智能傳感器在汽車電子中的應(yīng)用

胡瑄

景德鎮(zhèn)學(xué)院 江西省景德鎮(zhèn)市 333032

1 前言

在經(jīng)濟(jì)水平不斷提升的過(guò)程中，汽車成為了人們出行的主要代步工具，而電子系統(tǒng)也成為了汽車的關(guān)鍵構(gòu)成部分。在電子系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以提升電子系統(tǒng)的智能化與自動(dòng)化水平，因此本文將對(duì)智能傳感器在汽車電子中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

2 智能傳感器與汽車電子概述

2.1 智能傳感器概述

智能傳感器指的是能夠自動(dòng)處理信息的傳感器[1]。相比于傳統(tǒng)的傳感器，智能傳感器中含有微處理機(jī)，所以可以對(duì)信息進(jìn)行采集以及處理。同時(shí)，智能傳感器也具有功能多樣、成本低廉等優(yōu)勢(shì)。且智能傳感器的精度、可靠性都比較高，所以在航空航天、國(guó)防、科技等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

2.2 汽車電子概述

汽車電子指的是車體汽車電子控制裝置以及車載汽車電子控制裝置，其中車體汽車電子控制裝置主要包括車身電子控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)等。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電子系統(tǒng)就是由傳感器、執(zhí)行器、微處理器以及電子元器件構(gòu)成的電控系統(tǒng)，在汽車中應(yīng)用電子系統(tǒng)可有效增強(qiáng)汽車的舒適性、經(jīng)濟(jì)性以及安全性。

傳感器在汽車電子系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位，常用的汽車傳感器有溫度傳感器、空氣流量傳感器以及氧傳感器等，可以全面采集汽車電子系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)[2]。智能傳感器的出現(xiàn)提升了汽車電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平，實(shí)現(xiàn)了汽車電子控制單元的結(jié)合。在應(yīng)用智能傳感器時(shí)需要優(yōu)化傳感器的自調(diào)節(jié)性能以及自適應(yīng)性能，從而滿足汽車電子控制的需求。

3 智能傳感器在汽車電子中的應(yīng)用價(jià)值

3.1 可對(duì)汽車狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

在汽車電子系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以對(duì)汽車狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，因此汽車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)提高對(duì)智能傳感器的重視程度，優(yōu)化智能傳感器的工作流程（如圖1所示）。

圖1 智能傳感器工作流程

第一，參數(shù)設(shè)置。若想保障汽車行駛與汽車停車的安全性，技術(shù)人員需要完善汽車電子系統(tǒng)的功能，確保電子系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判定周圍的障礙物以及障礙物與汽車之間的距離。為此，在應(yīng)用智能傳感器時(shí)需要科學(xué)設(shè)置傳感器的參數(shù)，例如障礙物與車尾的距離參數(shù)、障礙物與汽車左右兩側(cè)的距離參數(shù)等。第二，距離檢測(cè)與對(duì)比分析。在停車時(shí)，汽車電子系統(tǒng)中的智能傳感器可以自動(dòng)檢測(cè)汽車的安全距離并對(duì)距離進(jìn)行對(duì)比分析[3]。如果汽車實(shí)際距離與預(yù)設(shè)參數(shù)存在差異，智能傳感器就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，如果汽車實(shí)際距離符合預(yù)設(shè)參數(shù)的要求，智能傳感器就不會(huì)自動(dòng)報(bào)警。第三，信息反饋。智能傳感器可以全面檢測(cè)汽車的行駛速度與行駛環(huán)境、分析汽車的安全系數(shù)，從而為駕駛?cè)藛T提供汽車行駛信息，提升汽車行駛的安全系數(shù)，避免駕駛?cè)藛T出現(xiàn)超速等情況。因此，在汽車電子系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以為駕駛?cè)藛T提供大量精準(zhǔn)的信息，使駕駛?cè)藛T根據(jù)提示信息進(jìn)行安全行駛。

3.2 可提升汽車性能

在汽車電子系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器也可以優(yōu)化汽車性能，提升汽車的整體水平。在運(yùn)行過(guò)程中，智能傳感器可以全面采集汽車信息，分析汽車中的故障，幫助工作人員進(jìn)行故障維修，所以有利于提升汽車的性能。

4 汽車電子智能傳感器中的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 非線性自校正技術(shù)

非線性自校正技術(shù)屬于精度調(diào)整技術(shù)，可以提升智能傳感器的測(cè)量精度，減少智能傳感器中的非線性問(wèn)題。之前傳感器當(dāng)中的電路設(shè)計(jì)主要應(yīng)用非線性校正器，優(yōu)化效果甚微。而智能傳感器應(yīng)用了非線性自校正軟件。在應(yīng)用智能傳感器時(shí)，非線性自校正軟件可以準(zhǔn)確處理智能傳感器的各項(xiàng)參數(shù)與電壓常數(shù)并通過(guò)相應(yīng)的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。但是非線性自校正技術(shù)還不夠完善，需要加大技術(shù)研究力度。近年來(lái)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展較快，技術(shù)人員可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)化非線性自校正技術(shù)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)智能傳感器的測(cè)量精度。

