現(xiàn)代汽車正由一個(gè)單純交通工具朝著能滿足人類需求和安全芦终、舒適、方便及無(wú)污染的方向發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵在于汽車的電子化和智能化沪摄，先決條件則是各種信息的及時(shí)獲取，這勢(shì)必要求在汽車中大量采用各種傳感器纱烘。傳統(tǒng)的傳感器往往體積和重量大杨拐、成本高，它們?cè)谄嚨膽?yīng)用受到很大的限制擂啥。

　　近幾年來(lái)哄陶，從半導(dǎo)體集成電路（IC）技術(shù)發(fā)展而來(lái)的微機(jī)電系統(tǒng)（microelectronmechnicalsystem,MESM）技術(shù)日漸成熟。微型傳感器是目前最為成功并最具實(shí)用性的微型機(jī)電器件俺乓，主要包括利用微型膜片的機(jī)械形變產(chǎn)生電信信號(hào)輸出的微型壓力傳感器和微型加速度傳感器勋匙；此外，還有微型溫度傳感器檀丝、磁場(chǎng)陳干起韭赡、氣體傳感器等挟晒，這些微型傳感器的面積大多在1mm2以下。隨著微電子加工技術(shù)割懊，特別是納米加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展寸快，傳感器技術(shù)還將從微型傳感器進(jìn)化到納米傳感器。這些微型傳感器體積小烙赴，可實(shí)現(xiàn)許多全新的功能指佳，便于大批量和高精度生產(chǎn)，單件成本低称几，易構(gòu)成大規(guī)模和多功能陣列捏梯，這些特點(diǎn)使它們非常適合于汽車方面的應(yīng)用。

　　1疫稿、汽車用傳感器分類

　　汽車用傳感器是用于汽車顯示和電控系統(tǒng)的各種傳感器的統(tǒng)稱培他。它涉及到很多的物理量傳感器和化學(xué)量傳感器。這些傳感器要么是使司機(jī)了解汽車各部分狀態(tài)的遗座；要么是用于控制汽車各部分狀態(tài)的舀凛。按在汽車上的作用可分為控制發(fā)動(dòng)機(jī)、控制底盤以及給駕駛員提供各種信息用傳感器途蒋，構(gòu)成這些傳感器的材料有精細(xì)陶瓷猛遍、半導(dǎo)體材料、光導(dǎo)纖維及高分子薄膜等号坡；按輸出特性來(lái)分有模擬型傳感器和數(shù)字型傳感器懊烤；按構(gòu)成原理來(lái)分，有結(jié)構(gòu)型宽堆、韌性型和復(fù)合型腌紧。為方便起見，現(xiàn)按汽車傳感器的控制對(duì)象來(lái)分類畜隶。

　　2壁肋、微型傳感器在汽車中的應(yīng)用

　　 汽車上用的傳感器的種類很多，應(yīng)用的方面很廣籽慢。下面介紹傳感器在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制逊汤、安全系統(tǒng)、車輛監(jiān)控和自診斷等方面的應(yīng)用湘胚。

　　2.1汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器

　　發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制一直被認(rèn)為是MEMS技術(shù)在汽車中的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一啥榜。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)用傳感器是整個(gè)汽車傳感器的核心，種類很多吸辑，包括溫度傳感器庵锰、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器串飘、流量傳感器陪孩、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等：這些傳感器向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，供電子控制單元對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制钳砰，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性盅妹、降低油耗、減少?gòu)U氣排放和進(jìn)行故障檢測(cè)许话。

　「峒蟆（1）溫度頂替?zhèn)鞲衅?nbsp;         

　　汽車用溫度傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、吸入氣體溫度稍途、冷卻水溫度阁吝、燃油溫度以及催化溫度等。溫度傳感器有熱敏電阻式械拍、線繞電阻式和熱偶電阻式3種主要類型突勇。這3種類型傳感器各有特點(diǎn)，其應(yīng)用場(chǎng)合也略有區(qū)引坷虑。熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高甲馋、響應(yīng)特性較好，但線性差迄损、適應(yīng)溫度較低定躏。其中，通用型的測(cè)溫范圍為—50～30℃芹敌，精度為1.5%痊远，響應(yīng)時(shí)間為10ms；高溫型為600～1000cC氏捞，精度為5%拗引，響應(yīng)時(shí)間為10ms；線繞電阻式溫度傳感器的精度高茧淮，但響應(yīng)特性差椿烂；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測(cè)量溫度范圍寬着阿，但需要配合放大器和冷端處理一起使用伍配。其他已實(shí)用化的產(chǎn)品有鐵氧體式溫度傳感器（測(cè)溫范圍為-40～120℃，精度為2.0%）茁帚、金屬或半導(dǎo)體膜空氣溫度傳感器（測(cè)溫范圍為-40～150℃跨峡，精度為2.0%，5%娶痕，響應(yīng)時(shí)間約20ms）等拦举。

