新一代汽車(chē)智能傳感器
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安全應用帶動(dòng)智能傳感器市場(chǎng)飆升
汽車(chē)應用相關(guān)的傳感器除光照度、圖像傳感器和主動(dòng)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(chē)總線(xiàn)的CAN總線(xiàn)式智能傳感器?；裟犴f爾公司汽車(chē)電子部工程師陳陽(yáng)表示，業(yè)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(shù)方式，采用通用化、標準化的設計理念來(lái)提供切合市場(chǎng)需求的汽車(chē)傳感器。
各種各樣的產(chǎn)品已經(jīng)深刻地融入到汽車(chē)的各個(gè)功能系統，包括發(fā)動(dòng)機管理系統、底盤(pán)與傳動(dòng)系統、安全系統、車(chē)身電子系統、空調環(huán)境系統等等。從汽車(chē)傳感器的發(fā)展趨勢來(lái)看，它將不僅僅局限在發(fā)動(dòng)機管理系統，而是越來(lái)越多地與環(huán)境保護、安全和智能化聯(lián)系在一起。未來(lái)幾年，汽車(chē)引擎和驅動(dòng)部分的應用仍然是智能傳感器的最大應用領(lǐng)域，雖然其增長(cháng)趨勢將沒(méi)有其它應用那么明顯；尾氣排放控制傳感器的需求的增長(cháng)前景仍然被看好，世界各國有關(guān)汽車(chē)尾氣排放限制的法規逐漸嚴格，這將大力推動(dòng)排放控制傳感器市場(chǎng)的增長(cháng)。
此外，隨著(zhù)汽車(chē)安全技術(shù)的重心正由被動(dòng)安全轉向主動(dòng)安全，安全應用將是一個(gè)有著(zhù)巨大增長(cháng)潛力的市場(chǎng)。據Du Pont Automotive的一項調查結果顯示，對于汽車(chē)消費者來(lái)說(shuō)，安全至上，其重要性排在性能、娛樂(lè )功能和燃油效率之上。政府的直接推動(dòng)和影響是汽車(chē)安全應用得以快速發(fā)展的一個(gè)主要原因。例如，對于輪胎壓力監測來(lái)說(shuō)，根據聯(lián)邦汽車(chē)安全標準138 (FMVSS138)，美國正在執行強制規定，要求為美國市場(chǎng)生產(chǎn)的汽車(chē)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(chē)輛配備ABS系統，以改善道路安全狀況。雖然目前中國沒(méi)有要求采用胎壓監測系統(TPMS)的相關(guān)規定，但這種應用也出現了增長(cháng)的趨勢。對此，飛思卡爾半導體公司亞太區汽車(chē)電子總監楊飛評論說(shuō)：“輪胎壓力傳感器只是其中的一個(gè)例子。我們將看到安全和保安領(lǐng)域將有越來(lái)越多的應用，能夠使汽車(chē)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(chē)與工業(yè)電子市場(chǎng)部高級經(jīng)理蔡志雄也強調，現代汽車(chē)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(guān)鍵的增長(cháng)領(lǐng)域之一。
市場(chǎng)調研公司Strategy Analytics預計，汽車(chē)半導體市場(chǎng)在2008年以前的平均增長(cháng)速度為9.2%，到2008年將由2003年的139億美元增長(cháng)到215億美元。中國是其中的關(guān)鍵增長(cháng)動(dòng)力之一，增長(cháng)速度最快。飛思卡爾的楊飛指出，作為一個(gè)發(fā)展中的市場(chǎng)，中國的多數汽車(chē)配置都非?；?，但隨著(zhù)中國經(jīng)濟的迅速增長(cháng)，以及客戶(hù)對于安全問(wèn)題的日益重視，市場(chǎng)將需要更多的功能強大的汽車(chē)。他說(shuō)：“因此我們可以預見(jiàn)，一方面半導體增長(cháng)將因汽車(chē)產(chǎn)量增長(cháng)而倍增；另一方面，客戶(hù)對于汽車(chē)安全功能的期望越來(lái)越高，將為中國汽車(chē)傳感器市場(chǎng)創(chuàng )造出巨大的潛力?！标愱?yáng)也透露，中國是霍尼韋爾汽車(chē)傳感器增長(cháng)速度最快的市場(chǎng)，該公司的汽車(chē)電子部門(mén)正在為不同車(chē)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(yè)界廠(chǎng)商以構建最高級別的安全駕乘環(huán)境為最終目的的技術(shù)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(shuō)“沒(méi)有做不到，只有想不到”?？梢灶A見(jiàn)，將來(lái)最先進(jìn)的智能傳感系統將使汽車(chē)擁有像人類(lèi)“第六感”一樣的高度智慧和神奇，從而將汽車(chē)的安全性能提高到一個(gè)前所未有的高度。從目前看來(lái)，正在逐漸開(kāi)始被導入高檔轎車(chē)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(huán)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(huì )保持某個(gè)電阻值不發(fā)生變化，而一旦空氣中含有酒精，元件表面的氧元素便會(huì )與酒精發(fā)生反應，使電阻值下降。通過(guò)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(pán)內，一旦檢測出駕駛員呼出的氣體含有酒精，便發(fā)出安全警報。
