汽車車身電子控制系統(tǒng)傳感器的應(yīng)用

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摘要：隨著汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，先進(jìn)的電子控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車中。傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)中一個不可或缺的信息源，自然也不容忽視。本文就傳感器在汽車車身電子控制系統(tǒng)中的幾個典型應(yīng)用進(jìn)行了簡單分析。

關(guān)鍵詞：汽車；電子控制系統(tǒng)；傳感器

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，汽車已從最初的生產(chǎn)運(yùn)輸交通工具，逐漸普及為人們?nèi)粘Ｉ畛鲂械拇焦ぞ?。汽車為我們帶來高速、安全、舒適的駕駛體驗(yàn)，很大程度上得益于汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展。目前，先進(jìn)的電子控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車中，使得汽車操作更為簡單便捷、經(jīng)濟(jì)環(huán)保。其中，傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)中不可或缺的信息源，自然不容忽視。

一、汽車車身電子控制系統(tǒng)

汽車電子控制系統(tǒng)是以信息技術(shù)和電子技術(shù)為基礎(chǔ)，以提高汽車整車性能為目的，對汽車各機(jī)械總成、零部件進(jìn)行工況信號數(shù)據(jù)采集、分析運(yùn)算，最終按其控制要求進(jìn)行調(diào)控處理的系統(tǒng)。根據(jù)汽車的總體結(jié)構(gòu)，汽車電子控制系統(tǒng)可分為發(fā)動機(jī)、變速器、底盤和車身電子控制系統(tǒng)四大類。汽車車身電子控制系統(tǒng)，主要用于改善汽車行駛的安全性、方便性以及乘坐的舒適性、娛樂性等性能。它主要包括安全氣囊系統(tǒng)（SRS）、安全帶張緊控制系統(tǒng)（STTS）、中央門鎖控制系統(tǒng)（CLCS）、車輛保安系統(tǒng)（VESS）、前照燈控制與清洗系統(tǒng)（HAW）、刮水器與清洗器控制系統(tǒng)（WWCS）和座椅位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)（SAMS）、自動空調(diào)系統(tǒng)（ACS）、車載電話（CPH）、主動避撞系統(tǒng)和倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)（PWS）等。隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和5G技術(shù)的發(fā)展，汽車車身電子控制系統(tǒng)還可用于和社會資源聯(lián)結(jié)，將大量計(jì)算機(jī)、傳感器與交通管理服務(wù)系統(tǒng)聯(lián)結(jié)在一起。

二、傳感器

汽車電子控制系統(tǒng)主要由傳感器、控制單元和執(zhí)行器三部分組成。傳感器是汽車電控系統(tǒng)的信號采集輸入和部分轉(zhuǎn)化裝置，安裝在要監(jiān)控的汽車零部件上。傳感器（英文Sensor），按照中國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T7665-2005）定義為能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件和裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器起源于仿生研究，其結(jié)構(gòu)類型眾多，工作原理五花八門。它可以感知到物質(zhì)的物理、化學(xué)和生物特性，可將諸如位移、力、溫度、濕度、速度等非電量信號轉(zhuǎn)換成電壓、電流、頻率、電荷、電容、電阻等電量，便于傳輸處理?，F(xiàn)代車用傳感器有開關(guān)脈沖量和連續(xù)模擬量兩種，應(yīng)用時可根據(jù)監(jiān)控參數(shù)及要求選用。一般來說，汽車裝備的傳感器越多，則車輛的控制內(nèi)容越多，車輛的檔次也就越高。目前，一輛簡單基本配置的普通家用轎車至少擁有幾十個傳感器，而高檔豪華配置的轎車所使用的傳感器數(shù)量可多達(dá)數(shù)百個，遍及汽車發(fā)動機(jī)、底盤、變速箱、車身等各個部件。

