汽車電子智能傳感器技術(shù)及其應(yīng)用

王名揚(yáng)

摘 要：隨著人們生活水平的提高， 汽車逐漸普及，而汽車的安全問題也受到廣泛關(guān)注。為提升汽車安全性，電子智能傳感器技術(shù)開始被應(yīng)用其中，在動力控制、圖像采集、安全氣囊觸發(fā)、胎壓監(jiān)測、防抱死制動等應(yīng)用上都有明顯的優(yōu)勢。本文首先對汽車電子智能傳感器的重要性進(jìn)行梳理，分析汽車電子智能傳感器的關(guān)鍵技術(shù)，探究汽車電子智能傳感器技術(shù)的具體應(yīng)用，并結(jié)合現(xiàn)存問題提出相關(guān)建議，希望可以對有關(guān)人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：智能傳感器 汽車電子技術(shù) 微處理器 動力系統(tǒng)

1 汽車電子智能傳感器相關(guān)概述

1.1 汽車電子智能傳感器概述

從功能上講，智能傳感器的通信功能同時還涵蓋了邏輯思維、信息判斷、信息處理、信息檢測等功能，為后期人工智能提供了技術(shù)支持。智能傳感器配有微處理器，可存儲、處理和判斷信息，并具有自動補(bǔ)償、自動診斷和自動校準(zhǔn)功能。在信息處理過程中，智能傳感器可以補(bǔ)償測量值和誤差，并使用軟件對非線性信號進(jìn)行線性化處理，因此智能傳感器經(jīng)常被應(yīng)用于汽車的自動駕駛、安全操作中，主要對發(fā)動機(jī)提供的信息進(jìn)行檢測、采集和處理，并測量車輛運(yùn)行過程中各系統(tǒng)的參數(shù)值，使駕駛員可以隨時掌握車輛的運(yùn)行情況。對于智能汽車而言，其電子部件大多處于惡劣的運(yùn)行環(huán)境中，并且差別很大，如等待停車的低溫環(huán)境、運(yùn)行期間的高溫環(huán)境、電磁干擾環(huán)境、強(qiáng)烈沖擊環(huán)境等都會造成內(nèi)部元件受損，因此合格的汽車電子智能傳感器應(yīng)具有電子元件穩(wěn)定性高，對外部環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點。汽車電子智能傳感器技術(shù)的有效應(yīng)用可彌補(bǔ)傳統(tǒng)傳感器的不足，提高傳感器檢測和記憶信息的準(zhǔn)確性，提高汽車行駛的穩(wěn)定性和安全性。

相較傳統(tǒng)的傳感器，汽車電子智能傳感器的最大優(yōu)勢是能夠全面感知乘客、環(huán)境、車輛等信息，進(jìn)而判斷乘客是否處于最佳狀態(tài)，車輛行駛是否會有危險，并及時采取相應(yīng)措施[1]。汽車電子智能傳感器技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上促進(jìn)了汽車工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。常見的汽車電子智能傳感器有溫度傳感器、氧傳感器和空氣流量傳感器，現(xiàn)在汽車發(fā)動機(jī)、底盤、導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域都配備有智能傳感裝置，可以采集汽車溫度、速度、檔位等參數(shù)，并將相關(guān)技術(shù)指標(biāo)傳回汽車控制系統(tǒng)，為汽車控制系統(tǒng)準(zhǔn)確檢測汽車提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。另外，汽車電子智能傳感器技術(shù)可以采集車輛周圍的環(huán)境信息，檢測到安全隱患后會自動發(fā)出報警信號，從而實現(xiàn)剎車緊急控制，從而防止交通事故的發(fā)生[2]。

