電子控制技術目前已廣泛應用于汽車的發動機管理系統、電動轉向系統、輪胎管理系統、駕駛輔助系統、巡航控制系統及導航系統等各類電子控制系統中，而傳感器是其工作的基礎配套零部件。介紹了汽車電子控制系統對傳感器的功能及性能要求，分析了汽車電子控制系統中各類傳感器，特別是壓阻式微機電系統（MEMS）壓力傳感器的應用情況。
0 前言
傳感器是一種將各種信息轉換成特定可用信息的裝置，其種類眾多，功能各異。汽車電子控制系統中常用的傳感器主要包括溫度傳感器、濕度傳感器、電流傳感器等，其性能對于汽車的安全性、可靠性及動力性等有重要影響。
1 汽車電子技術對傳感器的要求
由于汽車的電子化程度越來越高，因此對傳感器的要求也越來越高。根據汽車電子控制系統的要求，傳感器應具備以下性能特點：
（1） 檢測精度高。傳感器本身的檢測精度直接影響被測對象的測量精度，尤其是現代汽車電子控制系統所要求的控制精度越來越高，僅憑傳感器本身無法實現精確控制，必須加入其他裝置才能保證控制系統的性能達到一定的水平，進而獲得較好的控制效果。
（2） 可靠性高?，F代汽車電子控制系統對傳感器的工作穩定性和可靠性提出了更高的要求，因此提高傳感器的可靠性顯得尤為重要。
（3） 體積小、質量輕。汽車設計中，傳感器的體積和質量是重要的因素。因此，傳感器的微型化和輕量化是汽車電子控制系統的發展趨勢之一。
2 汽車電子控制系統中傳感器的應用
2.1 汽車發動機中的應用
汽車電子控制系統中所用的傳感器包括模擬型、數字型及混合型傳感器。模擬型傳感器是將發動機運行狀況輸出為與之對應的電壓或電流信號，如曲軸位置傳感器、燃油壓力傳感器（也稱“油壓傳感器”）等；數字型傳感器是將傳統的模擬式傳感器經過加裝或改造模擬/數字（A/D）轉換模塊，使之輸出信號為數字量（或數字編碼）的傳感器，如電子油門、怠速控制裝置等；混合型傳感器是將輸入信號與輸出信號混合，將輸出信號轉換為與輸入信號成比例相關、正交或反向的輸出信號。
隨著汽車電子技術和新型材料技術的發展，汽車發動機的電子控制系統正朝著數字化和智能化的方向發展。目前，數字化控制已經成為發動機電子控制系統的重要發展趨勢之一，也是發動機電子控制系統中技術含量最高、最復雜、難度最大和最難實現規?；瘧玫囊环N新技術。
2.2 汽車底盤控制中的應用
汽車底盤控制系統包括轉向系統、動力總成、懸架和車身，通常還包括車身穩定控制系統（ESC）。傳感器是汽車底盤控制系統的關鍵器件之一，其作用是感知汽車在行駛過程中的各種狀態，如路面坡度、車速和車身傾斜程度等，并將這些信息傳遞給電子控制單元，再由電子控制單元進行分析處理并發出相應的指令。
對于汽車轉向系統而言，傳感器主要負責感知車輛在行駛過程中的姿態，如方向盤轉角、轉向盤轉角信號（以下簡稱“轉角信號”）、方向盤轉角速度信號（簡稱“速度信號”）等。轉角速度傳感器是測量轉角速度的傳感器之一。當車輛轉向時，傳感器能夠感知轉向軸上各軸承所承受的載荷變化情況，并將其轉化為電信號，然后將該信號傳至電子控制單元進行分析處理。以汽車行駛道路路況的差異為依據，汽車電控懸掛系統利用車速傳感器、車身高度傳感器、轉向盤轉角傳感器、節氣門位置傳感器等對汽車行駛速度、路面情況等汽車運行狀態信息進行采集，再由電子控制單元對相關數據進行處理，從而對汽車車身高度、懸架傾斜剛度、減振器阻尼特性等進行調整。通過關閉命令，由執行器依據實際狀況對車輛的工作狀況進行調節和優化，以保證在平穩行駛的同時，改善汽車的駕駛舒適度。
汽車制動系統主要用于控制制動器打開、關閉，以及調節車輪抱死和松開的時間，而傳感器則負責感知和獲取制動踏板、制動液壓油、輪胎壓力等信息；電子控制單元則根據所獲得信息進行分析處理，并根據輸出結果對相關系統進行控制。
2.3 汽車行駛安全系統中的應用
安全氣囊系統通過安裝在氣囊中的壓力傳感器、氣路開關及壓力控制器來感知汽車在行駛過程中車輪對車軸和車身的側向作用力，然后將該信號送至電子控制單元進行分析處理。
驅動輪傳感器是對驅動車輪運行狀況進行檢測的傳感器，其能夠感知與車輪滾動有關的各種信息，如車輪轉速、滾動阻力、路面狀況等，電子控制單元可以通過這些信息確定驅動輪的磨損狀況及行駛里程。
胎壓傳感器是安裝在輪胎中用于測量胎壓變化情況的傳感器，其可以感知胎面與地面之間的接觸壓力，并將該信號傳至電子控制單元進行分析處理，從而確定胎面磨損程度及行駛里程。
防抱死制動系統（ABS）是保證車輛行駛安全所必須采取的一種主動安全措施，其目的是在汽車發生故障或遇到危險情況時幫助駕駛員將車輛制動住，使其不會繼續向某一方向移動，從而避免發生碰撞事故。
2.4 電動汽車電池控制系統中的應用
