車(chē)用傳感器的開(kāi)發(fā)趨勢(shì)及預(yù)測(cè)
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時(shí)間：2011-03-11
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“沒(méi)有傳感器技術(shù)就沒(méi)有現(xiàn)代汽車(chē)”已成為業(yè)內(nèi)共識(shí)，這意味著汽車(chē)電子化越發(fā)達(dá)，自動(dòng)化程度越高，對(duì)傳感器依賴(lài)性就越大。對(duì)此，業(yè)內(nèi)專(zhuān)家認(rèn)為，未來(lái)新型汽車(chē)應(yīng)用系統(tǒng)將催生新的汽車(chē)傳感器與之配套。傳感器發(fā)展的最大特點(diǎn)是不斷引入新技術(shù)發(fā)展新功能，未來(lái)汽車(chē)傳感器技術(shù)總發(fā)展趨勢(shì)是微型化、多功能化和智能化。
世界車(chē)用傳感器的開(kāi)發(fā)趨勢(shì)
資料顯示， 一輛普通家用轎車(chē)上大約安裝幾十只傳感器，豪華轎車(chē)上的傳感器數(shù)量可多達(dá)200余只。預(yù)計(jì)，到2012年汽車(chē)傳感器銷(xiāo)售額達(dá)158億美元。
車(chē)用傳感器大致分為三類(lèi)：動(dòng)力系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)和車(chē)身舒適系統(tǒng)傳感器。其中動(dòng)力系統(tǒng)傳感器市場(chǎng)所占比例最大，體現(xiàn)了汽車(chē)傳感器的最先進(jìn)技術(shù)。例如，油門(mén)踏板位置傳感器的角度誤差必須在0.4%以?xún)?nèi)；節(jié)氣門(mén)位置傳感器需要極高的可靠性，并要能夠在-50度到150度工作。
在動(dòng)力系統(tǒng)中，有源傳感器引領(lǐng)發(fā)展趨勢(shì)。凸輪和曲軸傳感器因?yàn)榕c汽車(chē)的“心臟”發(fā)動(dòng)機(jī)密切相關(guān)，成為動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵。而有源的凸輪傳感器和曲軸傳感器能夠?yàn)閯?dòng)力系統(tǒng)提供更多的保護(hù)，因此將引領(lǐng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
在安全管理系統(tǒng)中， 壓力傳感器實(shí)現(xiàn)側(cè)氣囊控制。汽車(chē)安全管理系統(tǒng)也是廣泛使用傳感器的領(lǐng)域。汽車(chē)側(cè)邊氣囊的控制有加速度傳感器和壓力傳感器兩種方案。權(quán)威數(shù)據(jù)表明，與加速度傳感器相比，壓力傳感器在檢測(cè)側(cè)邊撞擊的速度方面，比加速度傳感器快了將近3倍，而誤動(dòng)作的概率則更小。
在車(chē)身舒適系統(tǒng)中，車(chē)門(mén)、變速箱、被動(dòng)安全讓汽車(chē)更智能。車(chē)門(mén)模塊中，車(chē)門(mén)把手、車(chē)窗控制上使用了直流馬達(dá)位置傳感器，采用分布式門(mén)模塊架構(gòu)，并通過(guò)LIN總線相連接。變速箱通過(guò)使用二軸或三軸角度/線性傳感器，能夠滿足不同的變速箱位置要求并節(jié)省成本，具體的傳感器選擇則要根據(jù)汽車(chē)變速箱的功能和設(shè)計(jì)需求來(lái)決定。被動(dòng)安全裝置包括座椅承重的檢測(cè)、安全帶打開(kāi)/扣住的監(jiān)測(cè)、座椅位置調(diào)節(jié)的檢測(cè)（保證氣囊系統(tǒng)的有效保護(hù)）等等，這些控制的細(xì)節(jié)對(duì)汽車(chē)傳感器的需求也十分可觀。
加速度、振動(dòng)、速度傳感器是汽車(chē)運(yùn)動(dòng)測(cè)量中的三種主要傳感器，一直保持穩(wěn)定而強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭。目前，世界生產(chǎn)這三種傳感器的大型企業(yè)有30多家，其中前5名公司占據(jù)了31.3%的市場(chǎng)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%。
西方發(fā)達(dá)國(guó)家排放法規(guī)對(duì)尾氣排放量日益嚴(yán)格的要求，推動(dòng)了汽車(chē)用氧傳感器的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)。目前，已實(shí)用的汽車(chē)氧傳感器有氧化鍺氧傳感器、二氧化鈦氧傳感器等幾種。