4.2 多信息融合技術(shù)

汽車電子系統(tǒng)牽涉的物理量較多，所以在應(yīng)用智能傳感器時(shí)需要應(yīng)用多信息融合技術(shù)。技術(shù)人員可以利用智能傳感器與相關(guān)設(shè)備監(jiān)測(cè)汽車電子系統(tǒng)，獲取汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)。但單一傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景比較單一，所以技術(shù)人員需要加大對(duì)智能傳感器的綜合設(shè)計(jì)，利用多信息融合技術(shù)增強(qiáng)智能傳感器的全面性與綜合性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，技術(shù)人員可以利用多信息融合技術(shù)將不同的智能傳感器結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)不同類型數(shù)據(jù)的有效傳輸，從而對(duì)汽車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[4]。同時(shí)，技術(shù)人員需要科學(xué)劃分?jǐn)?shù)據(jù)信息的類型，利用不同的智能傳感器對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類整合。

4.3 網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

在智能傳感器中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)可以利用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理單元優(yōu)化智能傳感器設(shè)計(jì)。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中技術(shù)人員應(yīng)做好信號(hào)采集工作，科學(xué)構(gòu)建數(shù)據(jù)處理單元并利用網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。技術(shù)人員也需要靈活應(yīng)用嵌入式技術(shù)以及TCP/IP協(xié)議，提升數(shù)據(jù)傳輸效率。此外，技術(shù)人員也可以利用總線傳輸技術(shù)提高數(shù)據(jù)分析效率，使智能傳感器更能滿足汽車電子系統(tǒng)的需求。

5 智能傳感器在汽車電子中的具體應(yīng)用

5.1 智能傳感器的應(yīng)用階段

近年來(lái)，智能傳感器在汽車電子系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。從實(shí)際情況來(lái)看，智能傳感器系統(tǒng)主要包括測(cè)量探索、分析以及信息發(fā)布這三個(gè)階段。在測(cè)量探索階段當(dāng)中，智能傳感器可以分析和判斷汽車的外部環(huán)境以及障礙物分布情況，并檢測(cè)障礙物與汽車之間的距離，在汽車安全行駛中占據(jù)著重要地位。在分析階段，智能傳感器可以對(duì)所采集的信息進(jìn)行分類存儲(chǔ)與處理，并根據(jù)信息處理結(jié)果發(fā)送相應(yīng)的指令。在信息發(fā)布階段，智能傳感器可以根據(jù)指令內(nèi)容進(jìn)行處理。

5.2 智能傳感器在電子式自動(dòng)照明系統(tǒng)中的應(yīng)用

汽車中的電子式自動(dòng)照明系統(tǒng)可以提升汽車內(nèi)部的亮度，增強(qiáng)汽車行駛的安全性。在電子式照明系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以自動(dòng)檢測(cè)汽車外界光線并根據(jù)外界光線控制照明系統(tǒng)的開關(guān)[5]。即在外界光線不好的情況下，智能傳感器會(huì)自動(dòng)打開照明系統(tǒng)的開關(guān)，不需要駕駛?cè)藛T進(jìn)行操作。因此，在汽車電子式自動(dòng)照明系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器不僅可以優(yōu)化車輛行駛環(huán)境，也可以減少電能消耗、縮短駕駛?cè)藛T的操作時(shí)間。例如，某汽車品牌在汽車照明系統(tǒng)中應(yīng)用了電容式接近傳感器，只要駕駛?cè)藛T的手掌靠近傳感器就能自動(dòng)打開或關(guān)閉車內(nèi)的照明系統(tǒng)。

5.3 智能傳感器在安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)中的應(yīng)用

從實(shí)際情況來(lái)看，汽車行駛過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)安全事故，所以汽車生產(chǎn)企業(yè)會(huì)在汽車中設(shè)置安全氣囊，從而保護(hù)駕駛?cè)藛T的人身安全。在安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以對(duì)電子控制單元進(jìn)行有效整合，從而優(yōu)化車輛碰撞檢測(cè)的效果，確保在車輛出現(xiàn)事故時(shí)安全氣囊能夠及時(shí)被打開。因此，在安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以完善系統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)與自動(dòng)維護(hù)功能，增強(qiáng)安全氣囊觸發(fā)的及時(shí)性，降低氣囊無(wú)法正常使用的幾率。例如，汽車生產(chǎn)企業(yè)可以在安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)中應(yīng)用微慣性傳感器或微加速傳感器，從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，完善安全氣囊ECU的能力。

