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汽車傳感器:讓汽車有感覺的核心器件
電子信息技術已經成為新一代汽車發展方向的主導因素,汽車動力性能、操控性能、安全性能和舒適性能等各個方面的改進和提高,都將依賴于機械系統及結構和電子產品、信息技術間的完美結合,電子技術的發展已使汽車產品的概念發生了深刻的變化。目前除了一些車內音響、視頻裝備、車用通信、導航系統以及車載辦公系統、網絡系統等車內電子設備的本質改變較少外,現代汽車電子從所應用的電子元器件到車內電子系統的架構均已進入一個有本質性提高的新階段,其中最有代表性的核心器件就是智能傳感器。

安全應用帶動智能傳感器市場飆升

汽車應用相關的傳感器除光照度、圖像傳感器和主動探測的超聲波、微波、毫米波雷達外,還包括壓力、液位、流量、位置、高度、距離、速度、轉速、轉矩、加速度、溫度、濕度、氣體濃度等傳感器,以及適合汽車總線的CAN總線式智能傳感器;裟犴f爾公司汽車電子部工程師陳陽表示,業界正在應用非接觸的位置測量、磁阻、磁變、霍爾效應、顯微加工的硅芯片、熱覆膜、Piezo陶瓷等技術方式,采用通用化、標準化的設計理念來提供切合市場需求的汽車傳感器。

各種各樣的產品已經深刻地融入到汽車的各個功能系統,包括發動機管理系統、底盤與傳動系統、安全系統、車身電子系統、空調環境系統等等。從汽車傳感器的發展趨勢來看,它將不僅僅局限在發動機管理系統,而是越來越多地與環境保護、安全和智能化聯系在一起。未來幾年,汽車引擎和驅動部分的應用仍然是智能傳感器的最大應用領域,雖然其增長趨勢將沒有其它應用那么明顯;尾氣排放控制傳感器的需求的增長前景仍然被看好,世界各國有關汽車尾氣排放限制的法規逐漸嚴格,這將大力推動排放控制傳感器市場的增長。

此外,隨著汽車安全技術的重心正由被動安全轉向主動安全,安全應用將是一個有著巨大增長潛力的市場。據DuPontAutomotive的一項調查結果顯示,對于汽車消費者來說,安全至上,其重要性排在性能、娛樂功能和燃油效率之上。政府的直接推動和影響是汽車安全應用得以快速發展的一個主要原因。例如,對于輪胎壓力監測來說,根據聯邦汽車安全標準138(FMVSS138),美國正在執行強制規定,要求為美國市場生產的汽車必須在2007年以前100%安裝直接胎壓監測解決方案。

中國政府目前也在考慮強制重型車輛配備ABS系統,以改善道路安全狀況。雖然目前中國沒有要求采用胎壓監測系統(TPMS)的相關規定,但這種應用也出現了增長的趨勢。對此,飛思卡爾半導體公司亞太區汽車電子總監楊飛評論說:“輪胎壓力傳感器只是其中的一個例子。我們將看到安全和保安領域將有越來越多的應用,能夠使汽車自行變得更加安全、更加舒適和更有效率!庇w凌科技亞太(私人)有限公司汽車與工業電子市場部高級經理蔡志雄也強調,現代汽車必須采用更多的傳感器,以提高智能化程度。他還堅信,安全應用將是關鍵的增長領域之一。

市場調研公司StrategyAnalytics預計,汽車半導體市場在2008年以前的平均增長速度為9.2%,到2008年將由2003年的139億美元增長到215億美元。中國是其中的關鍵增長動力之一,增長速度最快。飛思卡爾的楊飛指出,作為一個發展中的市場,中國的多數汽車配置都非;,但隨著中國經濟的迅速增長,以及客戶對于安全問題的日益重視,市場將需要更多的功能強大的汽車。他說:“因此我們可以預見,一方面半導體增長將因汽車產量增長而倍增;另一方面,客戶對于汽車安全功能的期望越來越高,將為中國汽車傳感器市場創造出巨大的潛力!标愱栆餐嘎,中國是霍尼韋爾汽車傳感器增長速度最快的市場,該公司的汽車電子部門正在為不同車型定制各種各樣的解決方案

層出不窮的新型智能安全方案

在業界廠商以構建最高級別的安全駕乘環境為最終目的的技術競賽中,各種新興的安全系統解決方案爭奇斗艷、層出不窮,可以說“沒有做不到,只有想不到”?梢灶A見,將來最先進的智能傳感系統將使汽車擁有像人類“第六感”一樣的高度智慧和神奇,從而將汽車的安全性能提高到一個前所未有的高度。從目前看來,正在逐漸開始被導入高檔轎車的智能傳感器系統有:

