傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的應用

谷彥慶

(棗莊職業(yè)學院 新能源與汽車工程系，山東 棗莊 277800)

0 前言

隨著人們物質生活水平的提高和出行需求的增加，汽車需求量持續(xù)增加。對汽車企業(yè)而言，發(fā)揮汽車電子技術，加大先進技術的研發(fā)和應用，可提升企業(yè)的市場競爭力。傳感器不僅是一種先進的智能化設備，也是汽車生產(chǎn)制造技術向智能化方向發(fā)展的必然產(chǎn)物。因此，汽車制造企業(yè)應充分運用傳感器技術，提高汽車行駛的安全性與穩(wěn)定性，最大限度地滿足用戶需求。

1 汽車電子技術對傳感器的要求

在汽車制造行業(yè)發(fā)展進程中，用戶對汽車安全性、舒適性和操控性的要求正在不斷提高。電子技術在汽車產(chǎn)業(yè)中的普及和應用，不僅滿足了用戶對汽車駕駛與操控的要求，也提升了汽車行駛安全性能。傳感器作為汽車電子技術應用的重要載體，在實際應用中，必須滿足以下幾方面的要求。

(1)傳感器精度必須滿足用戶使用需求。傳感器精度是決定汽車電控技術水平的關鍵，與汽車控制系統(tǒng)性能的發(fā)揮有著密不可分的關系。因此，要求汽車制造企業(yè)使用的傳感器測量精度誤差必須控制在1%以內。如果傳感器測量精度不達標，會導致傳感器獲取的數(shù)據(jù)信息不準確，進而影響汽車控制系統(tǒng)運行的可靠性，增加交通事故的發(fā)生幾率。

(2)車用傳感器必須具備較強的環(huán)境適應能力。汽車在行駛過程中會遭遇不同的環(huán)境和天氣，特別是在特殊環(huán)境與天氣條件下，會對汽車的安全行駛造成極為不利的影響。因此，車用傳感器必須具備適應不同溫度、不同濕度和電磁干擾的能力，確保汽車在任何情況下都保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)，保證汽車安全行駛不受影響。

(3)車用傳感器必須具備穩(wěn)定和可靠的性能。車用傳感器作為現(xiàn)代汽車電子技術發(fā)展應用的代表，不僅被廣泛應用于汽車電控系統(tǒng)中，而且在車輛行駛過程中，為駕駛人員獲取準確的汽車行駛數(shù)據(jù)提供了技術支持。如果汽車在行駛過程中出現(xiàn)傳感器功能不穩(wěn)定性現(xiàn)象，會使車用傳感器獲取車輛行駛數(shù)據(jù)信息的準確性下降，導致交通事故的發(fā)生，甚至會危及到駕乘人員的人身安全。

2 汽車電子控制系統(tǒng)中傳感器的應用

2.1 汽車發(fā)動機傳感器的應用

電控汽油噴射系統(tǒng)使用了大量的傳感器，這些傳感器主要是確保汽車發(fā)動機在各種工況下均可實現(xiàn)最佳空燃比運行[1]。當發(fā)動機在正常溫度與正常轉速范圍內運行時，電子控制單元(ECU)系統(tǒng)會根據(jù)空氣流量傳感器檢測到的發(fā)動機進氣量及發(fā)動機轉速，車速傳感器會根據(jù)檢測到的速度信號準確計算出發(fā)動機正常運行所需的基本噴油量。進氣溫度傳感器和發(fā)動機溫度傳感器主要檢測發(fā)動機運行過程中的溫度信號。氧傳感器為ECU 提供混合氣體的空燃比信號，為燃油供給量的修正提供準確的數(shù)據(jù)，從而提升發(fā)動機的動力性與經(jīng)濟性。

電控點火裝置也布設有大量的傳感器。當發(fā)動機運行時，ECU 會按照發(fā)動機各缸的點火順序，通過空氣流量傳感器、發(fā)動機轉速傳感器、發(fā)動機溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、氧傳感器和爆燃傳感器反饋的信號，綜合判斷發(fā)動機的運行情況，有效控制點火提前角。ECU 系統(tǒng)在發(fā)動機運行過程中，可以通過點火時刻閉環(huán)控制系統(tǒng)調整發(fā)動機點火時間，使點火提前角始終處于最佳狀態(tài)，確保發(fā)動機在啟動后可以獲得最大的輸出功率與扭矩，降低汽車的燃油消耗量，減少汽車尾氣排放量。

