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車用傳感器發(fā)展驅(qū)動(dòng)力及趨勢(shì)

作者: 時(shí)間:2011-03-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
一直以來,技術(shù)就被廣泛地應(yīng)用在日常信息、通訊、汽車、醫(yī)療等外圍精密設(shè)備上,其中又以汽車工業(yè)作為車用產(chǎn)品最為突出,一般使用在車上的是以行車計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為輸入裝置,它將汽車運(yùn)行中各種工作狀況信息,包括:車速、車況及各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工作狀況及路面信息等,轉(zhuǎn)化成電訊號(hào)輸給計(jì)算機(jī),以便發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)、排放廢氣污染為最小,及車身穩(wěn)定控制使行車最安全,是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組件,也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究主要核心。

1、車用傳感器發(fā)展的主要因素——安全與舒適

根據(jù)市場調(diào)研公司BCC研究報(bào)告指出,2005年全球車用傳感器產(chǎn)值為105億美元,預(yù)計(jì)到2010年將提高至142億美元,年平均成長率為6.1%。最早車上傳感器主要是用在引擎或是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等行駛狀態(tài)監(jiān)測(cè),主要有氧氣、流體、溫度、地壓與電流等傳感器。


圖1 車用傳感器主要應(yīng)用類別
(速度、氧氣傳感器、壓力與加速度傳感器、空氣質(zhì)量、濕度傳感器)

隨著汽車市場對(duì)于駕駛安全、舒適性及操控性等要求持續(xù)提升,對(duì)分散在負(fù)責(zé)安全、舒適與環(huán)保等各個(gè)車用次系統(tǒng)的要求也越來越高,以提升安全功能的各式傳感器,占了整體傳感器數(shù)量的50%以上,年平均增長率最高,達(dá)到了13.7%,因此從汽車安全角度來看,傳感器應(yīng)用是極為關(guān)鍵性的電子組件。

其次便是車用動(dòng)力傳感器,包括,速度與氧氣傳感器增長率為6.7%、壓力與加速度傳感器為5.7%、空氣流量、溫度與其它傳感器增長率約為4.6%,年增長率約為6.2%;在所有傳感器組件中,則以速度與氧氣傳感器產(chǎn)值最高,預(yù)估將從2005年的62億美元提升至2010年的86億美元。


圖2 2003-2010(F)全球車用感測(cè)器市場評(píng)估

另外,在車用影像傳感器方面,根據(jù)iSuppli統(tǒng)計(jì),車用CCD(CMOS) 影像傳感器在整個(gè)傳感器市場中,僅有1%左右市場占有率。但預(yù)期至2007年時(shí),復(fù)合增長率將會(huì)超過40%,總銷售量也會(huì)超過1,100萬顆,未來每輛汽車上至少會(huì)裝配5至10個(gè)影像傳感器,若以一部汽車裝備10個(gè)影像傳感器,車用影像傳感器市場規(guī)模高達(dá)16億美元。

2、降低事故發(fā)生率

汽車安全發(fā)展至今,其終極目標(biāo)就是降低事故發(fā)生率,而這也是車用傳感器發(fā)展以來最重大的指標(biāo)之一。一般人向前的視野約略超過180度,不過,車上的三面后視鏡總計(jì)不過是40-50度的后照視野,更不要說大型車輛所能提供駕駛者的可視范圍;因此,車輛后方、側(cè)邊等死角也是造成意外擦撞的主要原因。

經(jīng)美國汽車安全的研究報(bào)告數(shù)據(jù)指出,在北美汽車零件市場中,后視鏡每年銷售金額保守估計(jì)超過2.5億美元,換句話說每年美國車主替換數(shù)以百萬計(jì)的后視鏡,或在車子各個(gè)部位加裝新的后視鏡,來改進(jìn)汽車后方可視范圍。

不過,汽車后方視野盲點(diǎn)的產(chǎn)生原因很多,可能是因?yàn)楹笠曠R角度調(diào)整不正確,或是汽車結(jié)構(gòu)上有遮住駕駛員視野的后車柱,又或者是搭載大件行李遮住駕駛員向后方的視野。