　　（2）壓力傳感器          

　　壓力傳感器是汽車中用得最多的傳感器数截，主要用于檢測(cè)氣囊貯氣壓力盐传、傳動(dòng)系統(tǒng)流體壓力趾双、注入燃料壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力漆粉、進(jìn)氣管道壓力甜殖、空氣過(guò)濾系統(tǒng)的流體壓力等。

　　比較常用的汽車壓力傳感器有電容式径簿、壓阻式罢屈、差動(dòng)變壓器式、聲表面波式篇亭。電容式壓力傳感器主要用于檢測(cè)負(fù)壓缠捌、液壓、氣壓译蒂，測(cè)量范圍為 20～100kPa曼月，其特點(diǎn)是輸入能量高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好蹂随、環(huán)境適應(yīng)性好十嘿；壓阻式壓力傳感器的性能則受溫度影響較大，需要另設(shè)溫度補(bǔ)償電路岳锁，但適應(yīng)于大批量生產(chǎn)绩衷；差動(dòng)變壓器式壓力傳感器有較大的輸出，易于數(shù)字輸出激率，但抗干擾性差咳燕；聲表面波式壓力傳感器具有體積小、質(zhì)量輕鉴吞、功耗低征拆、可靠性高、靈敏度高摹椅、分辨力高虫棕、數(shù)字輸出等特點(diǎn)，用于汽車吸氣閥壓力檢測(cè)梦啊，能在高溫下穩(wěn)定地工作车榆。

　　（3）流量傳感器          

　　流量傳感器主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量和燃料流量的測(cè)量炼岖。進(jìn)氣量是燃油噴射量計(jì)算的基本參數(shù)之一耙钉。空氣流量傳感器的功能：感知空氣流量的大小楔侣，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元卡竣。空氣流量的測(cè)量用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)確定燃燒條件株惶、控制空燃比蝴韭、起動(dòng)够颠、點(diǎn)火等⊥蛎螅空氣流量傳感器有旋轉(zhuǎn)翼片式摧找、卡門渦旋式核行、熱線式牢硅、熱膜式等4種類型≈パ空氣流量傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)：工作范圍為0.11～103m3/min减余，工作溫度為—40～120℃，精度≤1%惩系。燃料流量傳感器用于檢測(cè)燃料流量位岔，主要有水輪式和循環(huán)球式，其動(dòng)態(tài)范圍為0～60kg/h堡牡，工作溫度為—40～12℃抒抬，精度為±1%，響應(yīng)時(shí)間<10ms晤柄。

　〔两！（4）位置和轉(zhuǎn)速傳感器          

　　曲軸位置與轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速擒摸、節(jié)氣門的開度婉涌、車速等，為點(diǎn)火時(shí)刻和噴油時(shí)刻提供參考點(diǎn)信號(hào)兴氧，同時(shí)夏坝，提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。目前厦冤，汽車使用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機(jī)式花脐、磁阻式、霍爾效應(yīng)式奔豫、簧片開關(guān)式戚吕、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式等蚂青，其測(cè)量范圍為 0°～360°租江，精度優(yōu)于±0.5°，測(cè)彎曲角達(dá)±0.1°孝承。

　　車速傳感器種類繁多献丑，有敏感車輪旋轉(zhuǎn)的、也有敏感動(dòng)力傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的侠姑，還有敏感差速?gòu)膭?dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的创橄。當(dāng)車速高于100km/h時(shí)箩做，一般測(cè)量方法誤差較大，需采用非接觸式光電速度傳感器妥畏，測(cè)速范圍為0.5—250km/h邦邦，重復(fù)精度為0.1%，距離測(cè)量誤差優(yōu)于為0.3%醉蚁。

