汽車傳感器發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望

汽車傳感器是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一，本文簡(jiǎn)單介紹了國(guó)內(nèi)汽車傳感器的應(yīng)用發(fā)展情況，主要介紹了汽車上幾種主要的傳感器,并對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

汽車傳感器市場(chǎng)規(guī)模大

市場(chǎng)研究數(shù)據(jù)顯示，2002年全球汽車傳感器的市場(chǎng)規(guī)模為70.1億美元，預(yù)計(jì)2005年將達(dá)到85.2億美元，年平均增長(zhǎng)率為6.7%;全球2002年汽車傳感器的市場(chǎng)需求量為10.38億只，預(yù)計(jì)2005年將達(dá)到12.83億只，年平均增長(zhǎng)率為7.3%。我國(guó)的汽車工業(yè)發(fā)展加快。估計(jì)2010年將達(dá)600萬輛的生產(chǎn)能力，若每輛車用10只傳感器，將需6000萬套傳感器及其配套變送器和儀表。

我國(guó)現(xiàn)有汽車2000萬輛，并且每年以5%以上的速度遞增，但是目前“電噴”汽車還只占10%左右，國(guó)家規(guī)定停止“化油器”汽車的生產(chǎn)，新出廠的汽車要求全部安裝“電噴”系統(tǒng)。上海聯(lián)合汽車電子現(xiàn)在年產(chǎn)120萬套“電噴”系統(tǒng)傳感器，約4000～6000元/套，其中，汽車傳感器占60%以上的產(chǎn)值。國(guó)內(nèi)電噴系統(tǒng)應(yīng)用傳感器占系統(tǒng)的70%以上，ABS傳感器的成本為50元左右，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量為100萬套，產(chǎn)值為5000萬元;安全氣囊的傳感器占系統(tǒng)成本的70%以上，安全氣囊的傳感器售價(jià)為2000元左右，需求量為100萬套/年，則傳感器的產(chǎn)值可達(dá)20億元。

汽車傳感器舉足輕重

汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。汽車傳感器對(duì)溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度和振動(dòng)等各種信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量和控制。衡量現(xiàn)代高級(jí)轎車控制系統(tǒng)水平的關(guān)鍵就在于其傳感器的數(shù)量和水平。當(dāng)前，一輛國(guó)內(nèi)普通家用轎車上大約安裝了近百個(gè)傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量多達(dá)200只。

近年來從半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展而來的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)日漸成熟，利用這一技術(shù)可以制作各種能敏感和檢測(cè)力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量、化學(xué)量和生物量的微型傳感器，這些傳感器的體積和能耗小，可實(shí)現(xiàn)許多全新的功能，便于大批量和高精度生產(chǎn)，單件成本低，易構(gòu)成大規(guī)模和多功能陣列，非常適合在汽車上應(yīng)用。

微型傳感器的大規(guī)模應(yīng)用將不僅限于燃燒控制和安全氣囊，在未來5～7年內(nèi)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行管理、廢氣與空氣質(zhì)量控制、ABS、車輛動(dòng)力的控制、自適應(yīng)導(dǎo)航、車輛行駛安 全系統(tǒng)在內(nèi)的應(yīng)用，將為MEMS技術(shù)提供廣闊的市場(chǎng)。

國(guó)內(nèi)汽車傳感器生產(chǎn)水平低

自20世紀(jì)80年代以來，國(guó)內(nèi)汽車儀表行業(yè)引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)及與之相配套的傳感器生產(chǎn)技術(shù)，基本滿足了國(guó)內(nèi)小批量、低水平車型的配套需求。由于起步較晚，還沒有形成系列化、配套化，尚未形成獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)，仍然依附于汽車儀表企業(yè)。

眾多轎車、輕型車及部分載貨車中采用新的電子產(chǎn)品，需要大批量、高水平的汽車傳感器，但國(guó)內(nèi)現(xiàn)有最高水平的汽車傳感器產(chǎn)品比國(guó)外同類產(chǎn)品落后10多年，每年要進(jìn)口50萬套以上的高性能汽車傳感器。

許多傳感器廠家為了增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，采用與國(guó)外同行業(yè)進(jìn)行合資經(jīng)營(yíng)的方式，消化吸收國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)，使產(chǎn)品升級(jí)換代，從而逐步發(fā)展壯大，有的已成為幾大“電噴”系統(tǒng)廠家的下游供應(yīng)商。但絕大多數(shù)企業(yè)還只是配套生產(chǎn)其它車用傳感器，處于利潤(rùn)少、產(chǎn)品單一、產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平低下的狀況。

