電動汽車感測器

電動汽車感測器，被廣泛套用於汽車發動機、底盤和車身等系統中，在純電動汽車電子控制系統有著十分重要的作用。在純電動汽車裡，感測器主要用於發動機控制系統、底盤控制系統、車身控制系統和導航系統。

基本介紹

• 中文名：電動汽車感測器
• 基本知識：純電動汽車電子控制系統關鍵部件
• 發展趨勢：多功能化、集成化和智慧型化
• 功能：測量溫度、壓力、流量

感測器知識

現在電動汽車工業中，感測器廣泛套用在發動機、底盤和車身等系統中，在純電動汽車電子控制系統有著十分重要的作用。

感測器作為純電動汽車電子控制系統的信息源，是純電動汽車電子控制系統的關鍵部件，也是電動汽車電子技術領域研究的核心內容之一。目前，一輛普通家用轎車上大約安裝近百隻感測器，而豪華轎車上的感測器可達二百餘只。據報導，2000年汽車感測器的市場為61.7億美元，到2008年市場需求量達到14.87億件。預計到2012年全球汽車感測器市場將上升到135億美元，全球車用感測器將以9%左右的增長率持續增長。

在純電動汽車裡，感測器主要用於發動機控制系統、底盤控制系統、車身控制系統和導航系統。

發展趨勢

未來純電動汽車感測器的發展趨勢是實現微型化、多功能化、集成化和智慧型化。

設計技術、材料技術。特別是微電子技術的發展是電動汽車感測器的微型化提高到了一個新的水平，利用微電子機械加工技術將微米級的敏感元件、信號處理器、數據處理裝置封裝在同一個晶片上，它具有體積小、價格便宜、可靠性高等特點，並且可以明顯提高系統測試精度。多功能是指一個電動汽車感測器能檢測兩個或以上物理參數或化學參數。

集成化是直接利用半導體特性製成單片積體電路感測器或是將分離的小型感測器作在矽片上，如集成溫度、濕度、壓力感測器以及霍爾電路等。多功能化、集成化使感測器的信號處理更為方便，大大提高了感測器的使用性能，節約空間、降低成本。智慧型化是指純電動汽車感測器與大規模積體電路的結合，使感測器的智慧型性不斷升級，帶有專用微型計算機的智慧型感測器已在汽車上套用。

產品介紹

20世界末，隨著世界氣候環境的惡化和能源危機加劇，人們的環保和節能意識不斷增強，人們把目光轉向新能源汽車的研發上，混合動力汽車和電動汽車的出現時汽車領域的重大革命，電動汽車除了在能源、環保和節能方面比普通汽車顯示出優越性和強大的競爭力外，在車輛性能方面也顯示除了巨大的優勢，電動汽車的轉矩回響迅速、加速度塊，比燃油汽車搞出兩個數量級，電動機可分散配置，通過線傳電子控制技術直接控制車輪轉速，易實現四輪獨立驅動和四輪轉向。網路技術、信息技術和線控技術的廣泛套用，使智慧型交通系統（ITS）的實現也變得非常簡單，還可以實現再生制動和能量回收，提高了電動汽車制動的安全性和可靠性。

電動汽車感測器

電動汽車主要由電力驅動子系統、電源子系統和輔助子系統等幾部分組成。其結構與傳統汽車相比有了明顯的變化，其傳統燃油動力系統被電力驅動系統所替代。電力驅動系統包括系統控制器、功率變換器、電動機、機械傳動裝置和車輪，其功用是將存儲在蓄電池中的電能高效地轉化為車輪的動能，並能夠在汽車減速制動時，將車輪的動能轉化為電能充入蓄電池。電動汽車的能量源由電池提供。隨著電動汽車的結構的變化，其內部所用的感測器也有所不同，感測器類型也相應發生變化。車內大部分的傳統和機械鋼性信號被柔性的電信號所取代，增加了電源系統中一些電壓計電流感測器。為了更好地控制電動機的出入電壓計電流，感測器的檢測精度也比以往有所提高。電動汽車中同時保留了傳統汽車中輔助子系統中作用電子控制感測單元（ECU），同時對安全管理系統和車身舒適系統感測器提出更高要求，體現了汽車感測器的最先進技術。