1.2 汽車電子智能傳感器優(yōu)勢分析

智能傳感器還具有功能多樣、成本低廉的優(yōu)點，且與傳統(tǒng)傳感器相比具有相對更高的精度和可靠性，因此被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防、科技等諸多領(lǐng)域。汽車電子系統(tǒng)簡單來說是由傳感器、制動器、微處理器和電子部件組成的電子控制系統(tǒng)。電子系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用可以有效提高汽車的便利性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。此外，汽車電子智能傳感器的出現(xiàn)提高了汽車控制系統(tǒng)的設(shè)計水平，實現(xiàn)了汽車電子控制單元的充分組合。在汽車電子智能傳感器技術(shù)的應(yīng)用中，必須優(yōu)化傳感器的自校正和自適應(yīng)特性，以滿足汽車電子控制的基礎(chǔ)要求[3]。此外，因為汽車安全氣囊只有在發(fā)生事故時才會使用，大多數(shù)情況下是待命的，但即使如此，也不能忽視安全氣囊在汽車安全防護(hù)中的關(guān)鍵作用。在日常生活中，大多數(shù)駕駛員不會對氣囊的應(yīng)用效果進(jìn)行多次測試和維護(hù)，因此一旦發(fā)生事故，很有可能對駕駛員造成不可挽回的傷害，而汽車電子智能傳感器技術(shù)的應(yīng)用則可以實現(xiàn)車輛部件的自檢自維，保障防護(hù)類裝置得以正常使用[4]。

1.3 汽車電子智能傳感器關(guān)鍵技術(shù)分析

一是非線性自校正技術(shù)。該技術(shù)主要用于提升傳感器的測量精度，利用該技術(shù)可以改善傳統(tǒng)傳感器應(yīng)用階段出現(xiàn)的非線性情況。過去常使用非線性校正器的矯正工藝來改進(jìn)電路設(shè)計，但在綜合利用階段，智能傳感器還需通過軟件實現(xiàn)這一功能。而非線性自校正技術(shù)則采用各種方法來改進(jìn)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，逐步實現(xiàn)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的智能非線性校正，尤其現(xiàn)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅猛，這就需要技術(shù)人員利用關(guān)聯(lián)算法進(jìn)行深入研究，不斷提高共享數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保證智能傳感器在使用階段的正常工作。二是多信息融合技術(shù)。由于汽車電子產(chǎn)品通常使用不同的物理量，因此在日常運(yùn)行階段，技術(shù)人員的工作重點是開發(fā)智能傳感器，以實現(xiàn)信息聚合。智能傳感器和各種設(shè)備的結(jié)合能夠在車輛運(yùn)行期間捕獲各種數(shù)據(jù)，從而使車輛中控系統(tǒng)操作更加準(zhǔn)確。由于傳感器應(yīng)用方案單一的問題尚未解決，綜合設(shè)計時需要技術(shù)人員更多地注意工作方案的制定，從而確保整個設(shè)備的正常運(yùn)行。在整體設(shè)計中，技術(shù)人員可以從傳感器的集成經(jīng)驗入手，簡化各種數(shù)據(jù)的傳輸并監(jiān)控車輛的運(yùn)行狀況。三是網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)。在該技術(shù)應(yīng)用中，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)可以通過單一的數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行改進(jìn)。在信號采集的基礎(chǔ)上建立合適的數(shù)據(jù)處理單元是技術(shù)人員處理數(shù)據(jù)的關(guān)鍵所在，這就要求在日常工作中重視網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的應(yīng)用與經(jīng)驗積累，通過TCP/IP協(xié)議傳輸將汽車電子智能傳感器的不同數(shù)據(jù)傳輸?shù)街锌啬K，進(jìn)而由中控模塊統(tǒng)一管理，實現(xiàn)對現(xiàn)有設(shè)備的有效控制。此外，優(yōu)化中控管理還可以利用總線傳輸技術(shù)，實現(xiàn)對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的實時分析，從而在此基礎(chǔ)上制定設(shè)計要求[2]。

