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汽车传感器发展综述

信息来源:uooqoo.com  时间:2011-04-02  浏览次数:261

  汽车传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一,本文简单介绍了国内汽车传感器的应用发展情况,主要介绍了汽车上几种主要的传感器,并对发展趋势进行了展望。
  一、汽车传感器市场规模大
  市场研究数据显示,2002年全球汽车传感器的市场规模为70.1亿美元,预计2005年将达到85.2亿美元,年平均增长率为6.7%;全球2002年汽车传感器的市场需求量为10.38亿只,预计2005年将达到12.83亿只,年平均增长率为7.3%。我国的汽车工业发展加快。估计2010年将达600万辆的生产能力,若每辆车用10只传感器,将需6000万套传感器及其配套变送器和仪表。
  我国现有汽车2000万辆,并且每年以5%以上的速度递增,但是目前“电喷”汽车还只占10%左右,国家规定停止“化油器”汽车的生产,新出厂的汽车要求全部安装“电喷”系统。上海联合汽车电子现在年产120万套“电喷”系统传感器,约4000~6000元/套,其中,汽车传感器占60%以上的产值。国内电喷系统应用传感器占系统的70%以上,ABS传感器的成本为50元左右,国内产量为100万套,产值为5000万元;安全气囊的传感器占系统成本的70%以上,安全气囊的传感器售价为2000元左右,需求量为100万套/年,则传感器的产值可达20亿元。
  二、汽车传感器举足轻重
  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。汽车传感器对温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。衡量现代高级轿车控制系统水平的关键就在于其传感器的数量和水平。当前,一辆国内普通家用轿车上大约安装了近百个传感器,而豪华轿车上的传感器数量多达200只。
  近年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统(MEMS)技术日渐成熟,利用这一技术可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器,这些传感器的体积和能耗小,可实现许多全新的功能,便于大批量和高精度生产,单件成本低,易构成大规模和多功能阵列,非常适合在汽车上应用。
  微型传感器的大规模应用将不仅限于发动机燃烧控制和安全气囊,在未来5~7年内,包括发动机运行管理、废气与空气质量控制、ABS、车辆动力的控制、自适应导航、车辆行驶安?全系统在内的应用,将为MEMS技术提供广阔的市场。
  三、国内汽车传感器生产水平低
  自20世纪80年代以来,国内汽车仪表行业引进国外的先进技术及与之相配套的传感器生产技术,基本满足了国内小批量、低水平车型的配套需求。由于起步较晚,还没有形成系列化、配套化,尚未形成独立的产业,仍然依附于汽车仪表企业。
  众多轿车、轻型车及部分载货车中采用新的电子产品,需要大批量、高水平的汽车传感器,但国内现有最高水平的汽车传感器产品比国外同类产品落后10多年,每年要进口50万套以上的高性能汽车传感器。
  许多传感器厂家为了增强产品的竞争力,采用与国外同行业进行合资经营的方式,消化吸收国外先进的传感器技术,使产品升级换代,从而逐步发展壮大,有的已成为几大“电喷”系统厂家的下游供应商。但绝大多数企业还只是配套生产其它车用传感器,处于利润少、产品单一、产品质量和技术水平低下的状况。
  伴随着国内汽车产量的迅速增长,今后几年国内汽车工业对传感器及其配套变速器和仪表的需求亦将大大增加,实现汽车传感器国产化势在必行。为适应这一形势,应重点开发新型压力、温度、流量、位移等传感器,尽快为汽车工业解决电喷系统、空调排污系统和自动驾驶系统所需的传感器是十分迫切的任务。汽车传感器对整车厂而言,是二级配套产品,必须以系统形式进入整车厂配套。一级系统配套商的实力关系到主机厂的品牌,所以必须建立系统平台,以系统带动传感器的发展。
  四、汽车上的主要传感器
  这里介绍汽车传感器的核心——发动机控制传感器和几种传感器新产品。
  1?发动机控制传感器
  发动机管理系统(简称EMS)其采用各种传感器,是整个汽车传感器的核心,种类很多,包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器将发动机吸入空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速等状况转换成电信号送入控制器,控制器将这些信息与储存信息比较、精确计算后输出控制信号。EMS不仅可以精确控制燃油供给量,以取代传统的化油器,而且可以控制点火提前角和怠速空气流量等,极大地提高了发动机的性能。
  通过喷油和点火的精确控制,可以降低污染物排放50%;如果采用氧传感器和三元催化转化器,在λ=1的一个狭小范围内可以降低排放达90%以上。在怠速调节范围内,由于采用了怠速调节器,怠速转速降低约l00r/min到150r/min,使油耗下降3%~4%。如果采用爆震控制,在满负荷范围内可提高发动机功率3%~5%,并可适应不同品质的燃油。