隨著汽車電子控制技術的發展，無論是電動汽車工業，還是傳統汽車工業對汽車感測器的要求將會越來越高，汽車感測器不僅要考慮安全、節能、環保以及智慧型化等方面性能，而且還要不斷提高其技術含量，降低生產成本，提高性價比。

組成與分類

隨著汽車工業的發展，日新月異的感測器技術正廣泛套用到電動汽車領域中，現代汽車技術的發展特徵之一就是越來越多的部件採用電子控制，而實現電子控制的主教就是感測器。

感測器能檢測物理量、化學量、生物理等信息，並把其轉換成電信號。根據感測器的作用，可分類為測量溫度、壓力、流量、位置、氣體濃度、速度、光亮度、乾濕度、距離等功能的感測器，它們各司其職，一旦某個感測器失靈，對應的裝置就會工作不正常甚至不工作。因此，感測器是汽車控制系統的關鍵性部件，如果沒有各種感測器，汽車上的河中微機控制根本無法實現。汽車興業是當前感測器的最大用戶，據統計，1986年，在西歐感測器市場上，汽車用感測器占到33%，美國1986年汽車用感測器約為1.1億個，其中用在發動機上的感測器約為6 000萬個。但隨著汽車電子控制技術的發展，汽車用感測器將大幅度地增加，遍布汽車的各個部位。

電動汽車感測器與傳統汽車感測器一樣，都是由敏感元件、轉換元件和其他輔助元件組成，優勢也將信號調節與轉換電路及輔助電源作為感測器的組成部分。其中敏感元件是指感測器中能直接接受或回響被測量的部分；轉換元件指感測器中能將敏感元件感受的或回響的被探測量轉換成適合傳輸和測量的電信號部分。

電動汽車感測器按照其功用大致可分為兩大類：一類是使駕駛員了解電動汽車各部分當前狀態的顯示感測器；另一類是用於控制汽車運行狀態的控制感測器。電動汽車常用的控制類感測器如表8.1表示。

電動汽車感測器

性能與要求

感測器的性能指標包括精度、回響特性、可靠性、耐久性、結構是否緊湊、實用性、輸出電平等。由於在電動汽車上為了有效地控制電動機與發電機，需要更高精度地檢測轉子轉速、電池的電壓計電流感測器，因此對電動汽車用感測器的要求如下：

電動汽車感測器

1）有較好的環境適應性。電動汽車工作的環境溫度變化範圍較寬、道路表面優劣程度相差很大，烈日、暴雨、環境溫度相差懸殊，因此要求感測器耐震、耐溫、耐水性良好。

2）批量生產性。由於電動汽車是批量生產的，甚至同一種感測器在一台汽車上要用到十至上百個，所以要求電動汽車用感測器要適合大批量生產的要求。

3）高精度。要求具有高精度的電壓及電流感測器、轉速感測器。如電動汽車上徐此案吃的電流檢測精度要求在0.05~1500 A之間。

4）可靠性。

5）體積小。儘可能做到體積小、質量輕，便於安裝、調試，減少整車重量。

6）符合電動汽車感測器有關技術標準要求。

速度感測器

速度感測器是電動汽車較為重要的感測器，也是套用較多的感測器。就其定義而言，速度感測器主要是用來測量速度的感測器，分為轉速感測器、車速感測器、車輪轉速感測器等。

電動汽車速度感測器

轉速感測器主要用於電動汽車電動機旋轉速度的檢測。目前，常用的轉速感測器有三種，分別為電磁感應式轉速感測器、光電感應式轉速感測器、霍爾效應式轉速感測器，均採用非接觸式測量原理，以增強檢測的安全性、提高檢測精度。

車速感測器用來測量電動汽車行駛速度。車速感測器信號主要用於儀錶板的車速表顯示及發動機怠速、電動汽車加速其間的控制等。目前我國絕大部分電動汽車上的速度表都是以汽車論壇的選擇轉速變換成汽車速度進行測速的。這在汽車制動、打滑的情況下，以及論壇因新舊、摩擦、路面、胎壓高低等造成其外圓周長的變化都會造成誤差過大，甚至無法工作。目前車速感測器主要有電磁感應式、光電式、可變磁阻式和霍爾式集中。電動汽車上普遍採用電磁感應式和霍爾式速度感測器。