酒精檢測MEMS系統:如意法半導體的新型信號處理電路集成酒精傳感器,該酒精傳感器采用二氧化錫MEMS元件可根據環境中的氧氣濃度吸附氧氣并使得電阻值改變的特性。正常狀況下,元件在吸附空氣中的氧氣后會保持某個電阻值不發生變化,而一旦空氣中含有酒精,元件表面的氧元素便會與酒精發生反應,使電阻值下降。通過測定電阻值,便可檢測出呼氣中含有的酒精濃度。酒精檢測MEMS傳感器將可以植入在直徑8mm的密封外殼內、連同信號處理電路等一起嵌入方向盤內,一旦檢測出駕駛員呼出的氣體含有酒精,便發出安全警報。

自動雨刷系統:以發光二極管對前擋風玻璃發出光束,當雨滴打在感應區的玻璃上時,光束所反射的光線強度,會因玻璃上的雨量或濕氣含量而有所變化,改變雨刷的刷動頻率;或透過紅外線電子雨量傳感器感應雨量的多寡,并隨車速的變化自動調整雨刷速度,增進駕駛人的駕駛方便性,讓駕駛更有安全性。

電子式自動照明系統:電子式感應頭燈可透過車外的光線明暗感應器自動監測外界的光線,在天色有變化或是進入山洞時,電子式感應器將頭燈自動打開,減少駕駛人操作的時間,增加行車安全性。

胎壓監測系統:在每個輪胎上安裝高靈敏度的傳感器,于行車狀態下隨時監測輪胎狀況,并透過傳感器以無線方式發射到接收器,讓駕駛人能隨時掌握漏氣與溫度升高等輪胎狀況,以確保汽車行駛中的安全,并延長輪胎的使用壽命與降低燃油的消耗。最先進的直接輪胎壓力監測解決方案的特點包括高級預警系統和壓力、溫度、電壓和動作探測等。

安全氣囊觸發系統:如飛思卡爾推出的衛星加速度傳感器,可擴展到整個汽車周圍以探測碰撞。通過加速度傳感器與SmartMOS技術集成,專門用于探測碰撞和觸發汽車正面和側面的安全氣囊。一個集成式器件提供加速度探測、電壓調節、MCU功能和有線通訊協議。飛思卡爾提供種類眾多的加速度傳感器,從1.5g到250g,覆蓋X、XY、XYZ和Z軸方向。

據楊飛介紹,目前還正在出現一種趨勢,而且預計它將在未來幾年擴散,有關機構將要求采用汽車動態控制(VDC)系統,也被稱作“電子穩定控制(ESC)系統”。他說,目前這種系統是高檔汽車的一個標準配置,但將繼續向更多的車款擴散!胺定控制系統尤其令SUV運動休閑車受益,因為這種車重心較高,更容易發生側翻!贝送,隨著圖像傳感和處理技術的發展,還有更多的用于道路分離報警和引導、司機睡意探測、道路障礙傳感、智能氣囊部署、盲點探測等基于傳感器的智能系統將逐漸進入新一代的汽車應用中。

智能傳感器的技術要求

汽車應用通常被視為最困難的領域之一,因為它具有極端的工作溫度范圍和強烈的機械振動。汽車電子操控系統的動作必須快速、正確、可靠,傳統通過分立電子元器件搭建的電路監測控制系統已經不能滿足現代汽車的要求,需要通過硬件集成、直接交換數據和簡化電路,并提高智能化程度來確?刂茊卧獎幼鞯恼_性、可靠性和適時性。而且現在幾乎所有的汽車的機械結構部件都已受電子裝置控制,但汽車車體內的空間有限,構件系統的空間更是極其有限。理想的情況是,電子感應、控制單元應與受控制部件緊密結合,形成一個整體,這就要求新一代傳感器件和控制電路盡可能地微型化、集成化。

汽車的各種功能部件都有各自的運動、操控特性,對汽車傳感器而言,大多處于非常惡劣的運行環境中,而且各不相同。諸如工作狀態時的高溫,靜止待命時的低溫,高濃度的油蒸汽和活性(毒性)氣體,以及高速運動和高強度的沖擊和振動等。因此,傳感器和電路必須要有高穩定、抗環境干擾和自適應、自補償調整的能力。據霍尼韋爾的陳陽介紹,汽車傳感器在出廠之前要經過高低溫存放、恒定濕熱、熱沖擊、泥漿噴濺、鹽水噴濺、振動和電磁干擾等嚴格測試,確保產品性能不受周圍環境的影響。

與上述要求同樣重要甚至更關鍵的一個條件是,汽車電子用的電子元器件、模塊必須要能大規模工業生產,并能將成本降低到可接受的程度。新一代智能傳感器就是這方面的典范。例如智能加速度傳感器,它不僅能較好地滿足現代汽車的各項需要,而且因為可以在集成電路標準硅工藝線上批量生產,生產成本較低,所以在汽車工業中找到了自己最大的應用市場,反過來也有力地促進了汽車產品的智能化。

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