新型傳感器在汽車中的應(yīng)用與發(fā)展

張俊杰

摘 要：現(xiàn)階段，在C-NCAP汽車碰撞測試與國Ⅵ汽車排放標(biāo)準(zhǔn)全面普及施行的背景下，汽車技術(shù)迅速向電氣化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和人性化發(fā)展，汽車行業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)正迎來新的創(chuàng)新浪潮。正是得益于新型傳感器的研發(fā)推廣與科學(xué)應(yīng)用，汽車產(chǎn)業(yè)才得以創(chuàng)新發(fā)展。因此本文對傳感器在現(xiàn)在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行概述，并著重介紹當(dāng)前市場中較為先進(jìn)的車用傳感器，分析汽車傳感器在今后的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：智能汽車;傳感器;應(yīng)用與發(fā)展

一、傳感器概述

傳感器的主要組成部分有敏感元件和轉(zhuǎn)換元件，其工作原理為：通過敏感元件感受被測量信號的數(shù)據(jù)變化，并按照一定規(guī)律將被測信號轉(zhuǎn)化為電信號。傳感器的作用為：利用生物、物理或化學(xué)效應(yīng)，將被測量對象的生物量、物理量、化學(xué)量轉(zhuǎn)化為電能。根據(jù)傳遞信號及種類的差異，傳感器又可分為以下三種類型：動力控制系統(tǒng)、安全管控系統(tǒng)、舒適調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而動力系統(tǒng)是現(xiàn)階段應(yīng)用市場最為廣泛、最具代表性的傳感系統(tǒng)。

傳感器因其使用方式及功能特征，故又被稱為“電五官”，對特定設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)測及自動化設(shè)備的控制具有關(guān)鍵性的作用。其應(yīng)用涵蓋汽車電子產(chǎn)品、電子通信產(chǎn)品、機(jī)械制造加工與工業(yè)化生產(chǎn)過程等眾多領(lǐng)域。目前全球市場上被使用的傳感器種類已達(dá)到3.5萬余種，并仍在以持續(xù)穩(wěn)定的速度不斷增長，其中汽車市場所應(yīng)用的傳感器種類及數(shù)量增幅最為明顯。世界上各個(gè)工業(yè)大國都致力于傳感器技術(shù)的研發(fā)與制造，每年涌現(xiàn)出的大量新型傳感器都引領(lǐng)著技術(shù)日新月異地發(fā)展。

二、新型傳感器在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

目前用于汽車的傳感器已多達(dá)300余種，并被廣泛應(yīng)用于汽車運(yùn)行系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測，具體如冷卻液溫度、機(jī)油溫度、進(jìn)氣壓力、行車速度、活塞位置、曲軸轉(zhuǎn)速等等。傳感器將上述被測項(xiàng)目的數(shù)據(jù)變化轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電信號并傳輸至車載電腦進(jìn)行算法分析，最終在電信號的比對結(jié)果中判斷汽車的運(yùn)行狀態(tài)?，F(xiàn)如今，隨著人們不斷提高對出行安全、舒適、高效的要求，越來越多的高科技產(chǎn)物——傳感器被應(yīng)用于汽車上，以滿足人們對于汽車的需求。

（一）激光傳感器用于車輛限高檢測

在不斷發(fā)展的現(xiàn)代城市交通網(wǎng)絡(luò)中，各類交通設(shè)施與日俱增，為城市間的溝通往來提供極大便利的同時(shí)，也難以避免地帶來一些隱患，如城市交通樞紐、互通、天橋等復(fù)雜道路結(jié)構(gòu)，使得道路安全難以保障。對此，交管部門在一些特定路段設(shè)置限高標(biāo)志來進(jìn)行防范，雖在一定程度上提升了出行的安全性，但由超高車輛意外闖桿造成的大型交通事故仍時(shí)有發(fā)生，而基于電子激光傳感器的車輛限高檢測系統(tǒng)則應(yīng)運(yùn)而生。

車輛限高檢測系統(tǒng)通過激光傳感器在道路口預(yù)先檢測車輛高度，同時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)中心與道路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比對，使交管部門及時(shí)了解道路流量與通行車輛信息。

（二）3D視覺傳感器用于“無人駕駛車”

近年來，汽車的自動化水平及智能化程度不斷提高，汽車駕駛也逐漸向自動化、無人化發(fā)展，車輛的無人駕駛需要經(jīng)過道路環(huán)境感知、行車計(jì)算分析、行駛控制執(zhí)行、車機(jī)交互反饋等一系列程序，而上述技術(shù)都建立在汽車的視覺傳感器之上。