發展趨勢

全球感測器市場正呈現出快速增長態勢。資訊公司INTECHNO CONSULTING的市場報告顯示，2008年全球感測器市場容量為506億美元，預計2010年全球感測器市場可達600億美元以上。東歐、亞太區和加拿大成為感測器市場增長最快的地區，而美國、德國、日本依然是感測器市場分布最大的國家。就世界範圍而言，感測器市場上增長最快的依舊是汽車市場。

“沒有感測器技術就沒有現代汽車”已成為業內共識，這意味著汽車電子化越發達，自動化程度越高，對感測器依賴性就越大。對此，業內專家認為，未來新型汽車套用系統將催生新的汽車感測器與之配套。感測器的最大特點是不斷引入新技術發展新功能，未來汽車感測器技術總發展趨勢是微型化、多功能化和智慧型化。

世界車用感測器開發趨勢

資料顯示，一輛普通家用轎車上大約安裝幾十隻感測器，豪華轎車上的感測器數量可多達200餘只。據市場研究機構Strategy Analytics預計，到2012年汽車感測器銷售額達158億美元。

車用感測器大致分為3類：動力系統、安全管理系統和車身舒適系統感測器。其中動力系統感測器市場所占比例最大，體現了汽車感測器的最先進技術。例如，油門踏板位置感測器的角度誤差必須在0.4%以內;節氣門位置感測器需要極高的可靠性，並要能夠在-50度到150度工作。

在動力系統中，有源感測器引領發展趨勢。凸輪和曲軸感測器因為與汽車的“心臟”發動機密切相關，成為動力系統的關鍵。而有源的凸輪感測器和曲軸感測器能夠為動力系統提供更多的保護，因此將引領未來發展趨勢。預計在2009年，將有5820萬個有源曲軸感測器投入使用，而無源感測器則將減少到2150萬個。

在安全管理系統中，壓力感測器實現側氣囊控制。汽車安全管理系統也是廣泛使用感測器的領域。汽車側邊氣囊的控制有加速度感測器和壓力感測器兩種方案。權威數據表明，與加速度感測器相比，壓力感測器在檢測側邊撞擊的速度方面，比加速度感測器快了將近3倍，而誤動作的機率則更小。

在車身舒適系統中，車門、變速箱、被動安全讓汽車更智慧型。車門模組中，車門把手、車窗控制上使用了直流馬達位置感測器，採用分散式門模組架構，並通過LIN匯流排相連線。變速箱通過使用2軸或3軸角度/線性感測器，能夠滿足不同的變速箱位置要求並節省成本，具體的感測器選擇則要根據汽車變速箱的功能和設計需求來決定。被動安全裝置包括座椅承重的檢測、安全帶打開/扣住的監測、座椅位置調節的檢測(保證氣囊系統的有效保護)等等，這些控制的細節對汽車感測器的需求也十分可觀。

加速度、振動、速度感測器是汽車運動測量中的三種主要感測器，一直保持穩定而強勁的增長勢頭。目前，世界生產這三種感測器的大型企業有30多家，其中前5名公司占據了31.3%的市場份額。例如Endevco占13.6%，Wilcoxa Research占9.1%，摩托羅拉占4.2%，IMI占3.0%，Analog Devices占1.4%。

西方已開發國家排放法規對尾氣排放量日益嚴格的要求，推動了汽車用氧感測器的開發與生產。目前，已實用的汽車氧感測器有氧化鍺氧感測器、二氧化鈦氧感測器等幾種。

值得一提的是，微型化感測器利用微機械加工技術將微米級的敏感元件、信號調理器、數據處理裝置集成封裝在一塊晶片上。由於其體積小、價格便宜、便於集成等特點，可以提高系統測試精度，例如把微型壓力感測器和微型溫度感測器集成在一起，同時測出壓力和溫度，便可通過晶片內運算消去壓力測量中的溫度影響。目前已有不少微型感測器面世，如壓力感測器、加速度計、用於防撞的矽加速度計等。

