傳感器助力汽車(chē)輕量化 減少線(xiàn)束使用

隨著(zhù)目前汽車(chē)技術(shù)的不斷發(fā)展，車(chē)載傳感器技術(shù)的應用也越來(lái)越廣泛。從一鍵啟停技術(shù)到雙離合變速箱都采用了大量的車(chē)載傳感器，并且傳感器技術(shù)在車(chē)輛動(dòng)力系統中發(fā)揮的作用也越來(lái)越重要。同時(shí)，目前汽車(chē)越來(lái)越高的燃油效率要求以及越來(lái)越嚴苛的排放標準也起到了推動(dòng)傳感器技術(shù)、布線(xiàn)技術(shù)以及相應標準定制推出的作用。

汽車(chē)設計工程師們?yōu)榱耸沟闷?chē)能夠滿(mǎn)足日益嚴苛的排放標準，其設計采用的傳感器能否為其數字信號控制單元有效地收集到模擬信號，這對其能否達到預期目標起到了至關(guān)重要的作用。其中，以上提到的模擬信號主要是針對來(lái)自汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的壓力和溫度等信號。

通過(guò)利用更加精密的傳感器可以大幅提升發(fā)動(dòng)機的燃油效率并推動(dòng)變速箱級數不斷增加。其中，在自動(dòng)擋汽車(chē)中配備一鍵啟停功能離不開(kāi)傳感器的應用。這與手動(dòng)擋汽車(chē)駕駛員選擇合適的換擋齒輪相比，自動(dòng)擋傳感器技術(shù)更富有挑戰性。

塔塔Tata Elxsi公司的副總裁Anil Sondur表示：“通過(guò)提高車(chē)載傳感器的感應靈敏度可以使得整個(gè)傳感過(guò)程更加順暢。齒輪空檔傳感技術(shù)是一項基于最原始的一鍵啟停系統發(fā)展而來(lái)的傳感技術(shù)，該傳感技術(shù)的傳感過(guò)程始終未能達到順暢的程度。齒輪空檔傳感技術(shù)的研發(fā)目的就是為了避免車(chē)輛在換擋時(shí)變速箱出現失速打滑現象。而以上齒輪空檔傳感技術(shù)通過(guò)利用功能強大的傳感器可以確保換擋時(shí)齒輪能夠到達指定的具體位置避免出現失速打滑現象。”

另外，有市場(chǎng)研究報告預測道應用于汽車(chē)動(dòng)力系統中的傳感器將實(shí)現大幅的增長(cháng)。根據IHS技術(shù)咨詢(xún)公司的預測，到2019年時(shí)僅應用在汽車(chē)內燃機上的傳感器的出貨量就將達到13.4億組。而在去年應用在汽車(chē)內燃機上的傳感器的出貨量大約僅為10億組。這其中傳感器的復合增長(cháng)率達到了3.6%，比整個(gè)汽車(chē)銷(xiāo)量的增長(cháng)率還要略高一點(diǎn)。

傳感器在變速箱中的應用

傳感器技術(shù)對于車(chē)輛變速箱技術(shù)的發(fā)展是必不可少的。增加變速箱齒輪級數以及平順換擋過(guò)程均需要更加精密的運動(dòng)部件，這也就需要更加精密的傳感器來(lái)實(shí)現運動(dòng)控制。而傳感器價(jià)格的高低同樣會(huì )影響變速箱設計工程師選擇設計變速箱的最終方案。

英飛凌汽車(chē)變速箱事業(yè)部負責人Joe Funyak表示：“目前高端汽車(chē)采用的雙離合變速箱采用了更為先進(jìn)復雜的控制技術(shù)。其中，控制壓力是通過(guò)閉環(huán)的壓力控制器來(lái)實(shí)現。以上先進(jìn)的控制技術(shù)更加精確但是其成本也更高。

上面采用的壓力控制器成本非常高，并且其每一級齒輪均需要配備一個(gè)壓力控制器。但是對于高端汽車(chē)而言，100美元的成本提升并不會(huì )產(chǎn)生非常大的影響。”

