汽车电子智能传感器技术及其应用

王东

摘要：目前，我国社会经济水平和人们的生活水平显著提升，在这样的背景下，汽车逐渐普及，而汽车的安全问题也受到广泛关注。本文首先对汽车电子智能传感器的重要性进行梳理，分析汽车电子智能传感器的关键技术，探究汽车电子智能传感器技术的具体应用，并结合现存问题提出相关建议，希望可以对有关人员提供帮助。

关键词：智能传感器；汽车电子技术；应用措施

引言

随着社会经济的持续发展，如今社会对于汽车的要求也在持续增长。由于智能传感器技术在汽车电子技术领域的应用时间较短，并且受限于现有技术，智能传感器多作为传统汽车电子技术功能的补充系统，尚未真正推动汽车实现智能化、自动化发展。据此，对智能传感器技术在汽车电子技术中的应用进行研究分析，进而指出汽车电子智能传感器的未来发展方向，为后续汽车电子传感器提供参考，将具有一定的现实意义。

1智能传感系统原理与结构

智能传感技术的雏形是电子节气门控制技术，在电动汽车不断发展的时代背景下，智能传感技术、电子节气门控制技术等开始广泛应用到各种类型的车辆。智能传感技术装置目前已经逐渐发展为数字化、智能化控制技术装置，其优点是能够通过数字化传感信息分析，对汽车的多种使用功能进行智能化控制，并根据驾驶员的偏好和需求，针对汽车节气门最佳开度进行精准控制，同时通过传感智能控制优化，大幅提升汽车驾驶的安全性和改善汽车行驶的舒适性。现阶段，在汽车智能传感技术方面有深入研究和推广应用的大型汽车公司主要有 BOSCH、丰田和 BMW、AUDI 等，另外国内部分汽车公司也将智能传感技术运用在部分车型上并取得了成功。在汽车行驶过程中，数字化、智能化传感技术装置主要控制的是节气门开度。在智能传感器正常工作状态下，加速踏板位置传感器可实时输出“模拟电压信号”，通常情况下，它与脚踏板行程成正比关系；节气门体则经过反向位置传感器和正向位置传感器两个核心模块，通过智能传感器为节气门开度的优化调节和精准控制提供反馈信息和数字化信号。在此基础上，电动汽车通过一对高精度电位器来实时获取智能传感单元中节气门体内部的电压反馈参数值，从而为汽车驾驶员更好地进行参数调节，并获取当前开度。一般而言，该反馈值同节气门打开角度成线性变化关系。

2 传感器行业发展现状

近年来,基于微电子工艺的传感器技术也逐渐成熟并且得到了迅速推广。 目前已经有很多企业投入大量资金研发传感器产品,以期能够满足不同场合对于数据采集需求。 根据国家统计局发布的数据显示, 2019 年我国传感器产业规模为 1429 亿元; 2020 年预计达到 588 亿元左右,是全球传感器产业增长最快的地区之一。 但是从整体上来看还是处于起步阶段,仍然存在许多不足之处。 随着科技水平和经济实力的不断提高,各种各样功能强大、性能优越的传感器开始进入大众视野。 而这些传感器主要应用于工业生产过程中低端领域,例如汽车行业以及家电行业等。 由于这类产品具有较高的成本价格优势、使用方便、灵活性强等特点,所以受到了广大用户的青睐。 目前,在国内外已经有很多企业投入到传感器的研究与开发当中,并取得了一定成果。 其中,国外的传感器制造商如 ABB 、 Siemens 、 NXP 等公司都拥有自己的核心技术,其传感器产品占据了世界市场的大部分份额。 近年来,我国传感器技术得到了快速的发展。 随着国家对环境保护和节能减排工作的重视程度不断提高,各行各业都将环保作为重要内容,使得环境问题逐渐成为社会各界关注的焦点之一。 为了更好地满足人们日益增长的需求,传感器产业迎来了新的机遇。 传感器市场需求旺盛。 从全球范围来看,传感器的应用领域正在逐步扩大。 据统计显示,截至 2020 年底,全球的传感器总量约达到 1 亿个,而中国的传感器产量则超过了 7000 万台(套)。 由此可见,传感器的应用领域越来越广泛。 同时,由于传感器的研发成本相对较低,因此受到了众多厂商的追捧。 传感器研发水平高。 在过去几年时间里,我国的传感技术得到了快速发展,并且取得了一定成绩,这也充分体现出我国科技创新能力强大以及科研人员的努力付出。 目前,国内外许多知名企业已经开始着手开发新一代的传感技术,其中包括美国的 Nicolet 公司等。 传感器产品研发速度快。 近年来,随着信息技术的飞速发展与进步,各种新型传感设备层出不穷。 例如,基于红外感应的无线传感器、超声波测距仪和磁致伸缩式位移传感器等;基于激光测距仪的红外线热成像仪、可见光相机等等。 这些新一代传感器的出现极大地推动了传感器产业的发展,为人们生活质量的提高做出巨大贡献。 传感器生产规模化程度较高。 在过去的几年里,由于传感器的广泛应用及其良好的性能表现,使得传感器成为一个重要的研究热点。 据统计,到 2025 年,全球将有超过 1亿个传感器被制造商所使用,而且每年都会增加约 100万个传感器的需求。 随着科学技术的快速发展,各种新型传感器也相继问世并得到了迅速推广,这对我国经济社会的可持续健康发展起到了积极作用。 此外,一些新兴的传感器还有较大的发展空间。