自動(dòng)雨刷系統：以發(fā)光二極管對前擋風(fēng)玻璃發(fā)出光束，當雨滴打在感應區的玻璃上時(shí)，光束所反射的光線(xiàn)強度，會(huì )因玻璃上的雨量或濕氣含量而有所變化，改變雨刷的刷動(dòng)頻率；或透過(guò)紅外線(xiàn)電子雨量傳感器感應雨量的多寡，并隨車(chē)速的變化自動(dòng)調整雨刷速度，增進(jìn)駕駛人的駕駛方便性，讓駕駛更有安全性。
電子式自動(dòng)照明系統：電子式感應頭燈可透過(guò)車(chē)外的光線(xiàn)明暗感應器自動(dòng)監測外界的光線(xiàn)，在天色有變化或是進(jìn)入山洞時(shí)，電子式感應器將頭燈自動(dòng)打開(kāi)，減少駕駛人操作的時(shí)間，增加行車(chē)安全性。
胎壓監測系統：在每個(gè)輪胎上安裝高靈敏度的傳感器，于行車(chē)狀態(tài)下隨時(shí)監測輪胎狀況，并透過(guò)傳感器以無(wú)線(xiàn)方式發(fā)射到接收器，讓駕駛人能隨時(shí)掌握漏氣與溫度升高等輪胎狀況，以確保汽車(chē)行駛中的安全，并延長(cháng)輪胎的使用壽命與降低燃油的消耗。最先進(jìn)的直接輪胎壓力監測解決方案的特點(diǎn)包括高級預警系統和壓力、溫度、電壓和動(dòng)作探測等。
安全氣囊觸發(fā)系統：如飛思卡爾推出的衛星加速度傳感器，可擴展到整個(gè)汽車(chē)周?chē)蕴綔y碰撞。通過(guò)加速度傳感器與SmartMOS技術(shù)集成，專(zhuān)門(mén)用于探測碰撞和觸發(fā)汽車(chē)正面和側面的安全氣囊。一個(gè)集成式器件提供加速度探測、電壓調節、MCU功能和有線(xiàn)通訊協(xié)議。飛思卡爾提供種類(lèi)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(lái)幾年擴散，有關(guān)機構將要求采用汽車(chē)動(dòng)態(tài)控制(VDC)系統，也被稱(chēng)作“電子穩定控制(ESC)系統”。他說(shuō)，目前這種系統是高檔汽車(chē)的一個(gè)標準配置，但將繼續向更多的車(chē)款擴散?！胺€定控制系統尤其令SUV運動(dòng)休閑車(chē)受益，因為這種車(chē)重心較高，更容易發(fā)生側翻?！贝送?，隨著(zhù)圖像傳感和處理技術(shù)的發(fā)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(diǎn)探測等基于傳感器的智能系統將逐漸進(jìn)入新一代的汽車(chē)應用中。
智能傳感器的技術(shù)要求
汽車(chē)應用通常被視為最困難的領(lǐng)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(dòng)。汽車(chē)電子操控系統的動(dòng)作必須快速、正確、可靠，傳統通過(guò)分立電子元器件搭建的電路監測控制系統已經(jīng)不能滿(mǎn)足現代汽車(chē)的要求，需要通過(guò)硬件集成、直接交換數據和簡(jiǎn)化電路，并提高智能化程度來(lái)確?？刂茊卧獎?dòng)作的正確性、可靠性和適時(shí)性。而且現在幾乎所有的汽車(chē)的機械結構部件都已受電子裝置控制，但汽車(chē)車(chē)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(gè)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(chē)的各種功能部件都有各自的運動(dòng)、操控特性，對汽車(chē)傳感器而言，大多處于非常惡劣的運行環(huán)境中，而且各不相同。諸如工作狀態(tài)時(shí)的高溫，靜止待命時(shí)的低溫，高濃度的油蒸汽和活性(毒性)氣體，以及高速運動(dòng)和高強度的沖擊和振動(dòng)等。因此，傳感器和電路必須要有高穩定、抗環(huán)境干擾和自適應、自補償調整的能力。據霍尼韋爾的陳陽(yáng)介紹，汽車(chē)傳感器在出廠(chǎng)之前要經(jīng)過(guò)高低溫存放、恒定濕熱、熱沖擊、泥漿噴濺、鹽水噴濺、振動(dòng)和電磁干擾等嚴格測試，確保產(chǎn)品性能不受周?chē)h(huán)境的影響。
與上述要求同樣重要甚至更關(guān)鍵的一個(gè)條件是，汽車(chē)電子用的電子元器件、模塊必須要能大規模工業(yè)生產(chǎn)，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(mǎn)足現代汽車(chē)的各項需要，而且因為可以在集成電路標準硅工藝線(xiàn)上批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較低，所以在汽車(chē)工業(yè)中找到了自己最大的應用市場(chǎng)，反過(guò)來(lái)也有力地促進(jìn)了汽車(chē)產(chǎn)品的智能化。
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