2.2 汽車底盤控制中傳感器的應用

在汽車電控自動變速器中，布設有車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器和油溫傳感器等，確保汽車在行駛過程中始終保持在最佳檔位，改善汽車變速器的換檔效率，提高汽車行駛安全性與穩(wěn)定性。在電控自動變速器的運行過程中，車速傳感器發(fā)揮著控制變速器換檔時間的作用。節(jié)氣門位置傳感器則起到了控制變速器換檔和鎖止變速器檔位的作用。自動變速器中的油溫傳感器通過對自動變速器溫度信號的檢測，為變速器換檔、油壓控制及離合器鎖定控制提供檢測信號。

汽車電控動力轉向系統(tǒng)應用了車速傳感器，可向ECU 輸入信號，確保汽車轉向系統(tǒng)的正常運行。在液壓動力轉向系統(tǒng)中，ECU 通過對液壓油流量的控制，為轉向系統(tǒng)提供轉向助力。在電子控制動力轉向系統(tǒng)中，ECU 系統(tǒng)則會根據(jù)扭矩傳感器的信號確定助力轉向的大小與方向，并利用電磁離合器與減速機構，為汽車轉向系統(tǒng)提供轉向助力。

根據(jù)汽車行駛道路路況的不同，汽車電控懸掛系統(tǒng)利用車速傳感器、車身高度傳感器、轉向盤轉角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等采集汽車行駛速度、路面情況等汽車運行狀態(tài)信息，由ECU 處理相關數(shù)據(jù)，發(fā)出調整汽車車身高度、懸架傾斜剛度、減振器阻尼特性等相關指令，再由執(zhí)行機構根據(jù)實際情況調整和優(yōu)化汽車運行狀態(tài)，確保在平穩(wěn)行駛的基礎上，提高車輛的駕乘舒適性[2]。

2.3 汽車行駛安全系統(tǒng)中傳感器的應用

汽車安全氣囊系統(tǒng)主要由安全氣囊與預張緊安全帶裝置構成。汽車在行駛過程中汽車前端發(fā)生碰撞時，汽車碰撞傳感器與安全傳感器能夠及時檢測出汽車突然減速的信號，并能準確判斷出汽車發(fā)生碰撞的強度，進而將信號發(fā)送至安全氣囊控制單元進行計算比對，確定是否彈出安全氣囊。汽車安全氣囊組件在接到輸出指令后，會在收緊安全帶的同時，迅速彈出氣囊，利用氣囊彈出形成的緩沖墊，防止駕乘人員因為車輛發(fā)生碰撞受到傷害，達到被動保護駕乘人員的目的。

前照燈自動控制系統(tǒng)主要是利用安裝于儀表盤上的日照傳感器檢測車外光照強弱與明暗變化的程度，自動調整和開關前照燈。汽車在行駛過程中，前照燈的自動開關會根據(jù)車外光照的強弱變化趨勢自動開啟或閉合，保證汽車在行駛過程中的光照強度，提高汽車行駛的安全性。

2.4 電動汽車中電池傳感器的應用

新能源汽車作為汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢，具有巨大的市場潛力。由于車載蓄電池性能是決定電動汽車行駛里程、安全性與經(jīng)濟性的重要指標，電動汽車普遍采用電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)應用于電動汽車鋰電池的監(jiān)控、管理和使用等各個環(huán)節(jié)，確保鋰電池安全穩(wěn)定運行。電動汽車電池管理系統(tǒng)中使用的傳感器主要有電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和位置傳感器等[3]。當車載鋰電池處于滿電狀態(tài)時，其在汽車運行過程中產(chǎn)生的電流和電壓信號較強。當車載鋰電池處于虧電狀態(tài)時，其產(chǎn)生的電流和電壓信號則會減弱。因此，汽車企業(yè)在設計電動汽車時，通過霍爾傳感器、隔離電壓傳感器、電磁感應電壓傳感器和光電隔離傳感器等各種傳感器來采集電池信號，避免車載電池因出現(xiàn)過度充放電而影響電池的使用性能和使用壽命，有效提升了電池的利用率[4]。