2 汽車電子智能傳感器技術(shù)的應(yīng)用

2.1 動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)作為汽車行駛的核心系統(tǒng)，其相關(guān)參數(shù)關(guān)乎駕駛員生命安全。汽車電子智能傳感器技術(shù)應(yīng)用于汽車動力系統(tǒng)中，根據(jù)該技術(shù)數(shù)據(jù)實時采集特點，可對電流、轉(zhuǎn)速等動力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行實時捉取，在此基礎(chǔ)上通過中控模塊對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行智能排序并上傳至人機(jī)界面，成為駕駛員正常行駛的數(shù)據(jù)參考。傳統(tǒng)的汽車動力傳感器由于參數(shù)顯示問題和缺乏預(yù)防處理措施，導(dǎo)致傳感器應(yīng)用誤差超過規(guī)定，反而給駕駛員造成負(fù)面影響。將汽車電子智能傳感器技術(shù)應(yīng)用于動力系統(tǒng)還能在一定程度上降低汽車駕駛難度，駕駛員在人機(jī)交互界面可十分清楚地獲得汽車動力故障信息，并根據(jù)汽車電子智能傳感器上傳的動力風(fēng)險隱患信息來預(yù)處理相關(guān)問題，從而避免更嚴(yán)重的事故發(fā)生。此外，汽車壓力傳感中采用汽車電子智能傳感器技術(shù)，可實時獲得氣缸設(shè)備的壓力變化，并通過分析模塊對汽車行駛過程中氣缸出現(xiàn)的壓力變化進(jìn)行對比，以此保障氣缸故障能夠被及時發(fā)現(xiàn)，及時處理。由于汽車傳感器易受電磁、溫度等環(huán)境因素影響，因此汽車電子智能傳感器應(yīng)重點做好抗干擾、抗電磁的技術(shù)處理，從而保證該傳感器在惡劣環(huán)境下也可正常工作[5]。

2.2 底盤、車身、雨刷控制

汽車電子底盤智能傳感器主要用于捕獲行駛速度、車身高度、踏板位置等參數(shù)，相關(guān)參數(shù)能夠?qū)ζ囻{駛員的行駛行為、速度、剎車等給出精確反饋。該傳感器通過獲取駕駛過程中的控制行為，分析駕駛過程中車輛的速度，向司機(jī)提供有針對性的車輛控制建議。例如汽車開得太快，司機(jī)應(yīng)降低駕駛速度，以避免因超速行駛而受到處罰，此外汽車電子底盤智能傳感器也提高了駕駛過程中的制動控制和響應(yīng)能力。汽車機(jī)身所內(nèi)置的智能傳感器包括溫度、濕度、照明、超聲波、碰撞、速度、圖像等，在汽車行駛中起著不同作用。溫度傳感器可監(jiān)測車輛內(nèi)外環(huán)境的溫、濕度，在車輛控制系統(tǒng)的支持下實現(xiàn)汽車空調(diào)的智能控制，為車輛駕駛員提供更舒適的環(huán)境。照明傳感器類似溫度傳感器，用于接收車輛內(nèi)外的照明情況，從而允許調(diào)整和控制車輛的照明系統(tǒng)。超聲波傳感器主要采集車輛周圍的環(huán)境信息，實時提高駕駛員對環(huán)境障礙變化的認(rèn)識，降低駕駛風(fēng)險。此外，汽車電子智能傳感器還可應(yīng)用于雨刷控制上，一般放于汽車擋風(fēng)玻璃后面，在雨天自動檢測雨量，收集到的降雨數(shù)據(jù)會被傳輸?shù)狡囍锌叵到y(tǒng)上，中控模塊則根據(jù)降雨數(shù)據(jù)控制雨刷速度。傳統(tǒng)的雨刷傳感器主要由信號發(fā)射器和信號接收器組成，通常信號發(fā)射器發(fā)出的信號會從擋風(fēng)玻璃反射并傳輸?shù)叫盘柦邮掌?，兩端的信號?qiáng)度幾乎相同，但是當(dāng)雨滴落在擋風(fēng)玻璃上時，由于雨滴的擴(kuò)散和折射，發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號與接收機(jī)的信號不匹配，但是汽車電子智能傳感器則可以瞬間釋放電壓信號，以脈沖形式輸出，這樣汽車中控系統(tǒng)就可以動態(tài)調(diào)整，降低下雨時發(fā)生安全事故的可能性[5]。