3智能传感器的技术要求

现如今，为有效提高各组件控制精准性、时效性以及可靠性，各大汽车厂商均开始在汽车电子技术中引入智能传感器技术，但由于汽车整体空间较为有限，所以智能传感器在应用时多与控制单元紧密集成，进而减少智能传感器空间占用的同时，最大限度发挥智能传感器的应用效果。同时，汽车作为一种出行工具，其在运行中各部件均具有其对应的运动和控制功能，并且不同的部件的工作温度、振动频率也有着不同的表现，对于环境要求也略有差异。为保障各部件的正常运行效果，当前智能传感器主要用于实现零部件的运行状态监控及分析，进而实现部件故障问题的及时发现和处理。另外，智能传感器具体应用时也需要做好不同传感器之间的相互配合，促使各传感器所采集的数据信息可更为精准、全面地呈现汽车整体电子技术情况。

4智能传感器应用中存在的问题

首先是应用的普及问题。汽车电子智能传感器技术的应用需要利用数学算法，通过集成和微控实现汽车行驶过程中信号间的转换以及相关数据的提取和识别。目前汽车电子智能传感器还没有完全普及，只有小部分高端汽车才配备了智能传感装置，普及率低于 2%，渗透率低。其次是应用效果不佳。目前智能传感器在汽车电子应用中经常会遇到技术问题，导致应用效果不佳，主要表现为传感器控制精度差，智能传感器适应性差，智能传感器可靠性不足等。驾驶汽车关系到驾驶员的生命安全，因此智能传感器的应用误差要求应小于 1%，如果精度不符合预设要求，会影响驾驶员在驾驶过程中的判断，增加驾驶过程中的安全隐患。考虑到车辆行驶时外部环境的变化，智能传感器可能位于高温区域，也可能在暴风雨天气下行驶。如果安装在汽车电子系统中的智能传感器不适应恶劣条件和多变的环境，则信息采集和数据传输过程中会出现严重干扰，进而降低应用效果和信息采集精度 。

5当前汽车电子中智能传感器的应用

5.1 自动泊车系统

在自动泊车系统下，超声波传感器可以促使汽车自动精准的停靠位泊车，该系统具体包括环境信息采集系统、装处理器、车辆控制系统等，通过环境信息采集系统，可以准确采集汽车周围环境和障碍物的距离以及图像信息。然后通过车载超声波距离探测系统将数据信息进行处理，或传输给中央处理器，并将最终的处理结果通过图像采集系统进行重新计算分析，以此准确得出车辆的当前位置、目标位置、周围环境参数。最终通过以上参数自动生成泊车策略后，将策略转化成电信号，车辆控制系统在接收电信号后，可以根据相关指令自动调整行驶角度、方向、动力，便于直接控制汽车，确保汽车安全平稳地进入到泊车位中。在当前汽车的不断发展下，一些高档进口的汽车也会配置自动泊车系统。

5.2在遥感测距系统中的应用

遥感测距系统的应用，能为汽车控制系统提供路面相关情况和信息，在汽车倒车、车距地测量等方面也发挥了积极的作用，因此，在当前应用中需要加强对遥感测距系统的研究。汽车遥感测距主要是借助声波的方法，测量车辆和障碍物之间的距离，声波传播的过程中，如果遇到障碍物会进行反射，并将测量所获得的信息转化成对应的电子信号，在汽车显示屏进行显示，通过此操作反馈出汽车的具体位置信息。驾驶员在行车过程中，可以通过屏幕直接看到汽车的状态，在方便驾驶的同时，也一定程度上提升了汽车的安全性能。在遥感测距系统中应用传感器，汽车测距系统的功能得到了有效提升，且数据信息更加准确，遥感测距系统、传感器等有效结合应用，促进了汽车智能化驾驶的深入发展。

5.3车身控制

汽车车身集成有温度、湿度、光照、超声波、碰撞、车速、图像等多种智能传感器，不同传感器在汽车电子技术中所发挥出的作用也不尽相同。其中，温度、湿度传感器可实施监测汽车车内、车外环境温度和湿度，并在汽车控制系统的支持下，实现汽车空调系统的智能化调节，为车内驾驶员及乘客提供更为舒适的乘车环境；光照传感器与温度、湿度传感器类似，可采集汽车内外光照情况，进而实现汽车照明系统的调节及控制；超声波传感器则可以采集汽车周边环境信息，方便驾驶员实时掌握汽车周边障碍物变化情况，降低行车安全风险；碰撞传感器则可以在汽车发生碰撞时正确判断汽车安全气囊充气引爆时间；门禁系统中的传输传感器则可以采集汽车与周边其他事物之间的距离；图像传感器则可以为驾驶员提供视野盲区视觉补充，方便驾驶员进行倒车等操作。