　∪枷健（5）氣體濃度傳感器           

　　氣體濃度傳感器主要用于檢測(cè)車體內(nèi)氣體和廢氣排放。其中网棍，最主要的是氧傳感器黔龟，它檢測(cè)汽車尾氣中的氧含量，根據(jù)排氣中的氧濃度測(cè)定空燃比滥玷，向微機(jī)控制裝置發(fā)出反饋信號(hào)氏身，以控制空燃比收斂于理論值。常用的有氧化鍺傳感器（使用溫度為-40～900℃信撞，精度為1%）爱亡、氧化鉻濃差電池型氣體傳感器（使用溫度為300～800℃）、固體電解貢式氧化鉻氣體傳感器（使用溫度為0～400℃.精度為0.5%）癣垛，另外泊铸，還有二氧化鈦氧傳感器以及二氧化鋯氧傳感器。和氧化鍺傳感器相比羔漂，二氧化鈦氧傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單敢智、輕巧、便宜匹说，且抗鉛污染能力強(qiáng)的特點(diǎn)：二氧化鋯微離子傳感器由氧化鈣穩(wěn)定氧化鋯離子體晚号、多孔鉑厚膜工作電極、鈀/氧化鈀厚膜參數(shù)電極卫驯、不透水層殃忠、電極接觸和保護(hù)層構(gòu)成。其中毫痢，氧化鈣穩(wěn)定氧化鋯由反應(yīng)濺射法積淀趾始。工作電極和參考電極都由厚膜工藝制作。在理想的A/F點(diǎn)附近的輸出電壓發(fā)生驟變耙旦，當(dāng)空燃比變高脱羡，廢氣中的氧濃度增加時(shí)，氧傳感器的輸出電壓減忻舛肌锉罐；當(dāng)空燃比變低，廢氣中的氧濃度降低時(shí)，氧傳感器的輸出電壓增大脓规。電子控制單元識(shí)別這一突變信號(hào)栽连，對(duì)噴油量進(jìn)行修正，從而相應(yīng)地調(diào)節(jié)空燃比侨舆，使其在理想空燃比附近變動(dòng)秒紧。

　　（6）爆震傳感器             

　　 爆震傳感器用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)挨下，通過(guò)調(diào)整點(diǎn)火提前角控制和避免發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震熔恢。為了最大限度地發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)功率而不產(chǎn)生爆燃，點(diǎn)火提前角應(yīng)控制在爆燃產(chǎn)生的臨界值复颈，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生爆燃時(shí)绩聘，傳感器將爆燃引起的震動(dòng)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)董翻，并傳給電子控制單元圾董。檢測(cè)爆震有檢測(cè)氣缸壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)和燃燒噪聲等 3種方法桨挂。爆震傳感器有磁致伸縮式和壓電式几谐。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40～125℃，頻率范圍為5～10kHz布布；壓電式爆震傳感器在中心頻率 5.417kHz處坊欢，其靈敏度可達(dá)200mV/gn，在振幅為0.1～l0gn鹃封。范圍內(nèi)具有良好線性度甥归。

　　（7）節(jié)氣門位置傳感器             

　　節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門上趟伺，其功能是將發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門的開度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)卑保，并傳遞給電子控制單，用以感知發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷大小和加減速工況酸疹。最常用的是可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器天俺。該傳感器是一種典型的節(jié)氣門傳感器，主要由一個(gè)線形變位器和一個(gè)怠速觸點(diǎn)兩部分組成雌芽。電阻變位器用陶瓷薄膜電阻制成授艰，滑動(dòng)觸點(diǎn)用復(fù)位彈簧控制，與節(jié)氣門同軸轉(zhuǎn)動(dòng)世落。工作時(shí)淮腾，線形變位器的觸點(diǎn)在電阻體上滑動(dòng)，根據(jù)變化的電阻值屉佳，可以測(cè)得與節(jié)氣門開度成正比的線性輸出電壓信號(hào)谷朝。根據(jù)輸出電壓值，電子控制單元可獲知節(jié)氣門的開度和開度變化率，從而精確判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況徘禁，提高控制精度和效果诅诱。怠速信號(hào)滑動(dòng)觸點(diǎn)是常開觸點(diǎn)，只有在節(jié)氣門全閉時(shí)才閉合送朱，產(chǎn)生怠速觸點(diǎn)信號(hào)娘荡，主要用于怠速控制、斷油控制及點(diǎn)火提前角的修正驶沼。

　　2.2安全系統(tǒng)方面用傳感器             

　　安全是汽車考慮的首要因素炮沐，用于安全方面的傳感器也很多，如有用于汽車安全氣囊的微型加速度計(jì)佛缕，測(cè)角速率的表面微機(jī)械陀螺等碉伙。

　　（1）微加速度傳感器            

　　安全氣囊目前是而且將來(lái)也是MEMSj出生的一個(gè)主要應(yīng)用陈汇。所用的硅加速度計(jì)的量程一般為50gn真译。較早的如像摩托羅拉公司用的體微細(xì)加工技術(shù)制作的硅加速度傳感器。

