传感器在汽车车身电子控制系统中的应用研究
随着汽车产业的飞速发展，汽车已从最初的生产运输交通工具，逐渐普及为人们日常生活出行的代步工具。汽车为我们带来高速、安全、舒适的驾驶体验，很大程度上得益于汽车电子技术的迅猛发展。目前，先进的电子控制技术被广泛应用于汽车中，使得汽车操作更为简单便捷、经济环保。其中，传感器作为汽车电子控制系统中不可或缺的信息源，自然不容忽视。
一、汽车车身电子控制系统
汽车电子控制系统是以信息技术和电子技术为基础，以提高汽车整车性能为目的，对汽车各机械总成、零部件进行工况信号数据采集、分析运算，最终按其控制要求进行调控处理的系统。根据汽车的总体结构，汽车电子控制系统可分为发动机、变速器、底盘和车身电子控制系统四大类。汽车车身电子控制系统，主要用于改善汽车行驶的安全性、方便性以及乘坐的舒适性、娱乐性等性能。它主要包括安全气囊系统(SRS)、安全带张紧控制系统(STTS)、中央门锁控制系统(CLCS)、车辆保安系统(VESS)、前照灯控制与清洗系统(HAW)、刮水器与清洗器控制系统(WWCS)和座椅位置调节系统(SAMS)、自动空调系统(ACS)、车载电话(CPH)、主动避撞系统和倒车防撞报警系统(PWS)等。随着信息网络技术和5G技术的发展，汽车车身电子控制系统还可用于和社会资源联结，将大量计算机、传感器与交通管理服务系统联结在一起。
二、传感器
汽车电子控制系统主要由传感器、控制单元和执行器三部分组成。传感器是汽车电控系统的信号采集输入和部分转化装置，安装在要监控的汽车零部件上。传感器(英文Sensor)，按照中国国家标准(GB/T7665-2005)定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器起源于仿生研究，其结构类型众多，工作原理五花八门。它可以感知到物质的物理、化学和生物特性，可将诸如位移、力、温度、湿度、速度等非电量信号转换成电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等电量，便于传输处理。现代车用传感器有开关脉冲量和连续模拟量两种，应用时可根据监控参数及要求选用。一般来说，汽车装备的传感器越多，则车辆的控制内容越多，车辆的档次也就越高。目前，一辆简单基本配置的普通家用轿车至少拥有几十个传感器，而高档豪华配置的轿车所使用的传感器数量可多达数百个，遍及汽车发动机、底盘、变速箱、车身等各个部件。
三、传感器在汽车车身电子控制技术中的应用
(一)安全气囊系统(SupplementalInflatableRestraintSystem,SRS)当汽车遭受碰撞导致车速急剧变化时，安全气囊系统能根据传感器采集的信号迅速触发安全气囊膨胀，避免车内乘员直接碰撞到车内构件而造成严重伤害。安全气囊系统有多个传感器，如碰撞传感器、保险传感器等，主要分布在汽车前半部。碰撞传感器可以感知车辆发生高速碰撞时突然减速的信号，将其检测出的碰撞减速度送入ECU，用以判定是否发生碰撞。碰撞传感器根据安装位置的不同可分为前碰撞传感器和中央碰撞传感器。前碰撞传感器常用的是机电式传感器，类型有滚轴式、滚球式和偏心锤式(偏心锤式碰撞传感器工作原理见图1)。中央碰撞传感器主要是压电式、压阻式等电子式传感器，分别利用半导体的压电效应和压阻效应制成。中央碰撞传感器与前碰撞传感器的区别在于，中央碰撞传感器没有电器触点，传送给ECU的信号是模拟信号，而非开关信号。保险传感器则主要是体积较小的水银开关式传感器(见图2)，一般安装在SRSECU内部，利用水银导电良好的特性来控制气囊点火器电路的接通与断开。SRSECU只有同时接收到碰撞传感器与保险传感器信号时，才会触发安全气囊，以免发生因传感器短路而造成的误触发。近年来，为发挥安全气囊的最佳作用，提高车辆人员的安全保护作用，一些高端汽车厂家在现有的安全气囊系统中继续增加传感器数量。譬如可以适当增加一些红外线传感器、重量传感器、超声波传感器等，用以探测座椅上是否有乘员以及其重量、位置、高度等信息。ECU通过采集这些数据，从而更为精准地分析计算并控制安全气囊的起爆和膨胀，避免不必要的引爆。