2.3 圖像采集

汽車電子智能傳感器技術(shù)中的車載視覺傳感器和雷達(dá)探測設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)實時環(huán)境監(jiān)測和圖像信息采集。一方面利用傳感器獲取的圖像信息可以為司機(jī)的視野盲區(qū)提供圖像補(bǔ)充，另一方面借助AI識別技術(shù)的加成，汽車電子智能傳感器可自動識別周圍環(huán)境，自動躲避障礙物，并實現(xiàn)智能制動功能。當(dāng)汽車行駛到十字路口或是紅綠燈路口時，汽車電子智能傳感器可對環(huán)境信息以及附近車輛行駛信息進(jìn)行捕獲，并通過智能模塊自動判斷為車道偏離檢測、軌跡控制、后盲點報警等功能的實現(xiàn)提供重要依據(jù)，進(jìn)而預(yù)估車輛故障、交通堵塞的可能性，并及時提醒司機(jī)，以避免發(fā)生車禍或其他安全事件，保障司機(jī)的駕駛安全[5]。

2.4 安全氣囊觸發(fā)、胎壓監(jiān)測中的應(yīng)用

汽車電子智能傳感器在安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)中的應(yīng)用提高了系統(tǒng)的自動檢測和維護(hù)效率，增強(qiáng)了安全氣囊觸發(fā)的時效性，降低了安全氣囊失效的可能性。汽車制造商在安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)中使用微慣性傳感器或微加速度傳感器，可全面監(jiān)控系統(tǒng)，提高安全氣囊防護(hù)能力。

在高速行駛中，多數(shù)駕駛員都會擔(dān)心出現(xiàn)輪胎故障問題，由于輪胎故障難以預(yù)防，造成的后果往往十分嚴(yán)重，所以為確保車輛行駛安全，輪胎必須加以保護(hù)。但是許多駕駛員沒有意識到定期檢測輪胎壓力的重要性，只通過目視檢查來分析輪胎壓力情況，并以此確定輪胎的安全風(fēng)險和故障因素。而汽車電子智能傳感器在輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)化了輪胎壓力監(jiān)測和故障檢測。對此，技術(shù)人員有必要將高度敏感的傳感器安裝到車輛輪胎上，使用智能傳感器自動監(jiān)測輪胎壓力，并通過無線信號反饋輪胎壓力，幫助駕駛員及時了解輪胎壓力情況。當(dāng)輪胎壓力出現(xiàn)問題時，智能傳感器就會觸發(fā)報警，從而防止輪胎故障[3]。

2.5 遙感測距

信息技術(shù)的迅猛發(fā)展帶來了汽車工業(yè)的技術(shù)革新，汽車電子智能傳感器的覆蓋范圍擴(kuò)大，技術(shù)經(jīng)驗不斷豐富，進(jìn)一步推動了汽車工業(yè)的發(fā)展。隨著汽車系統(tǒng)的不斷發(fā)展，汽車測距系統(tǒng)成為現(xiàn)代汽車的常用系統(tǒng)，汽車電子測距智能傳感器的應(yīng)用為車輛控制系統(tǒng)提供了道路信息，因此有必要加強(qiáng)汽車電子測距智能傳感器在遙測距系統(tǒng)的應(yīng)用。

車輛的遠(yuǎn)距離感知主要依靠聲波測量車輛與異物之間的距離，當(dāng)聲波傳輸過程中出現(xiàn)障礙物時，會進(jìn)行反射，測量的信息會轉(zhuǎn)換為顯示在車輛顯示屏上的電信信號，以此反映車輛的準(zhǔn)確位置信息。開車過程中，駕駛員可以直接在屏幕上看到汽車的狀態(tài)，從而簡化駕駛操作，提高汽車行駛的安全性[6]。