5.4底盘、车身、雨刷控制

汽车电子底盘智能传感器主要用于捕获行驶速度、车身高度、踏板位置等参数，相关参数能够对汽车驾驶员的行驶行为、速度、刹车等给出精确反馈。该传感器通过获取驾驶过程中的控制行为，分析驾驶过程中车辆的速度，向司机提供有针对性的车辆控制建议。例如汽车开得太快，司机应降低驾驶速度，以避免因超速行驶而受到处罚，此外汽车电子底盘智能传感器也提高了驾驶过程中的制动控制和响应能力。汽车机身所内置的智能传感器包括温度、湿度、照明、超声波、碰撞、速度、图像等，在汽车行驶中起着不同作用。温度传感器可监测车辆内外环境的温、湿度，在车辆控制系统的支持下实现汽车空调的智能控制，为车辆驾驶员提供更舒适的环境。照明传感器类似温度传感器，用于接收车辆内外的照明情况，从而允许调整和控制车辆的照明系统。超声波传感器主要采集车辆周围的环境信息，实时提高驾驶员对环境障碍变化的认识，降低驾驶风险。此外，汽车电子智能传感器还可应用于雨刷控制上，一般放于汽车挡风玻璃后面，在雨天自动检测雨量，收集到的降雨数据会被传输到汽车中控系统上，中控模块则根据降雨数据控制雨刷速度。汽车电子智能传感器则可以瞬间释放电压信号，以脉冲形式输出，这样汽车中控系统就可以动态调整，降低下雨时发生安全事故的可能性。

5.5限速识别系统

一般汽车行驶在高速公路的一些路段处，需要根据路边的限速牌自动调整速度，但是因为道路旁的标志牌距离较远，会导致驾驶员在行驶的过程中不容易注意到，会发生超速的情况，对此需要通过交通信号识别系统确保车辆驾驶员及时限速，保证车辆行驶安全。在该系统下，可以直接通过车内的显示屏了解周围的限速情况，确保驾驶员准确调整速度，及时注意道路两旁的道路标志。当前已经研发出了一种限速识别系统，该系统已经投入到了测试运行中，在该系统下，可以直接通过导航仪来接收无线广播信息，并对限速标识本身进行判断，以此发射无线信号，确保驾驶员准确接收到道路标志信息。

5.6电子操作和安全系统中的应用

我国汽车行业的快速发展，对经济增长有了很大的推动作用，同时，也促进了电子技术的创新和发展，对人们的出行和生活提供了更多的便利。因此，有专家预测，汽车行业在未来发展可能会超过 IT 行业，是国民经济中发展中的重要支柱产业，近年来，一些新的科技成果和创新技术逐渐融入。对科技产业的发展产生了很大的影响，但现阶段我国汽车产品中，电子技术应用占比只有 15% 左右，高档汽车中占比 30% 左右，仍具有较大的发展空间，因此，必须重视电子操作和安全系统中传感器应用的研究。电子技术的创新和发展，已经成为影响汽车发展的重要因素，且对汽车各方面功能的完善也起到了良好的作用。在汽车发展中，主要涉及以下几个方面。一是搭建分立电子元器件，从而形成对应的电路监控系统，并运用集成电路和传感器，确保各自形成相互独立的系统，并对其进行连接，构建电子操控和安全系统，在此过程中提升汽车的安全性能。新一代汽车发展中，电子系统主要是汽车各电子设备与硬盘结合，并通过运用传感器，实现对汽车的智能控制，通过电子控制元件组成电子操控安全系统，提升汽车的智能化和现代化，也能更好地保障人们的安全。二是汽车中电子技术的应用更加便捷，能在短时间内通过传感器、集成电路等之间信号的转化，从而更好地满足要求，简化程序，不断完善电子技术，保证汽车各系统能正常运行。三是汽车结构中，必须强化做好电子器件的控制工作，推进汽车信息化和智能化的发展，有效提升汽车的空间利用率，确保不同单元和部件之间的有效连接，才能保证整个系统运行的安全性和可靠性。尤其是对汽车的电子元器件来讲，需要考虑特殊的自然环境，确保其能在恶劣的自然环境中运行，如工作时高温、静止时低温、高浓度油蒸汽活性气体、强烈冲击和振动等，从而确保整个系统的安全性。

结语

综上所述，随着科学技术的持续发展与人们使用需求的不断提升，未来汽车功能将会日趋多元化，其势必会导致汽车设计制造更为繁琐，潜在安全风险逐步增加。针对此种情况，推动汽车实现智能化发展，通过智能化技术手段有效应对各类潜在安全风险已经成为未来汽车设计的必然发展趋势。引入智能化技术后，智能化技术的智能化水平直接决定着汽车行驶中的使用体验及驾驶安全性，但受限于当前技术水平及应用成本等因素的影响，智能传感器尚未在汽车电子技术领域得到广泛普及应用，并且应用中所发挥出的成效也存在一定不足。对此，相关技术人员应不断加强智能传感器在汽车电子技术领域的研究应用，根据汽车电子技术的相关特点，对智能传感器进行针对性改造、升级，促使智能传感器能够真正符合汽车智能化发展中的应用需求。

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