值得一提的是，微型化傳感器利用微機(jī)械加工技術(shù)將微米級(jí)的敏感元件、信號(hào)調(diào)理器、數(shù)據(jù)處理裝置集成封裝在一塊芯片上。由于其體積小、價(jià)格便宜、便于集成等特點(diǎn)，可以提高系統(tǒng)測(cè)試精度，例如把微型壓力傳感器和微型溫度傳感器集成在一起，同時(shí)測(cè)出壓力和溫度，便可通過(guò)芯片內(nèi)運(yùn)算消去壓力測(cè)量中的溫度影響。目前已有不少微型傳感器面世，如壓力傳感器、加速度計(jì)、用于防撞的硅加速度計(jì)等。
在汽車(chē)輪胎內(nèi)嵌入微型壓力傳感器可以保持適當(dāng)充氣，避免充氣過(guò)量或不足，從而可節(jié)約燃油10%。多功能化的特性使得傳感器能夠同時(shí)檢測(cè)2個(gè)或2個(gè)以上的特性參數(shù)。
智能傳感器配有專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，它的迅速發(fā)展將汽車(chē)的安全性能提高到一個(gè)前所未有的高度。隨著微電子技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，傳感器正朝著微型化、多功能化、智能化方向發(fā)展。
中國(guó)車(chē)載傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀
汽車(chē)傳感器是汽車(chē)電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一，本文簡(jiǎn)單介紹了國(guó)內(nèi)汽車(chē)傳感器的應(yīng)用發(fā)展情況，以及汽車(chē)上幾種主要的傳感器，并對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。
● 汽車(chē)傳感器市場(chǎng)規(guī)模大
市場(chǎng)研究數(shù)據(jù)顯示，2002年全球汽車(chē)傳感器的市場(chǎng)規(guī)模為70.1億美元，全球2002年汽車(chē)傳感器的市場(chǎng)需求量為10.38億只，我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)發(fā)展加快，估計(jì)2010年將達(dá)1500萬(wàn)輛的生產(chǎn)能力，若每輛車(chē)用10只傳感器，將需15000萬(wàn)套傳感器及其配套變送器和儀表。
我國(guó)現(xiàn)有汽車(chē)2000萬(wàn)輛，并且每年以5%以上的速度遞增，但是目前“電噴”汽車(chē)還只占10%左右，國(guó)家規(guī)定停止“化油器”汽車(chē)的生產(chǎn)，新出廠的汽車(chē)要求全部安裝“電噴”系統(tǒng)。上海聯(lián)合汽車(chē)電子現(xiàn)在年產(chǎn)120萬(wàn)套“電噴”系統(tǒng)傳感器，約4000～6000元/套，其中，汽車(chē)傳感器占60%以上的產(chǎn)值。國(guó)內(nèi)電噴系統(tǒng)應(yīng)用傳感器占系統(tǒng)的70%以上，ABS傳感器的成本為50元左右，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量為100萬(wàn)套，產(chǎn)值為5000萬(wàn)元；安全氣囊的傳感器占系統(tǒng)成本的70%以上，安全氣囊的傳感器售價(jià)為2000元左右，需求量為100萬(wàn)套/年，則傳感器的產(chǎn)值可達(dá)20億元。
● 汽車(chē)傳感器舉足輕重
汽車(chē)傳感器作為汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是汽車(chē)電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。汽車(chē)傳感器對(duì)溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度和振動(dòng)等各種信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量和控制。衡量現(xiàn)代高級(jí)轎車(chē)控制系統(tǒng)水平的關(guān)鍵就在于其傳感器的數(shù)量和水平。當(dāng)前，一輛國(guó)內(nèi)普通家用轎車(chē)上大約安裝了近百個(gè)傳感器，而豪華轎車(chē)上的傳感器數(shù)量多達(dá)200只。
