有CPU，具有智能作用，以减少ECU的复杂程度，减少其体积，并降低成本。
总之，随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，汽车传感器市场需求将保持高速增长，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。