伴隨著國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)，今后幾年國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)對(duì)傳感器及其配套和儀表的需求亦將大大增加，實(shí)現(xiàn)汽車傳感器國(guó)產(chǎn)化勢(shì)在必行。為適應(yīng)這一形勢(shì)，應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)新型壓力、溫度、流量、位移等傳感器，盡快為汽車工業(yè)解決電噴系統(tǒng)、空調(diào)排污系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)所需的傳感器是十分迫切的任務(wù)。汽車傳感器對(duì)整車廠而言，是二級(jí)配套產(chǎn)品，必須以系統(tǒng)形式進(jìn)入整車廠配套。一級(jí)系統(tǒng)配套商的實(shí)力關(guān)系到主機(jī)廠的品牌，所以必須建立系統(tǒng)平臺(tái)，以系統(tǒng)帶動(dòng)傳感器的發(fā)展。

汽車上的主要傳感器

這里介紹汽車傳感器的核心——發(fā)動(dòng)機(jī)控制傳感器和幾種傳感器新產(chǎn)品。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制傳感器

發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱EMS)其采用各種傳感器，是整個(gè)汽車傳感器的核心，種類很多，包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器將發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣量、冷卻水溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與加減速等狀況轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送入控制器，控制器將這些信息與儲(chǔ)存信息比較、精確計(jì)算后輸出控制信號(hào)。EMS不僅可以精確控制燃油供給量，以取代傳統(tǒng)的化油器，而且可以控制點(diǎn)火提前角和怠速空氣流量等，極大地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

通過噴油和點(diǎn)火的精確控制，可以降低污染物排放50%;如果采用氧傳感器和三元催化轉(zhuǎn)化器，在λ=1的一個(gè)狹小范圍內(nèi)可以降低排放達(dá)90%以上。在怠速調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，由于采用了怠速調(diào)節(jié)器，怠速轉(zhuǎn)速降低約l00r/min到150r/min，使油耗下降3%～4%。如果采用爆震控制，在滿負(fù)荷范圍內(nèi)可提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率3%～5%，并可適應(yīng)不同品質(zhì)的燃油。

胎壓監(jiān)測(cè)傳感器

胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在每一個(gè)輪框內(nèi)安裝微型壓力傳感器來測(cè)量的氣壓，并通過無線發(fā)射器將信息傳到駕駛前方的監(jiān)視器上。輪胎壓力太低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒駕駛員及時(shí)處理。這樣不但可以確保汽車在行駛中的安全，還能保護(hù)胎面，延長(zhǎng)輪胎使用壽命并達(dá)到省油的目的。

上海世申信息技術(shù)有限責(zé)任公司推出的“靈泰”輪胎智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特色在于每個(gè)輪胎上均裝有車壓傳感器及無線發(fā)射系統(tǒng)，它們能夠精確地測(cè)量輪胎的氣壓和溫度并將這些信息通過無線信號(hào)傳輸?shù)桨惭b在車內(nèi)的接收器上。該系統(tǒng)讓您領(lǐng)略輪胎智能監(jiān)測(cè)的卓越品質(zhì)。本系統(tǒng)的微機(jī)電胎壓壓力傳感器采用壓電原理，并在傳感器的控制上采用加密技術(shù)，從而也可提高汽車的安全附加值。

根據(jù)美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)每年約有26萬起交通事故是由于輪胎氣壓偏低或漏氣造成的;而每年75%的輪胎故障是由于輪胎漏氣或充氣不足所引起的。由于上述的原因，美國(guó)立法規(guī)定新車必須安裝輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

一氧化碳傳感器

車內(nèi)空氣污染對(duì)有車族的健康構(gòu)成了新的威脅，這種威脅主要來自一氧化碳。隨著有車族數(shù)量的快速增加，車內(nèi)的空氣質(zhì)量開始受到關(guān)注。為此，深圳戴維萊傳感技術(shù)有限公司開發(fā)出Prr-2一氧化碳傳感器，專門用于保證車內(nèi)空氣質(zhì)量安全。該傳感器具有靈敏度高、抗干擾性強(qiáng)、功耗低(5mW)等特點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)用簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)，可以及時(shí)地監(jiān)測(cè)車內(nèi)空氣質(zhì)量。Pr-2一氧化碳傳感器分為車內(nèi)空調(diào)內(nèi)外循環(huán)的自動(dòng)切換系統(tǒng)和轎車用、客車用一氧化碳報(bào)警器。