近年來(lái)從半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展而來(lái)的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)日漸成熟，利用這一技術(shù)可以制作各種能敏感和檢測(cè)力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量、化學(xué)量和生物量的微型傳感器，這些傳感器的體積和能耗小，可實(shí)現(xiàn)許多全新的功能，便于大批量和高精度生產(chǎn)，單件成本低，易構(gòu)成大規(guī)模和多功能陣列，非常適合在汽車(chē)上應(yīng)用。
微型傳感器的大規(guī)模應(yīng)用將不僅限于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制和安全氣囊，在未來(lái)5～7年內(nèi)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行管理、廢氣與空氣質(zhì)量控制、ABS、車(chē)輛動(dòng)力的控制、自適應(yīng)導(dǎo)航、車(chē)輛行駛安全系統(tǒng)在內(nèi)的應(yīng)用，將為MEMS技術(shù)提供廣闊的市場(chǎng)。
● 國(guó)內(nèi)汽車(chē)傳感器生產(chǎn)水平低
自20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車(chē)儀表行業(yè)引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)及與之相配套的傳感器生產(chǎn)技術(shù)，基本滿足了國(guó)內(nèi)小批量、低水平車(chē)型的配套需求。由于起步較晚，還沒(méi)有形成系列化、配套化，尚未形成獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)，仍然依附于汽車(chē)儀表企業(yè)。
眾多轎車(chē)、輕型車(chē)及部分載貨車(chē)中采用新的電子產(chǎn)品，需要大批量、高水平的汽車(chē)傳感器，但國(guó)內(nèi)現(xiàn)有最高水平的汽車(chē)傳感器產(chǎn)品比國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品落后10多年，每年要進(jìn)口50萬(wàn)套以上的高性能汽車(chē)傳感器。
許多傳感器廠家為了增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，采用與國(guó)外同行業(yè)進(jìn)行合資經(jīng)營(yíng)的方式，消化吸收國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)，使產(chǎn)品升級(jí)換代，從而逐步發(fā)展壯大，有的已成為幾大“電噴”系統(tǒng)廠家的下游供應(yīng)商。但絕大多數(shù)企業(yè)還只是配套生產(chǎn)其它車(chē)用傳感器，處于利潤(rùn)少、產(chǎn)品單一、產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平低下的狀況。
伴隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)，今后幾年國(guó)內(nèi)汽車(chē)工業(yè)對(duì)傳感器及其配套變速器和儀表的需求亦將大大增加，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)傳感器國(guó)產(chǎn)化勢(shì)在必行。為適應(yīng)這一形勢(shì)，應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)新型壓力、溫度、流量、位移等傳感器，盡快為汽車(chē)工業(yè)解決電噴系統(tǒng)、空調(diào)排污系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)所需的傳感器是十分迫切的任務(wù)。汽車(chē)傳感器對(duì)整車(chē)廠而言，是二級(jí)配套產(chǎn)品，必須以系統(tǒng)形式進(jìn)入整車(chē)廠配套。一級(jí)系統(tǒng)配套商的實(shí)力關(guān)系到主機(jī)廠的品牌，所以必須建立系統(tǒng)平臺(tái)，以系統(tǒng)帶動(dòng)傳感器的發(fā)展。
中國(guó)車(chē)載傳感器的發(fā)展趨勢(shì)
未來(lái)的汽車(chē)傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是微型化、多功能化、集成化和智能化。汽車(chē)傳感器和電子系統(tǒng)向著采用MEMS傳感器的方向發(fā)展。
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