通過(guò)提升傳感器的精密程度會(huì )使得傳感數據采集量急劇增加，采用的傳感器數量越多其數據增長(cháng)速度也越快。因此，在設計采用傳感器時(shí)一般會(huì )選擇增配一些8-32位的智能微處理器來(lái)降低傳感器的帶寬要求，并為主機分擔一部分的處理任務(wù)。

隨著(zhù)越來(lái)越多的智能傳感器不斷地得以應用，車(chē)輛的通信技術(shù)也正在發(fā)生變化。數字化的通信結構使得汽車(chē)工程師們可以盡量的減少使用有線(xiàn)通信，并相應提高通信能力。

來(lái)自馬勒動(dòng)力公司動(dòng)力總成標定和控制部門(mén)的經(jīng)理William Davidson表示：“目前符合美國機動(dòng)車(chē)工程師學(xué)會(huì )單邊半字節傳輸協(xié)議(Single Edge Nibble Transmission，SENT)的傳感器開(kāi)始在市場(chǎng)上大量應用，通過(guò)采用以上傳感器可以避免采用模擬信號。采用單邊半字節傳輸協(xié)議的傳感器具有更加優(yōu)質(zhì)可靠的通信質(zhì)量，因此可以實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信。單邊半字節傳輸協(xié)議還具有更加優(yōu)秀的診斷功能。”

傳感器實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據傳輸是傳感器其中的一個(gè)發(fā)展方向。許多傳感器技術(shù)觀(guān)察員還認為，傳感器設計人員將會(huì )不斷提高傳感器組件的標準化設計，從而降低傳感器的復雜程度并在傳感器的大批量生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現收益。

半導體公司助力汽車(chē)傳感器發(fā)展

德州儀器汽車(chē)電子系統市場(chǎng)部經(jīng)理Pat Hunter表示：“目前一臺普通發(fā)動(dòng)機上將需要大約44個(gè)傳感器。并且隨著(zhù)汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商們對發(fā)動(dòng)機的設計控制越來(lái)越復雜，未來(lái)發(fā)動(dòng)機上還將采用更多的傳感器。如果能夠實(shí)現傳感器的標準化設計，那么傳感器的成本將得到大幅降低，并且其可靠性也將大幅提升。”

以上提到的傳感器變化都屬于傳感器元器件層面的改進(jìn)。而目前有部分的廠(chǎng)家開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)一種可應用于汽車(chē)動(dòng)力系統的全新類(lèi)型的磁傳感器。其中，該磁傳感器最主要的優(yōu)勢就是可以實(shí)現無(wú)接觸傳感。

來(lái)自恩智浦半導體公司汽車(chē)與運輸部的市場(chǎng)高級總監Klaus Reinmuth表示：“與傳統的霍爾傳感器系統相比，以上磁傳感器采用了各向異性的磁阻，其具有更高的精度、更出色的線(xiàn)性度，并且其在整個(gè)生命周期內不受磁場(chǎng)漂移以及磁場(chǎng)變化的影響。對于汽車(chē)的動(dòng)力系統，以上各向異性的磁阻傳感器非常適合應用于各種類(lèi)型的油門(mén)以及廢氣再循環(huán)系統中。通過(guò)將以上磁傳感器與普通霍爾傳感器集成組裝到一個(gè)封裝內可以實(shí)現雙傳感器系統對冗余性和功能安全性的要求。”

由于某些傳感器還可以提高車(chē)輛的性能，因此，各個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)商開(kāi)始增加推出一些新的傳感功能。例如，速度傳感器作為車(chē)輛動(dòng)力總成中重要的組成部分，其還可以幫助汽車(chē)工程師設計更加高效的人機界面。

英飛凌公司集成傳感器部門(mén)的經(jīng)理James Sterling表示：“速度傳感器測量精度越來(lái)越精確，而且其傳感抖動(dòng)也越來(lái)越小。車(chē)輛振動(dòng)抑制功能是一項全新的功能設計，其采用了速度傳感器，在傳感器探測到振蕩時(shí)速度傳感器并不會(huì )因此將一個(gè)錯誤的信號發(fā)送給控制器，從而起到車(chē)輛振動(dòng)抑制的功能。”