浅谈智能传感器在汽车电子中的应用

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摘要：世界各国都在车用传感器硬件的基础上，努力用软件来解决汽车电气干扰大、环境差、温度高、温度梯度大、污染等问题造成的对汽车参数测量的影响。智能传感器精度高、量程覆盖范围大、输出信号大、信噪比高、抗干扰性能好，有的还带有自检功能，在汽车中应用也越来越广泛。 

关键词：智能传感器 汽车电子 传感器  0 引言  在信息社会的今天，人们对信息的提取、处理、传输以及综合等要求愈加迫切，传感器作为信息提取的功能器件，在国防、科技、工业、农业以及生活各个领域占有重要地位和作用，传感器技术的开发和应用水平已经成为代表一个国家工业发展的标志之一。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。应用于汽车上的传感器有很多种，目前主要有：温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器以及速度、加速度传感器等等。  1 智能化传感器概述  智能传感器是装有微处理器的、能够执行信息处理和信息存储、还能进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。智能传感器是传感器集成化与微处理器结合的新一代电子器件，具有自动补偿、自动校准、自动诊断、数据处理、通信等功能。智能传感器能对信息进行处理、分析和调节，能对所测量数值及其误差进行补偿，能借助软件对非线性信号进行线性化处理，还能利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿。  对于汽车电子器件而言，大多元件处于非常恶劣的运行环境中，而且各不相同。诸如工作状态时的高温、停车等待时的低温、电磁干扰以及高速运动是的风噪和高强度的冲击等。所以要求电子元器件和电路要有高稳定、对环境的自适应、自补偿调整的能力。  智能传感器与普通传感器相比测量的数据更加准确，这是由于它对测量的数据量可进行修正，这样就减少了环境因素，例如温度、湿度、风噪等的影响。它的最大优点在于能够充分感知驾驶员和乘客的状况、交通设施以及周边环境的信息，能够判断驾驶员和乘客是否处于最佳状态、车辆和人是否会发生危险，并及时采取相应措施。它的不同之处就在于是利用软件来解决问题的，而这些问题又是普通的传感器中硬件难以解决的问题。  2 智能传感器在汽车电子中的应用  2.1 汽车制动系统  对于汽车必须具有平稳、安全驾驶的考虑，汽车制动系统尤为关键。汽车防抱死制动系统(anti lock break system；abs)，控制防止汽车制动时车轮的抱死，保证车轮与地面之间达到最佳滑动率(5％-20％)。这样汽车无论在何种路面上制动时，自动调节作用在车轮上的制动力矩，轮胎与地面之间都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数，从而可以保证车辆制动时不会发生车轮抱死抱滑、失去转向能力等不安全的情况，减小制动距离，提高了汽车的操控稳定性和安全性。防抱制动传感器，它主要是通过利用车轮角速度传感器,检测车轮转速,在各车轮的滑移率为20%时对制动油压进行控制，改善其制动性能,达到确保车辆的操控性和稳定性的目的。为了提升汽车的安全性和稳定性，大都已增设电子刹车自动分配系统（electronic braking-pressure distribution；ebd），可明显提高阴、雨、雪等天气路况不佳时驾驶的稳定性。一些高档车还进一步加装了紧急刹车辅助系统（electronic brake assistance；eba），该系统在发生紧急情况时，自动检测驾驶者踩刹车踏板时的速度和力度，并判断紧急刹车的力度是否足够，一旦需要就会自动增大刹车力度及强化性能，从而降低事故发生的可能性。  2.2 安全气囊  安全气囊触发系统用微加速或微惯性传感器来监控及量测，还包括电压转换电路、单片机及有线通信协议，加速度传感器类型众多，可覆盖x、y、z轴方向，这些传感器可以扩展到真个汽车周围以及探测碰撞。