NOx凈化的傳感器

目前全球?qū)τ诘趸?NOx)、粒子狀物質(zhì)(PM)等柴油車尾氣的限制越來越嚴(yán)格。在日本國(guó)內(nèi)，繼2003年的新短期尾氣排放限制標(biāo)準(zhǔn)之后，預(yù)定于2005年推出新長(zhǎng)期尾氣排放限制標(biāo)準(zhǔn)。要想應(yīng)對(duì)這種限制，只改進(jìn)柴油引擎的燃燒方式顯然不夠，因此后處理技術(shù)越來越受重視。選擇還原催化劑(SCR)法是NOx凈化技術(shù)之一，可以選擇性地將尾氣中的NOx吸附于催化劑，通過向催化劑噴射尿素，以還原反應(yīng)將NOx分解成氮和水并排放。三井金屬礦業(yè)開發(fā)的就是尿素SCR中需要的傳感器，可檢測(cè)SCR所需的尿素水的劑量是否合適。這種傳感器對(duì)于還原劑使用尿素水的氮氧化物(NOx)凈化裝置必不可少。

車輛防盜傾斜傳感器

富士通公司在2003年于日本橫濱舉行的“人與車科技展2003”上展出了車輛防盜用傾斜傳感器。該傳感器采用2軸加速度傳感器，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)盜竊時(shí)車輛被托起而導(dǎo)致的車輛傾斜，并發(fā)出警報(bào)。此加速度傳感器由該公司自主開發(fā)，為靜電容量式。英國(guó)保險(xiǎn)協(xié)會(huì)2003年4月決定向安裝防盜傾斜傳感器的車輛提供優(yōu)惠保險(xiǎn)。類似的促銷活動(dòng)今后也將在車輛被盜案劇增的日本展開，估計(jì)傾斜傳感器的市場(chǎng)需求將日趨旺盛。

汽車油壓傳感器

新型厚膜壓阻式無觸點(diǎn)汽車油壓傳感器，采用厚膜力敏技術(shù)(TFST)和表面微組裝技術(shù)(SMT)制作，監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油壓力，可實(shí)現(xiàn)機(jī)油低壓力報(bào)警。已通過臺(tái)架試驗(yàn)、型式試驗(yàn)和60000次耐久性試驗(yàn)，可直接替代現(xiàn)有雙金屬片滑線式Y(jié)G2221G油壓傳感器。同現(xiàn)有滑線式油壓傳感器相比，具有精度高、無機(jī)械部件觸點(diǎn)、可靠性高、壽命長(zhǎng)、耐腐蝕、能同數(shù)字化儀表匹配、成本低，性能價(jià)格比高等特點(diǎn)。已獲專利，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

汽車傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展和汽車電子控制系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛，汽車傳感器市場(chǎng)需求將保持高速增長(zhǎng)，微型化、多功能化、集成化和智能化的傳感器將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器，成為汽車傳感器的主流。

微型傳感器利用微機(jī)械加工技術(shù)，將微米級(jí)的敏感元件、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上，由于具有體積小、價(jià)格便宜、便于集成等特點(diǎn)，可以明顯提高系統(tǒng)測(cè)試精度。當(dāng)前，該技術(shù)逐步成熟，可以制作檢測(cè)力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量等各種微型傳感器。

多功能化是指一個(gè)傳感器能檢測(cè)兩個(gè)或兩個(gè)以上的特征參數(shù)或者化學(xué)參數(shù)，從而減少汽車傳感器的數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。

智能傳感器是一種帶微型計(jì)算機(jī)兼有檢測(cè)、判斷、信息處理等功能的傳感器。與傳統(tǒng)傳感器相比，他具有很多特點(diǎn)。例如，他可以確定傳感器工作狀態(tài)，對(duì)測(cè)量資料進(jìn)行修正，以便減少環(huán)境因素如溫度引起的誤差;用軟件解決硬件難以解決的問題;完成資料計(jì)算與處理工作等等。世界各國(guó)都在車用傳感器硬件的基礎(chǔ)上，努力用軟件來解決汽車電氣干擾大、環(huán)境差(溫度高、溫度梯度大、污染厲害等)等問題造成的對(duì)汽車參數(shù)測(cè)量的影響。而且智能式傳感器精度高、量程覆蓋范圍大、輸出信號(hào)大、信噪比高、抗干擾性能好，有的還帶有自檢功能。不少汽車大公司在該方面進(jìn)行研制與開發(fā)，并取得了成就并加以應(yīng)用。

其技術(shù)的發(fā)展方向是開展基礎(chǔ)研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，采用新原理，開發(fā)新材料，采用新工藝;擴(kuò)大傳感器的功能與應(yīng)用范圍。開發(fā)新材料是發(fā)展汽車傳感器技術(shù)的一個(gè)重要方向。由于材料科學(xué)的進(jìn)步，在制造各種材料時(shí)，人們可以任意控制其成分，從而可以設(shè)計(jì)與制造出各種用于傳感器的功能材料，例如控制半導(dǎo)體氧化物的成分，可以制造出各種氣體傳感器;光導(dǎo)纖維用于傳感器是傳感器功能材料的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn);有機(jī)材料作為功能材料，正引起國(guó)內(nèi)外汽車電子化專家的極大關(guān)注。