中國橡膠機械網 現(xiàn)代汽車已經越來越接近于“自動車”、“智能車”，汽車傳感器也必然成為這些先進系統(tǒng)的“神經末梢”，為中央處理器提供必需的感知信息，如外部環(huán)境的各種物理信號和參數等?？梢哉f，沒有各式各樣的傳感器就實現(xiàn)不了機械設備的智能化。只要有新的汽車應用系統(tǒng)出現(xiàn)，都將催生新的汽車傳感器與之配套。
電子信息技術已經成為新一代汽車發(fā)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(tǒng)及結構和電子產品、信息技術間的完美結合，電子技術的發(fā)展已使汽車產品的概念發(fā)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(tǒng)以及車載辦公系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)等車內電子設備的本質改變較少外，現(xiàn)代汽車電子從所應用的電子元器件到車內電子系統(tǒng)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(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(tǒng)，包括發(fā)動機管理系統(tǒng)、底盤與傳動系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、車身電子系統(tǒng)、空調環(huán)境系統(tǒng)等等。從汽車傳感器的發(fā)展趨勢來看，它將不僅僅局限在發(fā)動機管理系統(tǒng)，而是越來越多地與環(huán)境保護、安全和智能化聯(lián)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(guī)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Du Pont Automotive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(fā)展的一個主要原因。例如，對于輪胎壓力監(jiān)測來說，根據聯(lián)邦汽車安全標準138(FMVSS138)，美國正在執(zhí)行強制規(guī)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(jiān)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(tǒng)，以改善道路安全狀況。雖然目前中國沒有要求采用胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)的相關規(guī)定，但這種應用也出現(xiàn)了增長的趨勢。對此，飛思卡爾半導體公司亞太區(qū)汽車電子總監(jiān)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(yè)電子市場部高級經理蔡志雄也強調，現(xiàn)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Strategy Analytics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(fā)展中的市場，中國的多數汽車配置都非?；荆S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(chuàng)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(yè)界廠商以構建最高級別的安全駕乘環(huán)境為最終目的的技術競賽中，各種新興的安全系統(tǒng)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”。可以預見，將來最先進的智能傳感系統(tǒng)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(tǒng)有：
酒精檢測MEMS系統(tǒng)：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保持某個電阻值不發(fā)生變化，而一旦空氣中含有酒精，元件表面的氧元素便會與酒精發(fā)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(fā)出安全警報。
自動雨刷系統(tǒng)：以發(fā)光二極管對前擋風玻璃發(fā)出光束，當雨滴打在感應區(qū)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(tǒng)：電子式感應頭燈可透過車外的光線明暗感應器自動監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)：在每個輪胎上安裝高靈敏度的傳感器，于行車狀態(tài)下隨時監(jiān)測輪胎狀況，并透過傳感器以無線方式發(fā)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(jiān)測解決方案的特點包括高級預警系統(tǒng)和壓力、溫度、電壓和動作探測等。
安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)：如飛思卡爾推出的衛(wèi)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(fā)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(jié)、MCU功能和有線通訊協(xié)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(xiàn)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(tài)控制(VDC)系統(tǒng)，也被稱作“電子穩(wěn)定控制(ESC)系統(tǒng)”。他說，目前這種系統(tǒng)是高檔汽車的一個標準配置，但將繼續(xù)向更多的車款擴散。“穩(wěn)定控制系統(tǒng)尤其令SUV運動休閑車受益，因為這種車重心較高，更容易發(fā)生側翻?！贝送?，隨著圖像傳感和處理技術的發(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、盲點探測等基于傳感器的智能系統(tǒng)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(tǒng)的動作必須快速、正確、可靠，傳統(tǒng)通過分立電子元器件搭建的電路監(jiān)測控制系統(tǒng)已經不能滿足現(xiàn)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保控制單元動作的正確性、可靠性和適時性。而且現(xiàn)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(tǒng)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(huán)境中，而且各不相同。諸如工作狀態(tài)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(wěn)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(huán)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(guī)模工業(yè)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(xiàn)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(yè)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。
電子信息技術已經成為新一代汽車發(fā)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(tǒng)及結構和電子產品、信息技術間的完美結合，電子技術的發(fā)展已使汽車產品的概念發(fā)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(tǒng)以及車載辦公系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)等車內電子設備的本質改變較少外，現(xiàn)代汽車電子從所應用的電子元器件到車內電子系統(tǒng)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(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(tǒng)，包括發(fā)動機管理系統(tǒng)、底盤與傳動系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、車身電子系統(tǒng)、空調環(huán)境系統(tǒng)等等。從汽車傳感器的發(fā)展趨勢來看，它將不僅僅局限在發(fā)動機管理系統(tǒng)，而是越來越多地與環(huán)境保護、安全和智能化聯(lián)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(guī)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Du Pont Automotive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(fā)展的一個主要原因。例如，對于輪胎壓力監(jiān)測來說，根據聯(lián)邦汽車安全標準138(FMVSS138)，美國正在執(zhí)行強制規(guī)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(jiān)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(tǒng)，以改善道路安全狀況。雖然目前中國沒有要求采用胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)的相關規(guī)定，但這種應用也出現(xiàn)了增長的趨勢。對此，飛思卡爾半導體公司亞太區(qū)汽車電子總監(jiān)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(yè)電子市場部高級經理蔡志雄也強調，現(xiàn)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Strategy Analytics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(fā)展中的市場，中國的多數汽車配置都非?；荆S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(chuàng)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(yè)界廠商以構建最高級別的安全駕乘環(huán)境為最終目的的技術競賽中，各種新興的安全系統(tǒng)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”。可以預見，將來最先進的智能傳感系統(tǒng)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(tǒng)有：
酒精檢測MEMS系統(tǒng)：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保持某個電阻值不發(fā)生變化，而一旦空氣中含有酒精，元件表面的氧元素便會與酒精發(fā)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(fā)出安全警報。
自動雨刷系統(tǒng)：以發(fā)光二極管對前擋風玻璃發(fā)出光束，當雨滴打在感應區(qū)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(tǒng)：電子式感應頭燈可透過車外的光線明暗感應器自動監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)：在每個輪胎上安裝高靈敏度的傳感器，于行車狀態(tài)下隨時監(jiān)測輪胎狀況，并透過傳感器以無線方式發(fā)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(jiān)測解決方案的特點包括高級預警系統(tǒng)和壓力、溫度、電壓和動作探測等。
安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)：如飛思卡爾推出的衛(wèi)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(fā)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(jié)、MCU功能和有線通訊協(xié)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(xiàn)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(tài)控制(VDC)系統(tǒng)，也被稱作“電子穩(wěn)定控制(ESC)系統(tǒng)”。他說，目前這種系統(tǒng)是高檔汽車的一個標準配置，但將繼續(xù)向更多的車款擴散。“穩(wěn)定控制系統(tǒng)尤其令SUV運動休閑車受益，因為這種車重心較高，更容易發(fā)生側翻?！贝送?，隨著圖像傳感和處理技術的發(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、盲點探測等基于傳感器的智能系統(tǒng)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(tǒng)的動作必須快速、正確、可靠，傳統(tǒng)通過分立電子元器件搭建的電路監(jiān)測控制系統(tǒng)已經不能滿足現(xiàn)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保控制單元動作的正確性、可靠性和適時性。而且現(xiàn)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(tǒng)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(huán)境中，而且各不相同。諸如工作狀態(tài)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(wěn)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(huán)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(guī)模工業(yè)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(xiàn)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(yè)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。