此外目前汽車外型設(shè)計(jì)潮流走向高腰線,每部新發(fā)表的汽車外型門側(cè)車窗都更高了一些,駕駛員的視野也越來越被侵犯,而盲點(diǎn)偵測(cè)設(shè)備的需要似乎也越來越大。

因此,目前已有許多感測(cè)技術(shù),甚至是雷達(dá)技術(shù)都已實(shí)際被應(yīng)用在汽車上,藉以提升汽車駕駛的安全性,而眾多傳感器技術(shù)中,若能找到最可靠的感測(cè)技術(shù),是不會(huì)受到光線明亮昏暗,或濃霧、下雨、下雪等天氣狀況,乃至于空氣污染、灰塵等環(huán)境狀況的影響。

3、車用傳感器在汽車上主要應(yīng)用

3.1 剎車系統(tǒng)

基于汽車必須具有平穩(wěn)、安全駕駛的考量,以車輛剎車系統(tǒng)為例,針對(duì)汽車四個(gè)輪子的操控上,除了運(yùn)用大量位置、位移和壓力傳感器并普遍安裝了防爆沖死鎖剎車系統(tǒng)(Anti Lock Break System;ABS)外,包括國產(chǎn)車在內(nèi),大都已增設(shè)電子剎車自動(dòng)分配系統(tǒng)(Electronic Braking-pressure Distribution;EBD),可大幅提升陰雨氣候、雪等天氣路況不佳時(shí)駕駛的穩(wěn)定性。

目前,高檔車款進(jìn)一步加裝了緊急剎車輔助系統(tǒng)(Electronic Brake Assistance;EBA),該系統(tǒng)在發(fā)生緊急情況時(shí),自動(dòng)檢測(cè)駕駛者踩剎車踏板時(shí)的速度和力度,并判斷緊急剎車的力度是否足夠,一旦需要就會(huì)自動(dòng)增大剎車力度及強(qiáng)化性能。

3.2 開車舒適、方便是駕駛者最大的駕車樂趣

許多高級(jí)及豪華車款的配備及設(shè)備都趨于人性化,不但彰顯其身份地位象征,另一方面也提高駕駛者駕駛安全性、舒適性及方便性。比方說:搭配駕駛者駕駛習(xí)性、身高與體重,運(yùn)用位移傳感器與微閥控制,可以將座椅、后視鏡調(diào)整到駕駛者最舒適的狀態(tài)并加以紀(jì)錄,還能顧及到駕駛的最佳行車視野。

另外,還可運(yùn)用影像、距離、超聲波或激光傳感器,再經(jīng)由顯示、警示等設(shè)備告知路面車行信息,以利駕駛者降低盲區(qū)及視野死角,保持最佳車距及便于路邊停車控制及倒車動(dòng)作。

在乘坐舒適性方面,也可應(yīng)用溫度、濕度、風(fēng)量及日照等傳感器,可自動(dòng)控制空調(diào)系統(tǒng),在車內(nèi)維持舒適恒溫系統(tǒng),及運(yùn)用光度傳感器可使車燈亮度自動(dòng)控制,還能運(yùn)用雨滴及除霧傳感器可自動(dòng)控制前、后擋風(fēng)玻璃雨刷自動(dòng)運(yùn)作。

3.3 自動(dòng)檢測(cè)、自我維護(hù) 時(shí)時(shí)確保安全氣囊可靠性

安全氣囊運(yùn)用微加速或微慣性傳感器來監(jiān)控及量測(cè),它在關(guān)鍵時(shí)刻必須要能實(shí)時(shí)、正確地瞬間打開,以維護(hù)乘客安全,但在極大多數(shù)時(shí)間內(nèi)氣囊是處在待命狀態(tài),因此,安全氣囊的ECU 必須具有自動(dòng)檢測(cè)、自我維護(hù)能力,不斷確認(rèn)氣囊系統(tǒng)的可正常運(yùn)作的可靠性,確保氣囊在瞬間動(dòng)作時(shí)能達(dá)到保護(hù)駕駛員的效果。

