MEMS(微机电系统)汽车传感器应用

汽车市场已经成为传感器的重要应用市场,MEMS汽车传感器作为汽车电子控制系统的重要信息源,对温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。当前,一辆普通家用轿车上大约安装了近百个传感器,而豪华轿车上的传感器数量多达200~600个。
目前的汽车传感器市场主要包括MEMS和经典的有源传感器,如里程表传感器、进气/机油压力传感器、水温传感器、空气流量传感器、胎压监测系统(TPMS)传感器、化学传感器、惯性传感器、磁传感器、超声传感器、图像传感器、雷达以及激光雷达等。
新能源汽车的MEMS传感器应用
01
里程表传感器
里程表传感器主要用于实时监测车轮或传动轴的转动圈数,通过霍尔效应或光电技术将机械运动转化为电信号,结合轮胎半径计算行驶速度和里程。
现代传感器普遍采用非接触式设计(如磁电式或霍尔效应传感器),显著提升了测量精度和可靠性,同时减少了机械磨损,延长了使用寿命。其目的利用里程表记数可有效的分析判断汽车的行驶速度和里程。因为半轴和车轮的角速度相等,已知轮胎的半径,直接通过里程参数来计算。
传动轴设计改进(如双轴承结构、齿轮运转式检测)降低了运行力矩和摩擦力,接口设计也更适配现代变速箱。此外,传感器与车辆总线系统(如CAN总线)的集成实现了数据快速传输和系统联动,支持更复杂的车载电子功能。
02
机油压力传感器

集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。常用的有硅压阻式和硅电容式,两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。
一般情况下,通过机油压力传感器来检测汽车的机油向内的机油还有多少,并将检测到的信号转换成可以理解的信号,提醒及时加注。无内燃机的BEV无需机油压力监测,但衍生需求为电驱系统油冷压力监测(如减速器润滑油压)。
03
水温传感器

水温传感器通过热敏电阻(多为负温度系数NTC)将冷却液温度转化为电信号传输至ECU(电子控制单元)。ECU根据此信号调整喷油量、点火正时等参数,确保发动机在不同温度下稳定运行。例如,冷启动时增加喷油量以快速升温,高温时推迟点火防止爆燃。
作用于电池热管理、电机冷却系统,主要用于监测电池包冷却液温度,防止热失控,同时控制电机冷却回路流量,确保电驱系统效率(精度要求±0.5℃)。
04
空气流量传感器

空气流量传感器的作用是将吸入的空气转换成电信号送至电控单元(ECU),作为决定喷油的基本信号之一,检测发动机进气量的大小,并将进气量信息转换成电信号输出,并传送到ECU。
而在新能源车型上则部分替代为通过温度传感器+气流压力传感器组合,间接控制电池散热风道流量。
05
ABS传感器

在制动活塞旁边(卡制动碟的卡钳,里面是制动活塞),ABS工作就是保证制动活塞和制动碟不卡死,保证它们处于滑动摩擦和静摩擦的边缘。
大多由电感传感器来监控车速,ABS传感器通过与随车轮同步转动的齿圈作用, 输出一组准正弦交流电信号,其频率和振幅与轮速有关.该输出信号传往ABS电控单元(ECU),实现对轮速的实时监控。
06
安全气囊传感器
安全气囊传感器也称碰撞传感器,按照用途的不同,分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞式用于检测碰撞时的加速度变化,并将碰撞信号传给气囊电脑,作为气囊电脑的触发信号;防护碰撞式它与触发碰撞式串联,用于防止气囊误爆。

新能源车需求会更高,碰撞信号触发高压电池继电器断开,防止漏电风险。
07
气体浓度传感器
气体浓度传感器主要用于检测车体内气体和废气排放。其中,最主要的是氧传感器,实用化的有氧化锆传感器(使用温度-40℃~900℃,精度1%)、氧化锆浓差电池型气体传感器(使用温度300℃~800℃)、固体电解质式氧化锆气体传感器(使用温度0℃~400℃,精度0.5%),另外还有二氧化钛氧传感器。
这些传感器用于检测汽车尾气中的氧含量,根据排气中的氧浓度测定空燃比,向微机控制装置发出反馈信号,以控制空燃比收敛于理论值。当空燃比变高,废气中的氧浓度增加时,氧传感器的输出电压减小;当空燃比变低,废气中的氧浓度降低时,输出电压增大。
新能源车(BEV)则没有尾气检测,但增加了电池气体泄漏检测(如电解液挥发气体传感器)。
08
位置和转速传感器
位置和转速传感器主要用于检测发动机曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速检测,汽车加速度检测、汽车减速检测等,为点火时刻和喷油时刻提供参考点信号,同时,提供发动机转速信号。永磁同步电机需精确检测转子位置(旋转变压器或霍尔传感器),将控制精度达到0.1%.
目前,汽车使用的位置和转速传感器主要有交流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式。
09
速度传感器
速度传感器是电动汽车较为重要的传感器,也是应用较多的传感器。就其定义而言,速度传感器主要是用来测量速度的传感器,分为转速传感器、车速传感器、车轮转速传感器等。

转速传感器主要用于电动汽车电动机旋转速度的检测。常用的转速传感器有三种,分别为电磁感应式转速传感器、光电感应式转速传感器、霍尔效应式转速传感器,均采用非接触式测量原理,以增强检测的安全性、提高检测精度。车速传感器用来测量电动汽车行驶速度。
车速传感器主要有电磁感应式、光电式、可变磁阻式和霍尔式集中。电动汽车上普遍采用电磁感应式和霍尔式速度传感器。
发展趋势
当前汽车传感器正向高精度、智能化、集成化方向发展,MEMS技术、新材料与新能源需求是主要驱动力。
传统机械式或低精度传感器因技术局限和成本问题逐渐退出市场,未来竞争将聚焦于数据融合能力(如多传感器协同)与跨场景适应性(如新能源车专用传感器)。

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