電動汽車電池控制系統中使用了大量的電池傳感器，以監測和控制電池中電流和電壓的變化。常見的電池傳感器包括溫度傳感器、化學氣體傳感器、電池電量監測及控制傳感器、充放電電流或電壓傳感器等。其中，鋰離子電池管理系統是常用的電池電勢/電流測量器件。在鋰離子電池組進行充電和放電時，需要測量其充放電電流。充放電電流是指電池組在一定時間內所能容納的最大電流。鋰離子電池組中配置有大量的放電電流/電壓傳感器，用于測量充放電電流及測量放電時電池內部各元件所產生的感應電壓。當車載鋰電池在充滿電的情況下，在車輛行駛過程中，會產生較強的電流和電壓信號。在車載鋰電池處于虧電狀態時，其所發出的電流、電壓信號就會變弱。所以，汽車企業在設計電動汽車時，可以利用上述各種傳感器來采集電池信號，防止車載電池出現過度充放電，避免對電池的使用性能和使用壽命產生影響，從而有效地提高電池的利用率。
3 壓阻式微機電系統（MEMS）傳感器在汽車電子控制系統中的應用
3.1 壓阻式MEMS 傳感器內部結構及原理
在機載MEMS 壓力傳感器中，壓阻式MEMS壓力傳感器的使用最為廣泛。壓阻式MEMS 壓力傳感器內部結構分為3 層，中間層是一種常見的用來測量壓力類傳感器的硅晶應變計，應變計的上、下2 層均為高強度、抗壓的玻璃體，其厚度是固定值，再在其中間打開1 條拉力槽，以保證壓力槽能夠承受一定的壓力。使用壓阻式MEMS 壓力傳感器時無需消耗額外的能量，在保證測量精度的前提下降低了測量過程中的能量消耗，且成本很低?；菟雇y量電橋適用于壓阻式MEMS 壓力傳感器，其由4 個高精度的半導體電阻和應變片組成，可實現對外界壓強的探測，并對輸出電信號進行變換。壓阻式MEMS 壓力傳感器的惠斯通電橋在高強度的應力場中，用4 個高精度的電阻-應變儀刻制在其表面應力最大處，通過精確的控制，惠斯通電橋的精度可達到0.01%～0.03%。
壓阻式MEMS 壓力傳感器的工作原理如下：當外界壓力對壓阻式MEMS 壓力傳感器的應力凹陷產生影響時，硅晶應變計將會產生彈性變形，從而導致其自身的電阻發生變化，這就是“電阻-應變”效應。當惠斯通電橋上的4 個電阻-應變片因受到壓力發生電阻變化時，惠斯通電橋兩端的電勢不平衡，惠斯通電橋將輸出與壓力成比例的電壓。
3.2 壓阻式MEMS 壓力傳感器的應用
在AJR 型發動機汽車電子控制系統中，常規的壓力傳感器存在體積大、性能不高、功耗大和響應速度慢等缺點。在AJR 型發動機汽車電子控制系統中使用壓阻式MEMS 壓力傳感器可以很大程度上節省發動機艙空間，提升整車系統性能，并可在保持低功率消耗的前提下快速完成監控。該壓阻式MEMS 壓力傳感器可以用來測量AJR 型發動機電子控制系統中的各種壓力，包括進氣管氣壓、真空管氣壓、輪胎氣壓、大氣氣壓、機油壓力及燃油壓力，以及瞬時撞擊固態壓力等。通常將測量固態氣壓的車用氣壓傳感器稱為“撞擊感應器”。AJR 型發動機電子控制系統中常規壓力傳感器的主要應用領域見表1。
表1 汽車壓力傳感器主要應用領域
以胎壓傳感器為例，在很多情況下爆胎是導致車內人員死亡的主要因素，因此目前大多數汽車都配備有胎壓傳感器。由于輪胎氣壓一般與溫度有關，因此在胎壓傳感器中整合了一種小型的有助于輪胎氣壓測量的溫度傳感器。
與傳統的微型機電壓傳感器相比，壓阻式MEMS 壓力傳感器檢測靈敏度較高。壓阻式MEMS 壓力傳感器所測壓力范圍與力敏膜片的厚度有關，但外界溫度等因素也會對輸出信號的精度產生影響。為此，需要在電路中加入一種調節電路，使傳感器不受溫度的影響，以達到對測量精度進行補償的目的。壓阻式MEMS 壓力傳感器除了用于吸入岐管壓力檢測、胎壓自動監測系統，也可以應用在AJR 型發動機電子控制系統中的排氣系統上。壓阻式MEMS 壓力傳感器具有很好的適應性，能夠快速、準確、實時地檢測到任何一種輪胎的內部壓力。此外，由于壓阻式MEMS 壓力傳感器的內部還裝有溫敏元件，因此還可以用其監測輪胎內部溫度，該次要測試信號最終會被傳送至AJR 型發動機電子控制系統。目前，世界各地的汽車業都十分關注輪胎氣壓的檢測，因此壓阻式MEMS 傳感器的應用前景廣闊。
4 結語
隨著汽車電子控制系統的不斷發展，其對傳感器的要求也越來越高。溫度、速度、位置及電流等參數的精確檢測對于提高汽車的可靠性和安全性有重大意義?，F代汽車電子控制系統通過裝置溫度、速度和位置等物理量的采集器，并經信號傳輸網絡將物理量傳輸到電子控制單元進行處理分析，從而達到精確控制汽車各部件工作狀態的目的。
參考文獻
[1］ 劉迅.傳感器在汽車電子控制系統中的應用[J].時代汽車,2020(3):70-71.
[2］ 許凌,王源紹,遲英姿.傳感器在汽車車身電子控制系統中的應用研究[J].科學咨詢,2020(9):37-38.
[3］ 陳霏.汽車電子控制主要傳感器的原理及檢測[J].汽車實用技術,2020(7):211-213.
轉自智能汽車設計
