新型传感器在汽车中的应用与发展

张俊杰

摘 要：现阶段，在C-NCAP汽车碰撞测试与国Ⅵ汽车排放标准全面普及施行的背景下，汽车技术迅速向电气化、智能化、网络化和人性化发展，汽车行业和交通运输业正迎来新的创新浪潮。正是得益于新型传感器的研发推广与科学应用，汽车产业才得以创新发展。因此本文对传感器在现在汽车产业中的应用进行概述，并着重介绍当前市场中较为先进的车用传感器，分析汽车传感器在今后的发展趋势。

关键词：智能汽车;传感器;应用与发展

一、传感器概述

传感器的主要组成部分有敏感元件和转换元件，其工作原理为：通过敏感元件感受被测量信号的数据变化，并按照一定规律将被测信号转化为电信号。传感器的作用为：利用生物、物理或化学效应，将被测量对象的生物量、物理量、化学量转化为电能。根据传递信号及种类的差异，传感器又可分为以下三种类型：动力控制系统、安全管控系统、舒适调节系统，而动力系统是现阶段应用市场最为广泛、最具代表性的传感系统。

传感器因其使用方式及功能特征，故又被称为“电五官”，对特定设备运行的监测及自动化设备的控制具有关键性的作用。其应用涵盖汽车电子产品、电子通信产品、机械制造加工与工业化生产过程等众多领域。目前全球市场上被使用的传感器种类已达到3.5万余种，并仍在以持续稳定的速度不断增长，其中汽车市场所应用的传感器种类及数量增幅最为明显。世界上各个工业大国都致力于传感器技术的研发与制造，每年涌现出的大量新型传感器都引领着技术日新月异地发展。

二、新型传感器在汽车产业中的應用

目前用于汽车的传感器已多达300余种，并被广泛应用于汽车运行系统的状态监测，具体如冷却液温度、机油温度、进气压力、行车速度、活塞位置、曲轴转速等等。传感器将上述被测项目的数据变化转化为标准的电信号并传输至车载电脑进行算法分析，最终在电信号的比对结果中判断汽车的运行状态。现如今，随着人们不断提高对出行安全、舒适、高效的要求，越来越多的高科技产物——传感器被应用于汽车上，以满足人们对于汽车的需求。

（一）激光传感器用于车辆限高检测

在不断发展的现代城市交通网络中，各类交通设施与日俱增，为城市间的沟通往来提供极大便利的同时，也难以避免地带来一些隐患，如城市交通枢纽、互通、天桥等复杂道路结构，使得道路安全难以保障。对此，交管部门在一些特定路段设置限高标志来进行防范，虽在一定程度上提升了出行的安全性，但由超高车辆意外闯杆造成的大型交通事故仍时有发生，而基于电子激光传感器的车辆限高检测系统则应运而生。

车辆限高检测系统通过激光传感器在道路口预先检测车辆高度，同时传输至数据中心与道路运行状态进行比对，使交管部门及时了解道路流量与通行车辆信息。

（二）3D视觉传感器用于“无人驾驶车”

近年来，汽车的自动化水平及智能化程度不断提高，汽车驾驶也逐渐向自动化、无人化发展，车辆的无人驾驶需要经过道路环境感知、行车计算分析、行驶控制执行、车机交互反馈等一系列程序，而上述技术都建立在汽车的视觉传感器之上。

事实上，早在2018年3月，东莞的一家科技公司已将3D视觉传感器研发成功并搭载于量产车中进行实际使用。3D视觉传感器首次应用于交通运输车辆中，通过传感器与智能芯片的协同处理，使自动导引运输车具备自动定位、识别动作、规划路线、躲避障碍等多项高效精准的自动化功能。3D视觉传感与现有的激光雷达形成良好的协同辅助功能，为自动化工具车提供视觉影像，使“无人驾驶车”变得聪明可靠。

（三）雷达用于传递空间感知

雷达在现代汽车中被广泛应用于距离与速度的测量。其工作原理为：雷达在向一定区域发射声波或者电磁波后，目标物体阻挡并产生回波，通过计算声波发射与反射接收的时间可获得目标物体的距离、距离变化率（径向速度）、形状尺寸、所处方位等信息。在设计之初，雷达最先被广泛应用于军事中，后来逐渐民用化。随着汽车不断加快向智能化发展的趋势，雷达开始装载在汽车上，使汽车具备测量前车距离、速度等功能。根据测量载体与精度的不同，汽车雷达又细分为毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达等，其功能各有不同。

毫米波雷达

毫米波雷达的优点众多，应用广泛，被作为ADAS的核心传感器。波长在1mm到10mm之间的电磁波被成为毫米波，该波长介于厘米波和光波之间，换算成频率后，毫米波的频率处于30GHz～300GHz。毫米波同时具备微波制导和光电制导的优点，因此在实际使用中，毫米波雷达可以有效弥补如激光、超声波、红外光、摄像头等其他传感器在车载应用中所不具备的使用场景。此外，毫米波雷达在行车时的探测精度较高，可测量出较远距离内车辆的速度、加速度、距离等行驶情况，相较激光有更强的穿透性，能够轻松地穿透保险杠上的塑料，因此常被安装在汽车的保险杠内。

三、汽车传感器的发展趋势

未来汽车发展被寄予零油耗、零排放、零堵塞、零事故、零操作等希望，而这些规划布局都需要借助于汽车传感器的进步与迭代，因此传感器的发展趋势也决定了汽车的未来。

（一）提升驾乘舒适性

随着人民生活水平的不断提高与现代技术的不断发展，汽车的驾乘舒适性和便捷性不断提升，除了基于现有传感器实现的自动分区空调、自动大灯、座椅调节、自适应悬挂、自动雨刷和车内氛围灯外，定速巡航、车机交互、环境感知、空气净化、L2级自动驾驶等各类新应用大量涌现，直接推动了车速传感器、雨量传感器、灯光传感器、罗盘传感器、红外报警传感器等的发展。这类传感器随着汽车人性化发展需求的不断提升，具备很大的发展潜力。

（二）注重节能减排

发动机作为汽车的“心脏”，分布着温度传感器、流量传感器、曲轴位置传感器、油门踏板位置传感器等大量传感器，电子控制单元通过传感器提供的数据对发动机的各项情况进行实时监控与准确控制，最终实现发动机动力性、可维护性的提升，并降低油耗和减轻排放。

四、结束语：

汽车在未来发展中电气化、智能化、网络化和人性化的趋势很大程度上需要借助传感器来实现，因此汽车传感器的发展也影响着汽车的未来。随着传感器的持续发展，汽车的环境感知能力也在稳步提升，相信在不久的将来，智能汽车便能走进我们的生活，为出行的安全性、舒适性、可靠性和环保性提供保障。