　⊙嗄（2）表面微機(jī)械陀螺            

　　傳統(tǒng)的陀螺儀是由高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子猬蚤、內(nèi)環(huán)、外環(huán)和基座組成尊慷，這種陀螺儀的內(nèi)外環(huán)通常是用滾珠軸承支撐执寺，這些通常是用機(jī)械加工方法制成，需要加工精度高肖婴、難度大洞惕、而且，做成的陀螺儀體積大略裹、質(zhì)量重竟坛。微機(jī)械陀螺是具有復(fù)雜的檢測(cè)與控制電路的MEMS裝置。SaidEmreAlper等人報(bào)道了一種結(jié)構(gòu)對(duì)稱碑定，并具有解耦特性的表面微機(jī)械陀螺流码。該敏感結(jié)構(gòu)在其最外邊的4個(gè)角都設(shè)置了支承“錨”，與傳統(tǒng)的直接支承在“錨”上的實(shí)現(xiàn)方式不同延刘，它利用一種對(duì)稱結(jié)構(gòu)敏感質(zhì)量塊支承在連接梁上漫试，并通過(guò)梁將驅(qū)動(dòng)電極和敏感電極有機(jī)地連接在一起。用微器件仿真軟件包（MEMCAD）仿真分析后可知碘赖，2個(gè)方向上的振動(dòng)相互不影響驾荣，所以，這樣的連接方式不用考慮機(jī)械耦合普泡。

　　該微機(jī)械陀螺的平面外輪廓的結(jié)構(gòu)參數(shù)為1mm2播掷，厚度僅為2/μm。其工作原理是：當(dāng)在敏感質(zhì)量塊上施加一直流偏置電壓，在活動(dòng)叉指和固定叉指間施加適當(dāng)?shù)慕涣骷?lì)電壓時(shí)歧匈，敏感質(zhì)量塊將在y軸方向上產(chǎn)生固有振動(dòng)垒酬。當(dāng)陀螺感受到繞Z軸的角速度時(shí)，由于科氏效應(yīng)嚎猛，敏感質(zhì)量塊將產(chǎn)生沿X軸的附加振動(dòng)薛苫。通過(guò)測(cè)量附加振動(dòng)的振動(dòng)幅值就可以得到被測(cè)的角速度。在常規(guī)的大氣情況下拉鳄，該敏感結(jié)果具有由于0.37°/s的分辨力排貌。

　　2.3車輛監(jiān)控和自診斷用傳感器

　　 在車輛監(jiān)控和自診斷方面，MEMS技術(shù)的一個(gè)主要應(yīng)用將是輪胎壓力監(jiān)測(cè)凳福；其次是應(yīng)用于冷卻投谅、剎車等系統(tǒng)的傳感器。此外则钩，還有如像在亮度控制系統(tǒng)中使用光傳感器蘑劲；在電子駕駛系統(tǒng)中使用磁傳感器、氣流速度傳感器诅慧；在自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)中使用室內(nèi)溫度傳感器紧除、吸氣溫度傳感器、風(fēng)量傳感器班聂、日照傳感器、濕度傳感器适肠；在導(dǎo)向行駛系統(tǒng)中使用方位傳感器霍衫、車速傳感器等。

　　2.4高溫微電子在汽車中的應(yīng)用

　　高溫微電子在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制侯养、氣缸和排氣管敦跌、電子懸架和剎車、動(dòng)力管理及分配等方面的監(jiān)控中都起著非常重要的作用逛揩。例如：用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制的高溫微電子傳感器和控制器將有助于燃燒的更好監(jiān)測(cè)和控制柠傍，它將使燃燒的更加徹底，提高燃燒效率辩稽。但是惧笛，用傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體技術(shù)制作的微電子器件由于不能在很高的溫度下工作，已不能勝任逞泄。為了解決在高溫環(huán)境下溫度測(cè)量問(wèn)題患整，必須研制一種新的材料來(lái)取代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料。第三代寬能帶半導(dǎo)體材料SiC具有高擊穿電場(chǎng)喷众、高飽和電子漂移速率各谚、高熱導(dǎo)率及抗輻照能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別適合制作高溫、高壓甥鼠、高功率块生、耐輻照等半導(dǎo)體器件。集成的SiC傳感器可以直接與高溫油箱和排氣管接觸岭笔，這樣值舌，能進(jìn)一步獲得有關(guān)燃料燃燒效率和減少?gòu)U氣排放的更多信息。研究表明：一旦SiC半導(dǎo)體技術(shù)能解決好材料示荠、封裝等技術(shù)而得到進(jìn)一步的發(fā)展漓蜗，SiC功率器件的工作范圍將超過(guò)傳統(tǒng)的硅功率器件，而且节立，其體積比Si功率器件也要小螃恕。

　　3、結(jié)束語(yǔ)

　　由于汽車傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求患并，世界各國(guó)對(duì)其理論研究膳几、新材料應(yīng)用和新產(chǎn)品開發(fā)都非常重視。未來(lái)的汽車用傳感器技術(shù)破溺，總的發(fā)展趨勢(shì)是微型化启疙、多功能化、集成化和智能化裕循。

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