在汽車輪胎內嵌入微型壓力感測器可以保持適當充氣，避免充氣過量或不足，從而可節約燃油10%。多功能化的特性使得感測器能夠同時檢測2個或2個以上的特性參數。

智慧型感測器配有專用計算機，它的迅速發展將汽車的安全性能提高到一個前所未有的高度。隨著微電子技術和微機械加工技術的發展，感測器正朝著微型化、多功能化、智慧型化方向發展。

感測器在汽車中的套用圖解

電動汽車感測器

中國車用感測器發展技術甚憂

Strategy Analytics預測，從2004年到2009年，全球車用感測器將呈現9%左右的成長率。

中國市場更是車用感測器發展的沃土。近幾年來，中國感測器的市場一直持續增長。計世資訊(CCW Research)最新調查數據顯示，2007年～2010年期間中國汽車感測器市場銷售額的年度複合增長率將超過35%。預計2009年中國市場銷售額將接近10.5億美元，其同比增長率為40.5%;預計中國2010年市場銷售額將超過13.2億美元，其同比增長率為35.2%。

中國已經躍居世界第二大汽車市場，據中國汽車工業協會公布的數據顯示，早在2007年，中國汽車產銷量已經雙雙超過880萬輛，同比增長高達22.02%，成為僅次於美國的第二大汽車消費國。

2008年，中國汽車感測器市場規模達57億美元，預計2010年中國汽車感測器市場將達百億元，2015年可達1500萬輛。汽車電子的趨勢是ECU越來越集中，感測器越來越多。中國電噴系統套用感測器占系統的70%以上，ABS(防死鎖剎車系統)感測器的成本為50元左右，國內產量為100萬套，產值為5000萬元;安全氣囊的感測器占系統成本的70%以上，安全氣囊的感測器售價為2000元左右，需求量為100萬套/年，則感測器的產值可達20億元。

業內專家由此看好汽車感測器在中國的發展前景。他們認為，汽車數量的增加以及每輛汽車上所採用感測器的增多，決定了中國汽車感測器市場容量必將不斷增大，中國感測器市場正進入蓬勃發展期。

然而，和國外感測器產業相比，中國汽車感測器尚未形成獨立的產業。自20世紀80年代以來，中國汽車行業引進國外的先進技術及與之相配套的感測器生產技術，基本滿足了國內小批量、低水平車型的配套需求。中國汽車行業自行配套的感測器只是一些低檔的產品。車感測器對整車廠而言，是二級配套產品，必須以系統形式進入整車廠配套。當中國發動機電子控制系統由國外進口時，其相應配套的感測器也同時進口到中國。

可見，中國汽車感測器產業整體水平較低，多種感測器尤其是高水平汽車感測器仍舊依賴進口。感測器市場被西門子、博世、霍尼韋爾等國際零部件巨頭占據大半江山，而國內汽車感測器產業發展緩慢。

業內人士認為，中國感測器企業生產技術和生產規模目前並未達到汽車產業高新技術的要求，每年要進口50萬套以上的高性能汽車感測器。中國的汽車感測器產品與國外同類產品相比，水平相差10多年。比如，中國企業生產的曲軸位置、車速感測器有不少採用電磁式或霍爾式感測方式，存在著準確度低、分解能力差、信號精度不高、抗干擾性弱等問題，而國外同類產品早已採用光電式，有效避免了上述弊端。

另外，汽車感測器微型化、多功能化、集成化和智慧型化的發展趨勢對採用新工藝和開發新材料提出了更高要求。磁敏、氣敏、力敏、熱敏、光電、雷射等多種感測器應運而生，感測器的材料也從金屬發展成為半導體、陶瓷、光學纖維等材料。在這些方面，中國企業與外資企業的差距巨大。

目前，汽車技術升級換代，國內外企業都將車用感測器技術列為重點發展的高技術。微型化、智慧型化、非接觸測量和MEAS感測技術，將逐步取代傳統的機械式、應變片式、滑動電位器等感測技術，汽車感測器在安全、節能、環保以及智慧型化方面將取得重大突破。而各大感測器廠商在性能上的比拼，將提升汽車感測器的技術含量，降低生產成本，並推動新的技術革命，促進汽車感測器工業的發展。