3 智能傳感器應(yīng)用中存在的問題

首先是應(yīng)用的普及問題。汽車電子智能傳感器技術(shù)的應(yīng)用需要利用數(shù)學(xué)算法，通過集成和微控實現(xiàn)汽車行駛過程中信號間的轉(zhuǎn)換以及相關(guān)數(shù)據(jù)的提取和識別。目前汽車電子智能傳感器還沒有完全普及，只有小部分高端汽車才配備了智能傳感裝置，普及率低于2%，滲透率低。其次是應(yīng)用效果不佳。目前智能傳感器在汽車電子應(yīng)用中經(jīng)常會遇到技術(shù)問題，導(dǎo)致應(yīng)用效果不佳，主要表現(xiàn)為傳感器控制精度差，智能傳感器適應(yīng)性差，智能傳感器可靠性不足等。駕駛汽車關(guān)系到駕駛員的生命安全，因此智能傳感器的應(yīng)用誤差要求應(yīng)小于1%，如果精度不符合預(yù)設(shè)要求，會影響駕駛員在駕駛過程中的判斷，增加駕駛過程中的安全隱患?？紤]到車輛行駛時外部環(huán)境的變化，智能傳感器可能位于高溫區(qū)域，也可能在暴風(fēng)雨天氣下行駛。如果安裝在汽車電子系統(tǒng)中的智能傳感器不適應(yīng)惡劣條件和多變的環(huán)境，則信息采集和數(shù)據(jù)傳輸過程中會出現(xiàn)嚴(yán)重干擾，進(jìn)而降低應(yīng)用效果和信息采集精度[7]。

4 建議

在未來汽車電子智能傳感器的應(yīng)用開發(fā)中，應(yīng)根據(jù)客戶需求不斷優(yōu)化現(xiàn)有的設(shè)計理念，不斷提高智能傳感器的整體性能和應(yīng)用性能，以滿足不斷增長的客戶需求。同時要考慮智能傳感器性能的提高對汽車控制設(shè)備的影響，以避免因傳感器和車輛設(shè)備不匹配而造成的安全風(fēng)險。為此，在應(yīng)用智能傳感器時，應(yīng)考慮到智能傳感器對各種設(shè)備的依賴，以穩(wěn)定部件的使用優(yōu)先，對汽車整體性能逐步調(diào)整。智能傳感器收集的數(shù)據(jù)主要由汽車控制模塊進(jìn)行分析和處理，隨著智能傳感器技術(shù)的應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展，車輛控制系統(tǒng)必須提供更高的分析處理能力，以確保傳感器數(shù)據(jù)采集的效率和有效性，提升控制系統(tǒng)在實際數(shù)據(jù)處理中的可靠性和穩(wěn)定性，避免因數(shù)據(jù)處理性能不足或控制系統(tǒng)可靠性不足所造成的安全問題[7]。在設(shè)計車輛電子智能傳感控制系統(tǒng)時，應(yīng)考車輛的實時調(diào)用需求，在具體設(shè)計環(huán)節(jié)，通過分析當(dāng)前應(yīng)用趨勢，從用戶需求出發(fā)，細(xì)化汽車電子智能傳感器技術(shù)的應(yīng)用方向，再通過集成化的技術(shù)升級，將相應(yīng)控制功能立足于實用性與可操作性上，以達(dá)到優(yōu)化汽車電子智能傳感器數(shù)據(jù)利用的目的。而通過智能化與集成化的技術(shù)升級，則能夠解決智能傳感器在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用難題，進(jìn)一步提高其在汽車電子領(lǐng)域的適配性[5]。

5 結(jié)語

總而言之，國內(nèi)汽車電子智能傳感器技術(shù)在應(yīng)用和研究上仍有不足，需要投入大量人力物力進(jìn)行研究。汽車電子智能傳感器的出現(xiàn)提高了汽車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計水平，通過兩者的充分融合，汽車傳感器在自動駕駛、軌道檢測、故障排除等方面都獲得了不小的升級。在汽車電子智能傳感器技術(shù)的應(yīng)用中，必須優(yōu)化傳感器的自校正和自適應(yīng)特性，以滿足汽車電子控制的基礎(chǔ)要求，提高汽車電子控制單元的智能水平，實現(xiàn)智能傳感器與汽車控制系統(tǒng)的高質(zhì)量融合。對此，相關(guān)技術(shù)人員與研發(fā)企業(yè)必須加大研究力度，從智能化、集成化、部件穩(wěn)定性、適配性等幾個方面入手，切實提高汽車智能行駛的安全性，推動智能傳感行業(yè)的發(fā)展。

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