(二)汽车灯光智能调节系统为了保证汽车行驶的安全性，减少交通事故的发生，汽车上都装有多种照明和信号装置。这些灯光系统包括：近光灯、远光灯、转向灯、雾灯、倒车灯、制动灯、车内照明与指示灯等，均需要电子控制单元对其进行开关控制。最新的技术报告显示，越来越多的汽车厂商在不影响汽车原有功能的基础上，通过在车身上增加角度传感器、光敏传感器等检测设备，采用软硬件结合技术实现汽车照明系统的最优化使用。具体实现如下：(1)通过在车轮转轴处增加角度传感器实现车轮转角的跟踪，将车轮的转动角度转化为电压值传送给主控芯片，经过处理后控制步进电机转动，从而带动近光灯的转动;(2)在车身正前方中间位置增加一个光敏传感器，用来接收正面会车的光强，将接收到的信号传送到主控芯片以判断是否达到远光灯的光强，如果是，则自动关闭远光灯同时开启近光灯。(3)在车头位置增加温湿度传感器，用来检测是否有雾，从而决定是否自动开启雾灯和车距灯。
(三)胎压监测系统一般来说，轮胎故障是最难预防的一项故障，在车辆高速行驶的过程中，一旦轮胎发生意外，很容易引起突发性事故，对司机与乘客造成巨大危害，因而如何预防爆胎成为降低车辆事故的一个关键性问题。在车辆防止爆胎方面需要注重两个细节：其一要实时保持标准的车胎气压;其二要对车胎漏气的情况进行监测。然而一般司机都没有观察轮胎胎压的习惯，甚至大多数情况下通过眼睛观察也很难发现具体的安全隐患，所以如何采取有效的手段对轮胎胎压进行实时监测，是避免汽车发生爆胎事故的关键。传感器的应用解决了这一难题，通过警报系统与传感器等组成的胎压监测系统，就能够达到实时监测胎压的效果。一旦压力发生变化，超出安全数值范围，警报就会触发，提醒驾驶员立即停车检查。
(四)防抱死制动系统防抱死制动系统在汽车的整体控制系统中有着重要的作用，一方面通过该系统能够对车辆在制动过程中的车胎滑动率进行判定;另一方面还可以调节车轮上的制动力矩，从而有效控制车轮的滑动率，使其保持在标准范围内，从而可以保障轮胎与路面之间的附着力在最合适的范围，既可以保证车辆制动时的稳定性，增强驾驶员的可操作性，同时还能缩短制动距离，从而避免车轮抱死所引起的安全隐患，保障了驾驶员及乘客的安全。
(五)主动避撞系统主动避撞系统是汽车智能控制系统中的重要组成部分，其可以确保车辆在可能发生追尾事故时，辅助驾驶员执行车辆制动，以确保行车安全。该系统主要运用了接近车速传感器，在车辆行驶过程中，该传感器可以感应前方一定范围内的物体，并且能够测算出相对速度以及二者之间的距离，如果计算发现在该速度下会发生碰撞，辅助制动系统就会触发机制进入紧急模式，一方面制动油压大幅度提高;另一方面驾驶员踩踏刹车时能够快速反应，甚至其还会与安全气囊进行数据链接，一旦发生碰撞，就会根据评估结果选择性触发安全气囊的保护装置。
四、传感器在汽车车身电子控制技术中的应用发展趋势
由于人们对汽车的安全性、舒适性、稳定性等要求越来越高，促使传感器技术在汽车车身上的应用越来越多，推动着传感器技术不断向前发展。总体来说，传感器技术的发展趋势表现为以下几方面：一是通过不断开发新材料、采用新工艺提高与改进传感器的技术性能;二是开展基础理论研究，寻找新原理开发新型传感器;三是传感器的体积逐渐减小，功能趋于全面，集成度越来越高，信号的传输与采集可以轻易转化为数据。传感器将向着微型化、集成化、无线化、智能化、网络化、标准化等方向发展。
五、结束语
汽车电子控制技术已成为当今汽车技术快速发展的一种不可阻挡的趋势，且技术日益成熟完善。传感器作为其中必不可少的重要组成部分，为提高汽车的动力性、经济性，改善其排放性，以及增强汽车的控制性、安全性和舒适性，做出了不可磨灭的贡献。
参考文献：
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[4]鲁植雄.汽车电子控制基础[M].北京：清华大学出版社,2017.
《传感器在汽车车身电子控制系统中的应用研究》来源：《科学咨询》，作者：许凌 王源绍 迟英姿