5.4 智能傳感器在自動(dòng)雨刷系統(tǒng)中的應(yīng)用

汽車行駛環(huán)境較為復(fù)雜，如果出現(xiàn)大雨等天氣就會(huì)加大駕駛難度。為此，汽車生產(chǎn)汽車會(huì)在汽車中設(shè)置雨刷器，利用雨刷器減少雨水對(duì)視線造成的影響。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，雨刷器的擺動(dòng)也可能會(huì)影響到駕駛?cè)藛T的視線，且調(diào)整雨刷器的擺動(dòng)頻率也會(huì)分散駕駛?cè)藛T的精力，可能會(huì)引發(fā)安全事故。而在汽車雨刷系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以提升雨刷系統(tǒng)的智能化水平，使雨刷器能夠根據(jù)雨水的大小自動(dòng)調(diào)整擺動(dòng)頻率。在雨刷系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器需要設(shè)置發(fā)光二極管，當(dāng)雨水遮擋住發(fā)光二極管的感光時(shí)，雨刷器就會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率。同時(shí)，也可以在雨刷系統(tǒng)中應(yīng)用紅外線電子雨量傳感器，使雨刷器根據(jù)雨量以及車速進(jìn)行頻率調(diào)整，增強(qiáng)車輛行駛的安全性。

5.5 智能傳感器在胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在高速行駛時(shí)，所有的駕駛?cè)藛T都十分擔(dān)心汽車出現(xiàn)輪胎故障，且輪胎故障的預(yù)防難度較大，一旦出現(xiàn)輪胎故障也會(huì)造成嚴(yán)重后果。為此，只有保障輪胎的安全才能夠保障車輛行駛的安全性。但很多駕駛?cè)藛T都缺乏檢測(cè)意識(shí)，不會(huì)定期檢測(cè)輪胎氣壓，只是通過(guò)視覺(jué)判斷的方式分析輪胎的氣壓情況，這就很難發(fā)現(xiàn)輪胎中的安全隱患與故障因素。而在汽車電子系統(tǒng)中設(shè)置胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)輪胎氣壓，在胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以優(yōu)化監(jiān)測(cè)功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)爆胎等輪胎故障。技術(shù)人員需要在汽車的輪胎上安裝十分靈敏的智能傳感器，利用智能傳感器自動(dòng)監(jiān)測(cè)輪胎的壓力，并通過(guò)無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行胎壓反饋，以便駕駛?cè)藛T時(shí)刻掌握輪胎的氣壓情況[6]。如果輪胎氣壓存在問(wèn)題，智能傳感器也會(huì)自動(dòng)報(bào)警，可以避免輪胎故障的發(fā)生。

5.6 智能傳感器在防抱死制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是汽車的關(guān)鍵系統(tǒng)，可以分析汽車制動(dòng)時(shí)的輪胎滑動(dòng)情況，并對(duì)車輪的制動(dòng)力矩進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，避免車輪出現(xiàn)抱死的情況。在汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以有效控制輪胎的滑動(dòng)率，縮短汽車的制動(dòng)距離，增強(qiáng)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的可操作性。例如，汽車生產(chǎn)企業(yè)可以在汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用角速度傳感器，從而控制車輪的角速度，繼而控制汽車的制動(dòng)油壓，提升汽車行駛的安全系數(shù)。

5.7 智能傳感器在汽車壓力系統(tǒng)中的應(yīng)用

在汽車壓力系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以全面檢測(cè)汽車內(nèi)部的管線壓力，并對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理。汽車生產(chǎn)企業(yè)可以在汽車壓力系統(tǒng)中應(yīng)用液壓式傳感器，充分了解電氣設(shè)備的功能并優(yōu)化電力基礎(chǔ)設(shè)施，將汽車壓力控制在合理范圍內(nèi)。

5.8 智能傳感器在汽車底盤操控系統(tǒng)中的應(yīng)用

在汽車底盤操控系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部動(dòng)力系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)控，也可以根據(jù)汽車運(yùn)行情況制定調(diào)控方案，從而優(yōu)化汽車設(shè)備性能。同時(shí)，也可以利用信息技術(shù)分析智能傳感器所采集的數(shù)據(jù)，判斷汽車的穩(wěn)定性，保障汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

5.9 智能傳感器在汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用

在GPS技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)越來(lái)越完善。在汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以提升導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，完善多媒體設(shè)備的功能，從而為駕駛?cè)藛T提供更優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)航服務(wù)。

5.10 智能傳感器在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)操控系統(tǒng)中的應(yīng)用

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的關(guān)鍵構(gòu)成部分，其運(yùn)行狀態(tài)會(huì)影響到汽車的正常駕駛。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)操控系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，增強(qiáng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)操控系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，繼而保障汽車行駛的安全性。