3 汽車傳感器的設計

3.1 內部電路集成化設計

集成電路技術在汽車生產(chǎn)制造中的應用和推廣，實現(xiàn)了汽車內部電路集成化設計的目的，提高了汽車內部空間的利用率。通過汽車內部電路的集成化設計，可以快速有效地采集和處理汽車電路系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，優(yōu)化汽車電路模塊，提高汽車電路的綜合控制能力，提高汽車的安全行駛性能。

3.2 元器件穩(wěn)定控制

汽車企業(yè)在應用傳感器時，必須嚴格按照汽車安全行駛的要求，從整體上進行設備性能與元器件穩(wěn)定性的控制，通過對智能傳感器電子感應與運行控制系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，有效提升元器件的運行控制效果，確保汽車運行的安全性與穩(wěn)定性。此外，汽車企業(yè)在優(yōu)化和完善汽車傳感器元器件性能時，必須充分重視元器件操作過程與設備參數(shù)的優(yōu)化，提高傳感器電子信息處理能力，提升汽車電子控制系統(tǒng)的性能。

3.3 傳感器操作控制

汽車在行駛過程中，各個傳感器的操作控制水平直接影響汽車運行的安全性與穩(wěn)定性。因此，汽車企業(yè)必須在傳感器正常處理和傳輸汽車運行狀態(tài)信號的基礎上，提高汽車運行穩(wěn)定性，確保汽車的安全行駛。通過對汽車控制系統(tǒng)和傳感器運行控制系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，不僅能滿足汽車電子控制的要求，還對汽車行駛舒適性與運行控制效率的提升有著促進作用。比如，在優(yōu)化汽車空調系統(tǒng)傳感器性能時，必須嚴格按照汽車溫度、濕度、氣壓及風速等傳感器參數(shù)要求進行設置，才能有效提升汽車行駛的舒適性。在設計車門傳感器時，則應通過對車門狀態(tài)進行電子化控制，保證汽車行駛的安全性，提高汽車安全防護水平，降低交通事故的發(fā)生概率。

3.4 多信息融合控制

隨著電子技術在現(xiàn)代汽車生產(chǎn)制造中的推廣應用，傳感器在獲取和處理汽車運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息時，應借助于汽車電子技術，對各個傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息進行整合與處理，在有效提升傳感器信息融合的基礎上，滿足汽車的安全行駛要求。汽車企業(yè)在使用汽車電子技術與傳感器技術時，應建立完整的傳感器多信息融合協(xié)同機制，獲取汽車在行駛過程中各個階段的數(shù)據(jù)信息，并對相關數(shù)據(jù)信息進行整合與處理，提高汽車電子技術的應用成果。汽車企業(yè)還應充分發(fā)揮傳感器網(wǎng)絡化運行控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，加強傳感器在信號采集環(huán)節(jié)的管理工作，構建完整的汽車運行狀態(tài)數(shù)據(jù)處理機制。此外，汽車企業(yè)應利用網(wǎng)絡接口等高效處理傳感器信息，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸通道，提高數(shù)據(jù)信息管理與控制水平，為汽車的安全穩(wěn)定行駛提供準確無誤的數(shù)據(jù)支持。在使用電子設備時，應合理運用總線傳輸技術，高效處理各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)接口參數(shù)設定的要求，加強傳感器接口傳輸控制、數(shù)據(jù)分析、信息處理等環(huán)節(jié)的管理力度，提高汽車行駛的安全性與穩(wěn)定性。

4 結語

車載傳感器作為現(xiàn)代汽車電子技術的重要組成部分之一，目前各大汽車企業(yè)都在對車載傳感器進行升級迭代。汽車企業(yè)應充分發(fā)揮汽車平臺信息技術的優(yōu)勢，加大傳感器電子控制和機械控制的研發(fā)力度，高效處理車載傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，促進汽車電子技術綜合應用水平的有效提升，推動汽車智能化與信息化發(fā)展進程。