它在关键时刻必须要能实时、正确地瞬间打开，以维护驾驶员及乘客的人身安全，但在极大多数时间内气囊是处在待命状态，因此，安全气囊的ecu必须具有自动检测、自我维护能力，不断确认气囊系统的可正常运作的可靠性，确保气囊在瞬间动作时能达到保护驾驶员及乘客的效果。  2.3 胎压监测系统  汽车在高速路上行驶时，轮胎故障是所有驾驶员最为担心和最难预防的，也是突发性事故的重要原因之一。保持标准的车胎气行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键，而大多数驾车者并不经常进行轮胎气压检测，只是用肉眼观察或用脚踢轮胎来分析判断轮胎的压力，并不能提前发现轮胎隐患。汽车轮胎胎压监测系统（tire pressure monitoring systern，tpms），可以实时地对轮胎气压进行自动监测，当检测出轮胎漏气或气压过低  时，可用声音或者图像的形式发出警报，从而保障行车安  全。  此系统主要有间接式tmps和直接式tmps两种类型。间接式tpms的原理是，比较通过传感器所得到的abs系统的轮速和实际轮胎转速的区别，通过数据比对，可以得知轮胎气压的状况，从而达到监测轮胎气压的目的，这种类型的主要缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气的情况或车速度超过100km/h时的情况进行判断。直接式tpms的原理是，利用安装在每一个轮胎气嘴上的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并将测量得到的信号通过高频无线电波(rf)发射出去，当中央监视器接收到远程轮胎气压监视模块发射的信号后，经过一系列的分析和处理判断出当前胎压的情况。当轮胎气压太低或有渗漏时，蜂鸣器就会发出报警声，仪表盘上的数字或者光电信号显示故障轮胎的位置，提醒驾驶员采取一定的处理措施。  2.4 酒精检测系统  酒精传感器是利用含酒精成分的气体在金属氧化物半导体（主要是二氧化锡sno2）表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值发生变化的原理制成。将酒精传感器、转换电路及信号处理电路等全部安装在方向盘内，表面留有部分小孔，一旦驾驶员呼出的气体中含有酒精，酒精传感器就可检测出空气中含有酒精成分，还可以测量元件阻值变化的大小可得到酒精的浓度，根据浓度的不同还可发出不同等级的安全警报，从而避免酒后驾驶，减小交通事故发生的可能性。  2.5 汽车感官品质的提升  现代汽车的配置和设计越来越人性化，注重提高驾驶者驾驶安全性、舒适性及方便性。  根据驾驶者驾驶习惯、身高与体重，运用位置传感器与控制电路，可以将座椅、后视镜调整到驾驶者最合适的状态并保存，还能兼顾驾驶的最佳行车视野。当汽车通过隧道或光强度发生明显变化的时候，通过光传感器可自动打开或关闭车灯。运用雨滴和除雾传感器，自动控制前、后雨刮自动工作。通过各种智能传感器，大大的提升了驾驶汽车的舒适性便利性。  3 传感器在汽车电子中的发展趋势  现代汽车的车用传感器发展趋势应朝多功能化、模块化、智能化、微型化、网络化方向发展。现在几乎所有汽车上的机械部件都受到电路单元的控制，但因为车体内空间狭小，控制组件系统在空间上受到很大限制，在未来的发展趋势是，受控部件与电子控制单元更紧密结合在一起，而逐渐形成一个整体。随着电子设备在汽车上越来越多的应用，各种电子设备间的数据通信变得更加频繁，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是十分必要的，大量数据的快速交换、高可靠性、抗电磁干扰及低成本是对汽车电子网络系统的要求，在该系统中，各子系统独立运行控制汽车某一方面的性能，同时在其它子系统需要时提供数据服务。  智能传感器是智能执行器、智能变送器和它的部分或全部处理器件、处理电路集成在一个芯片上的器件。具有一定的仿生能力，如模糊逻辑运算、主动鉴别环境，自动调整和补偿适应环境的能力，自诊断、自维护等；还可对采集的数据进行处理、存储、数据之间相互通信等。技术产业界普遍认为，它们的开发成功和投入实际应用将对工业技术和生活质量产生深远的影响。