  2?胎压监测传感器
  胎压监测系统是在每一个轮框内安装微型压力传感器来测量轮胎的气压,并通过无线发射器将信息传到驾驶前方的监视器上。轮胎压力太低时,系统会自动发出警报,提醒驾驶员及时处理。这样不但可以确保汽车在行驶中的安全,还能保护胎面,延长轮胎使用寿命并达到省油的目的。
  上海世申信息技术有限责任公司推出的“灵泰”轮胎智能监测系统的特色在于每个轮胎上均装有车压传感器及无线发射系统,它们能够精确地测量轮胎的气压和温度并将这些信息通过无线信号传输到安装在车内的接收器上。该系统让您领略轮胎智能监测的卓越品质。本系统的微机电胎压压力传感器采用压电原理,并在传感器的控制上采用加密技术,从而也可提高汽车的安全附加值。
  根据美国汽车工程师学会统计,美国每年约有26万起交通事故是由于轮胎气压偏低或漏气造成的;而每年75%的轮胎故障是由于轮胎漏气或充气不足所引起的。由于上述的原因,美国立法规定新车必须安装轮胎压力监测系统。
  3?一氧化碳传感器
  车内空气污染对有车族的健康构成了新的威胁,这种威胁主要来自一氧化碳。随着有车族数量的快速增加,车内的空气质量开始受到关注。为此,深圳戴维莱传感技术有限公司开发出Prr-2一氧化碳传感器,专门用于保证车内空气质量安全。该传感器具有灵敏度高、抗干扰性强、功耗低(5mW)等特点,同时应用简单、使用寿命长,可以及时地监测车内空气质量。Pr-2一氧化碳传感器分为车内空调内外循环的自动切换系统和轿车用、客车用一氧化碳报警器。
  4?NOx净化的传感器
  目前全球对于氮氧化物(NOx)、粒子状物质(PM)等柴油车尾气的限制越来越严格。在日本国内,继2003年的新短期尾气排放限制标准之后,预定于2005年推出新长期尾气排放限制标准。要想应对这种限制,只改进柴油引擎的燃烧方式显然不够,因此后处理技术越来越受重视。选择还原催化剂(SCR)法是NOx净化技术之一,可以选择性地将尾气中的NOx吸附于催化剂,通过向催化剂喷射尿素,以还原反应将NOx分解成氮和水并排放。三井金属矿业开发的就是尿素SCR中需要的传感器,可检测SCR所需的尿素水的剂量是否合适。这种传感器对于还原剂使用尿素水的氮氧化物(NOx)净化装置必不可少。
  5?车辆防盗倾斜传感器
  富士通公司在2003年于日本横滨举行的“人与车科技展2003”上展出了车辆防盗用倾斜传感器。该传感器采用2轴加速度传感器,可及时发现盗窃时车辆被托起而导致的车辆倾斜,并发出警报。此加速度传感器由该公司自主开发,为静电容量式。英国保险协会2003年4月决定向安装防盗倾斜传感器的车辆提供优惠保险。类似的促销活动今后也将在车辆被盗案剧增的日本展开,估计倾斜传感器的市场需求将日趋旺盛。
  6?汽车油压传感器
  新型厚膜压阻式无触点汽车油压传感器,采用厚膜力敏技术(TFST)和表面微组装技术(SMT)制作,监测发动机润滑油压力,可实现机油低压力报警。已通过台架试验、型式试验和60000次耐久性试验,可直接替代现有双金属片滑线式YG2221G油压传感器。同现有滑线式油压传感器相比,具有精度高、无机械部件触点、可靠性高、寿命长、耐腐蚀、能同数字化仪表匹配、成本低,性能价格比高等特点。已获专利,拥有自主知识产权。
  五、汽车传感器的发展趋势
  随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛,汽车传感器市场需求将保持高速增长,微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器,成为汽车传感器的主流。
  微型传感器利用微机械加工技术,将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上,由于具有体积小、价格便宜、便于集成等特点,可以明显提高系统测试精度。当前,该技术逐步成熟,可以制作检测力学量、磁学量、热学量等各种微型传感器。
  多功能化是指一个传感器能检测两个或两个以上的特征参数或者化学参数,从而减少汽车传感器的数量,提高系统的可靠性。
  智能传感器是一种带微型计算机兼有检测、判断、信息处理等功能的传感器。与传统传感器相比,他具有很多特点。例如,他可以确定传感器工作状态,对测量资料进行修正,以便减少环境因素如温度引起的误差;用软件解决硬件难以解决的问题;完成资料计算与处理工作等等。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、污染厉害等)等问题造成的对汽车参数测量的影响。而且智能式传感器精度高、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。不少汽车大公司在该方面进行研制与开发,并取得了成就并加以应用。
  其技术的发展方向是开展基础研究,发现新现象,采用新原理,开发新材料,采用新工艺;扩大传感器的功能与应用范围。开发新材料是发展汽车传感器技术的一个重要方向。由于材料科学的进步,在制造各种材料时,人们可以任意控制其成分,从而可以设计与制造出各种用于传感器的功能材料,例如控制半导体氧化物的成分,可以制造出各种气体传感器;光导纤维用于传感器是传感器功能材料的一个重大发现;有机材料作为功能材料,正引起国内外汽车电子化专家的极大关注。
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