三、傳感器在汽車車身電子控制技術(shù)中的應(yīng)用

（一）安全氣囊系統(tǒng)（SupplementalInflatableRestraintSystem,SRS）當(dāng)汽車遭受碰撞導(dǎo)致車速急劇變化時，安全氣囊系統(tǒng)能根據(jù)傳感器采集的信號迅速觸發(fā)安全氣囊膨脹，避免車內(nèi)乘員直接碰撞到車內(nèi)構(gòu)件而造成嚴(yán)重傷害。安全氣囊系統(tǒng)有多個傳感器，如碰撞傳感器、保險(xiǎn)傳感器等，主要分布在汽車前半部。碰撞傳感器可以感知車輛發(fā)生高速碰撞時突然減速的信號，將其檢測出的碰撞減速度送入ECU，用以判定是否發(fā)生碰撞。碰撞傳感器根據(jù)安裝位置的不同可分為前碰撞傳感器和中央碰撞傳感器。前碰撞傳感器常用的是機(jī)電式傳感器，類型有滾軸式、滾球式和偏心錘式（偏心錘式碰撞傳感器工作原理見圖1）。中央碰撞傳感器主要是壓電式、壓阻式等電子式傳感器，分別利用半導(dǎo)體的壓電效應(yīng)和壓阻效應(yīng)制成。中央碰撞傳感器與前碰撞傳感器的區(qū)別在于，中央碰撞傳感器沒有電器觸點(diǎn)，傳送給ECU的信號是模擬信號，而非開關(guān)信號。保險(xiǎn)傳感器則主要是體積較小的水銀開關(guān)式傳感器（見圖2），一般安裝在SRSECU內(nèi)部，利用水銀導(dǎo)電良好的特性來控制氣囊點(diǎn)火器電路的接通與斷開。SRSECU只有同時接收到碰撞傳感器與保險(xiǎn)傳感器信號時，才會觸發(fā)安全氣囊，以免發(fā)生因傳感器短路而造成的誤觸發(fā)。近年來，為發(fā)揮安全氣囊的最佳作用，提高車輛人員的安全保護(hù)作用，一些高端汽車廠家在現(xiàn)有的安全氣囊系統(tǒng)中繼續(xù)增加傳感器數(shù)量。譬如可以適當(dāng)增加一些紅外線傳感器、重量傳感器、超聲波傳感器等，用以探測座椅上是否有乘員以及其重量、位置、高度等信息。ECU通過采集這些數(shù)據(jù)，從而更為精準(zhǔn)地分析計(jì)算并控制安全氣囊的起爆和膨脹，避免不必要的引爆。

（二）汽車燈光智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)為了保證汽車行駛的安全性，減少交通事故的發(fā)生，汽車上都裝有多種照明和信號裝置。這些燈光系統(tǒng)包括：近光燈、遠(yuǎn)光燈、轉(zhuǎn)向燈、霧燈、倒車燈、制動燈、車內(nèi)照明與指示燈等，均需要電子控制單元對其進(jìn)行開關(guān)控制。最新的技術(shù)報(bào)告顯示，越來越多的汽車廠商在不影響汽車原有功能的基礎(chǔ)上，通過在車身上增加角度傳感器、光敏傳感器等檢測設(shè)備，采用軟硬件結(jié)合技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車照明系統(tǒng)的最優(yōu)化使用。具體實(shí)現(xiàn)如下：（1）通過在車輪轉(zhuǎn)軸處增加角度傳感器實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)角的跟蹤，將車輪的轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)化為電壓值傳送給主控芯片，經(jīng)過處理后控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，從而帶動近光燈的轉(zhuǎn)動；（2）在車身正前方中間位置增加一個光敏傳感器，用來接收正面會車的光強(qiáng)，將接收到的信號傳送到主控芯片以判斷是否達(dá)到遠(yuǎn)光燈的光強(qiáng)，如果是，則自動關(guān)閉遠(yuǎn)光燈同時開啟近光燈。（3）在車頭位置增加溫濕度傳感器，用來檢測是否有霧，從而決定是否自動開啟霧燈和車距燈。