5.11 智能傳感器在酒精檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在人民生活水平不斷提升的背景下，駕駛汽車的人越來(lái)越多。但部分駕駛?cè)藛T的安全意識(shí)較為淡薄，會(huì)在飲酒后駕車。酒后駕車可能會(huì)引發(fā)安全事故，嚴(yán)重威脅駕駛?cè)藛T與相關(guān)人員的生命安全。為解決這一問(wèn)題，我國(guó)不僅頒布了相關(guān)的法律法規(guī)，也定期安排交警進(jìn)行檢查，但這并不能完全控制酒后駕車行為。在這種情況下，汽車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)在汽車中設(shè)置酒精檢測(cè)系統(tǒng)并充分發(fā)揮智能傳感器在酒精檢測(cè)系統(tǒng)中的作用。在汽車中設(shè)置酒精檢測(cè)系統(tǒng)與智能傳感器后可以自動(dòng)檢測(cè)駕駛?cè)藛T的酒精含量，避免駕駛?cè)藛T在酒后駕車。酒精檢測(cè)系統(tǒng)主要是由二氧化錫原件以及半導(dǎo)體線路共同構(gòu)成的，這二者會(huì)產(chǎn)生一定的物理反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)，從而準(zhǔn)確分析駕駛?cè)藛T呼出的氣體中是否含有酒精[7]。如果認(rèn)定駕駛?cè)藛T屬于酒后駕車，酒精檢測(cè)系統(tǒng)就會(huì)給予提示，有利于減少酒后駕車的行為。例如，汽車生產(chǎn)企業(yè)可以在汽車方向盤中設(shè)置酒精傳感器、轉(zhuǎn)換電路以及汽車信號(hào)處理電路，通過(guò)方向盤檢測(cè)駕駛?cè)藛T呼出的氣體，并對(duì)氣體中的酒精成分進(jìn)行分析，從而減少酒駕造成的安全事故。

5.12 智能傳感器在遙感測(cè)距系統(tǒng)中的應(yīng)用

在汽車制造技術(shù)水平不斷提升的過(guò)程中，汽車遙感傳輸系統(tǒng)在汽車電子中的作用越來(lái)越明顯。在汽車中設(shè)置遙感傳輸系統(tǒng)不僅可以為駕駛?cè)藛T提供車輛的空間信息，也可以為駕駛?cè)藛T提供車距信息以及倒車信息。即應(yīng)用遙感傳輸系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)車輛與車輛之間的實(shí)際距離，判斷車輛的安全駕駛范圍，讓駕駛?cè)藛T全面掌握車輛信息。在遙感測(cè)距系統(tǒng)中應(yīng)用智能傳感器可以自動(dòng)檢測(cè)車輛與周圍障礙物之間的距離，并通過(guò)聲音等方式提示駕駛?cè)藛T，提升車輛駕駛的信息化水平。

6 汽車電子智能傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

6.1 汽車內(nèi)部電路設(shè)計(jì)逐漸向集成化方向發(fā)展

汽車內(nèi)部空間相對(duì)狹小，但涉及到的電路較多，所以在進(jìn)行汽車電路設(shè)計(jì)時(shí)技術(shù)人員需要利用智能傳感器優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。例如，技術(shù)人員可以利用集成化電路設(shè)計(jì)方案與相應(yīng)的智能傳感器對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行整合，完善不同電路系統(tǒng)的功能，提高電路系統(tǒng)的智能化控制水平。

6.2 汽車元器件逐漸向穩(wěn)定化方向發(fā)展

汽車中的元器件較多，若這些元器件的穩(wěn)定性不符合要求就可能會(huì)增加汽車行駛的安全隱患。因此在應(yīng)用智能傳感器時(shí)，技術(shù)人員需綜合分析汽車電子的需求，促進(jìn)元器件向穩(wěn)定化方向發(fā)展。例如，技術(shù)人員可以對(duì)智能傳感器的相關(guān)元器件進(jìn)行優(yōu)化改造，提升元器件的性能。

6.3 汽車操作系統(tǒng)逐漸向穩(wěn)定化方向發(fā)展

操作系統(tǒng)在汽車中具有重要意義，技術(shù)人員需要利用智能傳感器優(yōu)化操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

7 結(jié)語(yǔ)

智能傳感器是較為先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，不僅應(yīng)用了非線性自校正技術(shù)，也應(yīng)用了多信息融合技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，在汽車電子中的應(yīng)用范圍較為廣泛。汽車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)提高對(duì)智能傳感器的重視程度，并將其應(yīng)用在電子式自動(dòng)照明系統(tǒng)、安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)、自動(dòng)雨刷系統(tǒng)以及胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等諸多系統(tǒng)中，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的電子服務(wù)。