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的关键部件,也是汽车电子技术研究的核心内容之一。汽车电子化和自动化程度越高,对传感器的依赖性就越大,因此,都将车用传感器技术列为发展的高。
目前,一辆普通轿车上大约安装几十到近百只传感器,而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只。由于车用传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和增长的市场需求,也有力地推动了传感技术的发展。未来的车用传感器技术总的发展趋势是无线化、集成化和网络化。
一、无线化
不久前,摩托罗拉公司的传感器分部和飞利浦半导体公司推出了安装在轮胎内部的气压直接检测传感器。尽管这种无线传感器成本较高,但由于它可以直接检测轮胎内部的空气压力和温度,具有比传统的间接检测技术 高的精度,因此,其市场前景仍颇为乐观。预计到2010年,这种新型无线传感器的市场需求量将会达到2200万个。
在汽车工业界,除轮胎气压检测外,人们对传感器的无线化还有着很多不同的看法。一些观察家认为无线传感器技术还停留在实验室阶段,距离批量生产还很远。但是在汽车工程,存在着比较迫切无线通信的需求。特别是在发动机控制方面,线束的大量增加使之变得非常复杂,而采用无线通信则是减少线束及其连接点的途径。
目前,传感器的无线化发展还面临着一些技术难题。比如在 气囊系统中,碰撞事故发生瞬间的几毫秒内会产生大量的数据,目前的无线传感技术还无法及时、地将数据传送给处理器。应用无线传感器面临的另一问题是电源问题,由于汽车具有较长的使用寿命,这就需要不断为传感器 换电源,从而增加了汽车使用维护的难度。同样,前面提到的轮胎气压直接检测传感器也存在着相同的问题。
虽然车用传感器的无线化道路还很漫长,但由于无线技术在减轻线束的重量和成本方面具有的优势,因此可以预计,随着相关技术难题的解决,无线传感设备 终会取代传统的传感器而大量应用于汽车工业。
二、集成化
与无线化发展趋势不同,车用传感器向集成化方向发展就存在很小的争议。所谓集成化是指利用集成电路(IC)制造技术和加工技术制作IC式传感器。目前的微型传感器是基于从集成电路技术发展而来的微机电系统(MEMS),它利用微机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上,具有体积小、价格便宜、便于集成等特点。由于基于MEMS技术的微型传感器在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面的优势,它们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。
由于微机电系统和传统的IC都使用相同的制造技术一一互补氧化膜半导体(CMOS),因此提的途径就是用电子技术取代机械技术。2002年秋,AnalogDevices公司推出了一种新型陀螺仪,该器件把电子和机械元件放置在一个基底上,而传统的这类器件都使用两块芯片。这样,就减小了器件的尺寸,这种表面贴装的器件比以往的同类器件缩小了400~1000倍。
当然,传感器的单片解决方案并不总是 的途径,在一些应用当中,采用机械传感元件反而可以降低成本。前面提到的摩托罗拉公司推出的轮胎气压传感器就由两个芯片组成,其传感部件应用了0.8微米MEMS制造技术,处理逻辑、模数转换和射频通信功能的集成电路(ASIC)则应用了90纳米的制造工艺。这样的方案与传统的CMOS制造工序保持兼容,从而可以比较容易地集成新的功能,以满足降低成本、减小体积的需求。
随着MEMS制造技术的不断进步,车用传感器将会变得体积 小、功能 强、集成度 高。
三、网络化
在 轿车上通常装有几十个微控制器和上百个传感器。如何以较低的成本把这些传感器地联为一体,为各控制单元提供 、准确的各类数据,一直是汽车工程师们需要解决的问题。实现传感器的网络化是解决这一问题的途径。
传感器的网络化不仅可以提高汽车的性能,还可以带来其它的益处,如降低燃油消耗。如果将发动机、变速器和空调中的传感器互联起来,当发动机和变速器的传感器检测到汽车在急加速时,控制单元就可以暂时关闭空调,从而可以使汽车制造商在不牺牲汽车加速性能的情况下使用 小的发动机,以达到降低燃油消耗的目的。
为适应汽车网络控制的需要, 地在各控制系统之间完成交流信息、协调控制、共享资源及标准化与通用化,世界各国都在积极努力进行汽车局域网的研究与。网络标准方面有Bosch公司制定的控制器局域网络(CAN)协议和Intel推出的SAEJ18065网络标准等。同时,为整合各种标准,一份有关汽车网络的 标准正在 标准化组织起草。
不过,要实现传感器的网络化却不是一件容易的事。控制器局域网CAN和其它类似的网络都很昂贵,而且目前的传感器多是输出模拟信号的低速部件,在将它们连接到网络之前还 对信号进行数字化处理,这又需要增加额外的部件。尽管如此,传感器和控制单元网络化的发展趋势是不可阻挡的。一些观察家认为,由于成本较低,作为CAN补充的LIN(LocalInterconnectNerwork)标准将会广泛用于对带宽要求较低的传感器,而由Delphi、TRW、Philips等公司的具备容错能力的Safe-By-Wire高速协议将会大量地应用于关乎 的电子系统中(如 气囊等)。
总之,随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛,汽车传感器市场需求将保持高速增长,无线化、集成化和网络化的传感器将逐步取代传统的传感器,成为车用传感器的主流。