新型传感器和智能检测系统在汽车上的应用

于秩祥

（江苏建筑职业技术学院实验实训与职业技能管理中心，江苏 徐州 221116）

新型传感器和智能检测系统在汽车上的应用

于秩祥

（江苏建筑职业技术学院实验实训与职业技能管理中心，江苏 徐州 221116）

车用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和智能检测系统中的关键部件。根据车用传感与检测技术的发展，结合汽车发动机、底盘、车身和安全系统的特点，分析几种新型车用传感器和智能检测系统的结构、工作原理和实际应用。

汽车传感器；智能检测；应用

汽车电子控制系统由中央控制单元 （ECU）、传感器和执行器三大部分组成。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实现闭环控制的重要部件。汽车电子控制系统以电控单元为控制中心，利用安装在发动机、变速器、底盘、车身、舒适和安全等系统上的各种传感器，检测出汽车运行时各部件总成的运行参数，将其输入电控单元中，再按照控制单元中预存的控制程序精确地控制汽车上的各种执行器，满足汽车在各种工况下都能正常行驶，使汽车各总成部件运行处于最佳状态。另外，智能检测系统利用各类传感器在汽车行驶时监控周围状况，使汽车安全性有了较大的提高。

1 汽车传感器的特点

汽车传感技术是随着汽车电子的发展而发展起来的一种技术。汽车传感器是汽车电子控制系统的输入装置，它把汽车运行过程中的各种工况信息 （如动力总成运行参数、底盘部件运转参数、车身和舒适系统运行参数等）转化成电信号输送给中央控制单元，使汽车处于最佳运行状态。汽车传感器可对温度、压力、位置、转速、加速度、流量、湿度、电磁、光电、气体、振动、图像等信息，进行实时、有效而准确的测量和控制。由于汽车行驶环境中温度和气候条件差别极大，因此要求传感器具有极强的适应能力，能在-50~150℃ （个别传感器可在1 000℃以内）的环境中正常工作；同时，汽车传感器还要经受来自发动机内部、电器部件工作时的各种干扰，能防止酸、碱、盐、油等物质的腐蚀，以及行驶过程中的路况引起的振动。因此，汽车对传感器的要求极为苛刻，汽车传感器必须具有稳定好、精度高、响应快、可靠性好、抗干扰和抗震能力强、使用寿命长等特点。

2 新型传感器在汽车上的应用

1）多功能型进气管传感器 在电控柴油发动机的进气管上采用了组合型的传感器 （即压敏电阻式传感器），测量柴油机进气管压力的情况，同时在一个壳体内还封装了NTC型进气温度传感器，如图1a所示。因此，实现用一个多功能型传感器进行多种参数 （进气压力和进气温度）的测量，以达到结构紧凑、降低质量和使用方便的目的。图1b为压力传感器的特性曲线，即其输出电压随压力变化的关系。进气温度传感器的特性如图1c所示，即输出电阻随温度变化的关系。

2）微型压力传感器 随着微电子 （MEMS）技术的进步，汽车用的传感器体积做得越来越小，功能也越来越智能化 （图2a）。微电子技术和集成化技术的压力传感器是将检测单元和处理电路直接集成在一个传感器芯片中。图2b为不同测量范围的传感器及其相应的测量方法，其共同特点是先将被测压力转换为敏感材料的变形，再利用应变片将敏感材料的变形转换为电阻的变化，然后利用以电桥为基础的放大电路、温度补偿和校正电路，最后得到被测压力值。

3 智能检测系统在汽车上的应用

1）碰撞缓解系统 碰撞缓解系统又称防止追尾系统。以奔驰公司的预防性安全为例，主要装配在奔驰E级和S级轿车上。该系统是依靠车头传感器、中央后视镜背面的摄像头、转向角度传感器、横向加速度传感器和车速传感器共同采集信号，再由系统融合各个数据，从而评估车辆与前车发生危险的程度，随后便发出信号使车辆自动制动。当车辆时速在30 km／h以下时，系统会使车辆实施全力制动，避免发生碰撞；时速30 km／h以上时，系统只施加部分制动力，降低车辆速度。这套系统还可以实现在紧急情况下与安全带预紧等功能联动，保证驾驶员的安全。

如图3所示，系统集成了主动预防车前方碰撞的功能，在检测即将发生碰撞时，制动系统可以自动施加最大-0.4 g的加速度，确保将损失最小化。此时系统已经可以在碰撞前0.6 s时 （这个时间值是系统根据前后车的相对速度和间距计算所得的），使自动制动的力度达到最大值。

2）红外夜视系统 红外夜视系统属于汽车上主动安全系统的一个组成部分。红外夜视系统是利用红外图像传感器和红外灯，在黑暗的光线条件下实现视频监控的，采用主动红外摄像技术来实施检测。主动红外图像技术，即利用红外灯来实现红外辐射，发出人眼看不见的红外光去照射景物和环境，即可使用普通低照度CCD黑白摄像机或红外低照度彩色图像传感器去检测周围景物反射回来的红外光，从而实现夜视功能。

例如，德尔福公司主动安全系统中的红外夜视系统应用在红旗H7轿车上，如图4所示。红外夜视系统依靠集成在前照灯内的近红外光源，照射车辆前方22°的扇形区域，前照灯发射出不可见红外线，当红外线遇到障碍后会反射回来，反射回来的红外线被特制摄像头接收，由摄像头收集图像进行光谱分析，车内仪表板的显示屏会显示更清晰的前方影像。同时，利用该功能可以避免因会车时，对方车辆远光灯给驾驶员的眼睛造成 “炫目”，减少交通事故。

4 结语

新型传感器和智能检测系统在汽车上的综合应用，体现了汽车电子制造技术和传感检测技术的快速发展，使汽车的结构和性能得到了显著改变，有利于汽车向轻量化、智能化和多功能化方向发展。同时，优化了汽车动力系统、底盘控制系统、舒适系统和安全系统，使各个系统通过总线技术相互协调，保证汽车在各种运行工况下处于最佳工况，在汽车行驶中实时检测汽车的运行状态，保证了汽车安全可靠地运行，降低了汽车燃油消耗，提高了汽车安全性。

［1］ （德） Robert Bosch.博世汽车工程手册 （第3版）［M］.北京：北京理工大学出版社，2008.

［2］董辉.汽车用传感器［M］.北京：北京理工大学出版社，2007.

［3］王绍銧，李建秋，夏群生.汽车电子学［M］.北京：清华大学出版社，2011.

［4］于秩祥.汽车传感器原理与应用［M］.长春：吉林人民出版社，2013.

［5］于秩祥，张建新，秦雪.传感器在汽车上的综合应用分析［J］.安徽电子信息职业技术学院学报，2013（5）：4-8.

（编辑 杨 景）

Application of New Types of Sensor and Intelligent Detection System in Automobiles

YU Zhi-xiang
（Jiangsu Jianzhu Institute， Xuzhou 221116， China）

As an information source of automotive electronic control system， the sensor is a key component in automotive electronic control system and intelligent detection system.According to the development of vehicle sensor and intelligent detection technology， the structures， operational principles and practical applications of several new types of sensor and intelligent detection system are analyzed here.

vehicle sensor； intelligent detection； application

U463.6

B

1003－8639（2014）04－0058－03

2013-07-22；

2013-10-31

于秩祥 （1983-），男，吉林通化人，实验师，主要从事汽车和工程机械理论和实践教学、发动机检测和性能分析。