（三）胎壓監(jiān)測系統(tǒng)一般來說，輪胎故障是最難預(yù)防的一項(xiàng)故障，在車輛高速行駛的過程中，一旦輪胎發(fā)生意外，很容易引起突發(fā)性事故，對司機(jī)與乘客造成巨大危害，因而如何預(yù)防爆胎成為降低車輛事故的一個關(guān)鍵性問題。在車輛防止爆胎方面需要注重兩個細(xì)節(jié)：其一要實(shí)時保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓；其二要對車胎漏氣的情況進(jìn)行監(jiān)測。然而一般司機(jī)都沒有觀察輪胎胎壓的習(xí)慣，甚至大多數(shù)情況下通過眼睛觀察也很難發(fā)現(xiàn)具體的安全隱患，所以如何采取有效的手段對輪胎胎壓進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，是避免汽車發(fā)生爆胎事故的關(guān)鍵。傳感器的應(yīng)用解決了這一難題，通過警報(bào)系統(tǒng)與傳感器等組成的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，就能夠達(dá)到實(shí)時監(jiān)測胎壓的效果。一旦壓力發(fā)生變化，超出安全數(shù)值范圍，警報(bào)就會觸發(fā)，提醒駕駛員立即停車檢查。

（四）防抱死制動系統(tǒng)防抱死制動系統(tǒng)在汽車的整體控制系統(tǒng)中有著重要的作用，一方面通過該系統(tǒng)能夠?qū)囕v在制動過程中的車胎滑動率進(jìn)行判定；另一方面還可以調(diào)節(jié)車輪上的制動力矩，從而有效控制車輪的滑動率，使其保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而可以保障輪胎與路面之間的附著力在最合適的范圍，既可以保證車輛制動時的穩(wěn)定性，增強(qiáng)駕駛員的可操作性，同時還能縮短制動距離，從而避免車輪抱死所引起的安全隱患，保障了駕駛員及乘客的安全。

（五）主動避撞系統(tǒng)主動避撞系統(tǒng)是汽車智能控制系統(tǒng)中的重要組成部分，其可以確保車輛在可能發(fā)生追尾事故時，輔助駕駛員執(zhí)行車輛制動，以確保行車安全。該系統(tǒng)主要運(yùn)用了接近車速傳感器，在車輛行駛過程中，該傳感器可以感應(yīng)前方一定范圍內(nèi)的物體，并且能夠測算出相對速度以及二者之間的距離，如果計(jì)算發(fā)現(xiàn)在該速度下會發(fā)生碰撞，輔助制動系統(tǒng)就會觸發(fā)機(jī)制進(jìn)入緊急模式，一方面制動油壓大幅度提高；另一方面駕駛員踩踏剎車時能夠快速反應(yīng)，甚至其還會與安全氣囊進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接，一旦發(fā)生碰撞，就會根據(jù)評估結(jié)果選擇性觸發(fā)安全氣囊的保護(hù)裝置。

四、傳感器在汽車車身電子控制技術(shù)中的應(yīng)用發(fā)展趨勢

由于人們對汽車的安全性、舒適性、穩(wěn)定性等要求越來越高，促使傳感器技術(shù)在汽車車身上的應(yīng)用越來越多，推動著傳感器技術(shù)不斷向前發(fā)展?？傮w來說，傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為以下幾方面：一是通過不斷開發(fā)新材料、采用新工藝提高與改進(jìn)傳感器的技術(shù)性能；二是開展基礎(chǔ)理論研究，尋找新原理開發(fā)新型傳感器；三是傳感器的體積逐漸減小，功能趨于全面，集成度越來越高，信號的傳輸與采集可以輕易轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)。傳感器將向著微型化、集成化、無線化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化等方向發(fā)展。

五、結(jié)束語

汽車電子控制技術(shù)已成為當(dāng)今汽車技術(shù)快速發(fā)展的一種不可阻擋的趨勢，且技術(shù)日益成熟完善。傳感器作為其中必不可少的重要組成部分，為提高汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性，改善其排放性，以及增強(qiáng)汽車的控制性、安全性和舒適性，做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

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作者：許凌 王源紹 遲英姿 單位：南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院