3.4 車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的智能監(jiān)控應(yīng)用

新的車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(on-board computer)能夠?qū)ζ噷?shí)施監(jiān)控,就像是飛機(jī)上的飛行記錄器一樣。在實(shí)際安裝后,系統(tǒng)內(nèi)配備的加速感應(yīng)器和回轉(zhuǎn)感應(yīng)器,可以監(jiān)控汽車的速度、安全帶的使用狀況及由于汽車急轉(zhuǎn)彎、緊急剎車、行駛不穩(wěn)定、異常減速和不安全倒車等原因造成的超重力行駛,只要汽車在不安全狀態(tài)下行駛,例如:出現(xiàn)超速駕駛、超重力行駛、沒扣安全帶等狀況,記錄器便會(huì)向駕駛者發(fā)出警示聲響,如果駕駛者對(duì)警示置之不理,則警報(bào)便會(huì)一直重復(fù)下去,直到進(jìn)入安全行駛狀態(tài),可為駕駛者提供指導(dǎo)和預(yù)警等功能。

3.5 促進(jìn)燃料系統(tǒng)達(dá)到省油、低污染及高效能

一般來說,車用電子系統(tǒng)系是由各個(gè)電子控制單元所組成,不但具有自我操控能力,同時(shí)又有協(xié)調(diào)整合功能使車上各個(gè)子系統(tǒng)達(dá)到最佳工作效率。以燃料系統(tǒng)為例,為使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài),從運(yùn)用流量傳感器量測(cè)吸入汽缸的空氣流量、壓力傳感器量測(cè)進(jìn)氣壓力開始。

再根據(jù)水溫、空氣溫度等工作環(huán)境參數(shù)(運(yùn)用溫度傳感器)計(jì)算出基本噴油量,同時(shí)再通過節(jié)氣門位置傳感器檢測(cè)節(jié)氣門的開度,確定發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài),進(jìn)而控制,調(diào)整最佳噴油量,最后還需要通過曲軸的角速度傳感器監(jiān)測(cè)曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,另運(yùn)用爆震感測(cè)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和燃燒噪聲等訊號(hào),最終計(jì)算出并發(fā)出最佳點(diǎn)火時(shí)機(jī)的指令。

這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)和點(diǎn)火綜合控制系統(tǒng)還可以結(jié)合氣體濃度傳感器來監(jiān)控系統(tǒng)廢氣排放,并與起動(dòng)系統(tǒng)等組合,構(gòu)成可使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)馬力和扭力最佳化,而同時(shí)燃油消耗和廢氣排放最低化的智能型系統(tǒng)。

3.6 自動(dòng)監(jiān)控、調(diào)整及回饋訊息的車用感測(cè)產(chǎn)品

車上各式各樣功能組件都有其操控性、運(yùn)動(dòng)特性,對(duì)車用電子產(chǎn)品而言,絕大時(shí)期都處在復(fù)雜的行車環(huán)境中,而且各不相同。諸如工作狀態(tài)時(shí)的高溫,靜止待命時(shí)的低溫,高濃度的油蒸汽和活性(毒性)氣體,及高速運(yùn)動(dòng)和高強(qiáng)度的沖擊和振動(dòng)等。因此,車上的電子組件及電路必須兼具穩(wěn)定度、抗環(huán)境和自動(dòng)調(diào)整、監(jiān)控及回饋故障碼的能力。

4、毫米波雷達(dá)、夜視感測(cè)系統(tǒng)納入行駛安全行列

在汽車儀表板上多了一個(gè)在電影里??吹降睦走_(dá)屏幕,后方不斷有小光點(diǎn)閃爍;其實(shí)不然,車上訊息顯示方式和避免提供駕駛員過多不重要的訊息,也是設(shè)計(jì)上的重點(diǎn)。

所謂“車用雷達(dá)技術(shù)”,簡單地說,就是將一種

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