事實(shí)上，早在2018年3月，東莞的一家科技公司已將3D視覺傳感器研發(fā)成功并搭載于量產(chǎn)車中進(jìn)行實(shí)際使用。3D視覺傳感器首次應(yīng)用于交通運(yùn)輸車輛中，通過傳感器與智能芯片的協(xié)同處理，使自動導(dǎo)引運(yùn)輸車具備自動定位、識別動作、規(guī)劃路線、躲避障礙等多項(xiàng)高效精準(zhǔn)的自動化功能。3D視覺傳感與現(xiàn)有的激光雷達(dá)形成良好的協(xié)同輔助功能，為自動化工具車提供視覺影像，使“無人駕駛車”變得聰明可靠。

（三）雷達(dá)用于傳遞空間感知

雷達(dá)在現(xiàn)代汽車中被廣泛應(yīng)用于距離與速度的測量。其工作原理為：雷達(dá)在向一定區(qū)域發(fā)射聲波或者電磁波后，目標(biāo)物體阻擋并產(chǎn)生回波，通過計(jì)算聲波發(fā)射與反射接收的時(shí)間可獲得目標(biāo)物體的距離、距離變化率（徑向速度）、形狀尺寸、所處方位等信息。在設(shè)計(jì)之初，雷達(dá)最先被廣泛應(yīng)用于軍事中，后來逐漸民用化。隨著汽車不斷加快向智能化發(fā)展的趨勢，雷達(dá)開始裝載在汽車上，使汽車具備測量前車距離、速度等功能。根據(jù)測量載體與精度的不同，汽車?yán)走_(dá)又細(xì)分為毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)等，其功能各有不同。

毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)眾多，應(yīng)用廣泛，被作為ADAS的核心傳感器。波長在1mm到10mm之間的電磁波被成為毫米波，該波長介于厘米波和光波之間，換算成頻率后，毫米波的頻率處于30GHz～300GHz。毫米波同時(shí)具備微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)，因此在實(shí)際使用中，毫米波雷達(dá)可以有效彌補(bǔ)如激光、超聲波、紅外光、攝像頭等其他傳感器在車載應(yīng)用中所不具備的使用場景。此外，毫米波雷達(dá)在行車時(shí)的探測精度較高，可測量出較遠(yuǎn)距離內(nèi)車輛的速度、加速度、距離等行駛情況，相較激光有更強(qiáng)的穿透性，能夠輕松地穿透保險(xiǎn)杠上的塑料，因此常被安裝在汽車的保險(xiǎn)杠內(nèi)。

三、汽車傳感器的發(fā)展趨勢

未來汽車發(fā)展被寄予零油耗、零排放、零堵塞、零事故、零操作等希望，而這些規(guī)劃布局都需要借助于汽車傳感器的進(jìn)步與迭代，因此傳感器的發(fā)展趨勢也決定了汽車的未來。

（一）提升駕乘舒適性

隨著人民生活水平的不斷提高與現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車的駕乘舒適性和便捷性不斷提升，除了基于現(xiàn)有傳感器實(shí)現(xiàn)的自動分區(qū)空調(diào)、自動大燈、座椅調(diào)節(jié)、自適應(yīng)懸掛、自動雨刷和車內(nèi)氛圍燈外，定速巡航、車機(jī)交互、環(huán)境感知、空氣凈化、L2級自動駕駛等各類新應(yīng)用大量涌現(xiàn)，直接推動了車速傳感器、雨量傳感器、燈光傳感器、羅盤傳感器、紅外報(bào)警傳感器等的發(fā)展。這類傳感器隨著汽車人性化發(fā)展需求的不斷提升，具備很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（二）注重節(jié)能減排

發(fā)動機(jī)作為汽車的“心臟”，分布著溫度傳感器、流量傳感器、曲軸位置傳感器、油門踏板位置傳感器等大量傳感器，電子控制單元通過傳感器提供的數(shù)據(jù)對發(fā)動機(jī)的各項(xiàng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與準(zhǔn)確控制，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)動力性、可維護(hù)性的提升，并降低油耗和減輕排放。

四、結(jié)束語：

汽車在未來發(fā)展中電氣化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和人性化的趨勢很大程度上需要借助傳感器來實(shí)現(xiàn)，因此汽車傳感器的發(fā)展也影響著汽車的未來。隨著傳感器的持續(xù)發(fā)展，汽車的環(huán)境感知能力也在穩(wěn)步提升，相信在不久的將來，智能汽車便能走進(jìn)我們的生活，為出行的安全性、舒適性、可靠性和環(huán)保性提供保障。