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  傳感器和處理器，就像科幻電影中的異型生物一樣，已經真實地接管了今天的汽車。他們不僅僅出現(xiàn)在可見的區(qū)域，例如載客室，同時也被嵌入到車輛的每一個隱蔽角落，包括傳動系統(tǒng)和底盤，監(jiān)測并控制著性能、安全和基本車況。

    在汽車上大量裝配傳感器的推動力主要來源于各個方面的強烈需求，這包括更好的油耗經濟性，減少尾氣排放，減小發(fā)生事故的概率，并且增加發(fā)生事故后的安全性。新的傳感器技術不僅提高了現(xiàn)有傳感器的性能，也使得以前無法實際應用于主流消費者產品中的探測技術成為可能。傳感器的應用已經從發(fā)動機延伸到排氣裝置，甚至到油箱：Freescale提供一個低壓力差分傳感器，可以檢測油箱的泄漏。

    壓力測量

    車輛的傳動系統(tǒng)是一個復雜的電子、機械和化學系統(tǒng)，要想提高其性能必須測量多個點的壓力。汽油發(fā)動機需要測量“多路壓力”（manifold absolute pressure，MAP)，獲取這一數(shù)據的傳感器不可避免地要暴露在汽油之中。這些燃油系統(tǒng)也越來越多地測量氣流，這是通過經過強化的采用成熟的（hot-wire）技術的傳感器實現(xiàn)的，它沒有可動部分。與此相對，柴油發(fā)動機需要測量大氣壓強（barometric absolute pressure，BAP），需要的傳感器可以被放置在控制模塊中，處于一個不太惡劣的位置。

    MEMS加工技術改變了傳感器和信號調節(jié)裝置的工作方式，它是傳感器信號鏈中的一個關鍵部分。Freescale公司傳感器和模擬器件部門的汽車產品市場Steve Hendry 說，F(xiàn)reescale公司正在將傳感器從以往的立體微機械設備移植到表面微機械單元，“通過使用電容技術，可以達到占用更小的面積，實現(xiàn)更低的成本的目標，并且還可以將誤差控制在1%~2%”。同時他還補充說明，下一代的設備將會是一個雙芯片設備，包括一個傳感器和一個分立的CMOS信號調節(jié)器，這個傳感器將會比一個引線結合墊片還小；總的來說，這種組合將會產生的性能價格比。

    非接觸測量

    常見的霍爾效應傳感器可以被廣泛應用于那些車輛內部旋轉的、線性的以及開/關位置感應的場合，參見附文“什么是霍爾效應？”。因為他們固有的對惡劣環(huán)境的適應性、封裝形式以及不會隨著時間退化的特性，霍爾效應設備已經作為線性和開/關傳感器在多變的汽車傳動系統(tǒng)中占據了穩(wěn)固的地位。例如，線性霍爾效應設備現(xiàn)在正被用于感應關鍵的閥門位置。

    按照Melexis公司發(fā)動機管理/霍爾傳感器應用和市場部門的Vincent Hiligsmann的說法，“許多汽車制造商已經認定未來的發(fā)展方向是盡可能地使用非接觸工作方式”，這就促使傳感器的設計開始主要基于霍爾效應、光學和壓力技術。非接觸感應允許設計上采用封裝的方式來保護感應器件，增加可靠性和減小長期工作時塵埃、腐蝕和液體引發(fā)的問題。他指出這種傳感器具備的優(yōu)點是如此的令人神往，以至于下一代技術應該和上一代保持兼容這一汽車工業(yè)傳統(tǒng)的指導方針也被擱置到一邊，“如果已經可以使用非接觸版本的器件，就沒有必要和那些古老的、使用電壓計、提供連續(xù)輸出的設備保持向前兼容?！?/P>

    Allegro Microsystems公司的戰(zhàn)略市場Kirsten Doogue說，Allegro使用一個三元素傳感器，來測量位置、相位偏移和信號相關性，即使在零速度情況下也不丟失任何信息。那些可以提供方向信息，并且區(qū)分是真實移動還是振動的傳感器，都整合了一個內部磁體，因為磁體到傳感器的定位對于提供可靠和穩(wěn)定的數(shù)據十分關鍵。在前進運動的時候輸出45ms脈沖的數(shù)字PWM，在后退運動的時候則輸出90ms的脈沖，可以將輸出連接到處理器或者微控制器進行進一步的處理。

    對制造過程的考慮也是構成器件挑戰(zhàn)的一部分。不像所有的電子電路，器件的擺放和固定都由PCB設計人員決定，傳感器必須和外部世界交互，就如它的定義一樣，這就有可能在其它情況發(fā)生變化的時候導致問題。Allegro公司的Doogue舉例說明，通常使用一個傳動系統(tǒng)中的齒輪來觸發(fā)霍爾效應傳感器，傳感器和齒輪需要調整以便互相匹配。她說明，“一個澆鑄部件產生的信號弱于低成本的沖壓部件”，兩個信號之間相差兩倍，所以當生產商將BOM表中的一個澆鑄件換成一個沖壓件（也即替換成明顯可成形的合適的功能部件），就可能對傳感器的電子信號造成有害的影響。

    低成本的無接觸傳感器可以被用于老式傳感器無法滿足的安全和控制領域。慣性傳感器，包括陀螺儀和加速計，使得穩(wěn)定性和翻轉控制成為可能，參見附文“擺動但不要翻轉”。

    可靠性和成本規(guī)則

    每一個市場都有成本壓力，但是汽車市場同時具有成本和可靠性的多重壓力，因為讓用戶“走回家”的錯誤、安全性召回、以及煩人的“發(fā)動機檢查”都會影響公司的聲譽、銷售和賬本底線。隨著對越來越多的關鍵性能傳感器的依賴性上升，設計必須在所有的層次上考慮可靠性問題，從zui基本的傳感器、封裝形式一直到算法。對大多數(shù)傳感器來說，都面臨一個兩難的選擇，那就是他們必須通過某種方式暴露到“外部”的世界中，以便得到感興趣的數(shù)據，而這種暴露同時也引入了嘈雜的汽車環(huán)境中的機油、燃料、水汽、塵埃和碳塵，這些都會干擾傳感器的接觸點和端點，甚至有的時候會干擾感應元件本身。

    在電子元件層次上，傳感器IC可以使用特殊的過成形（overmolding）技術在維持內部腔室的同時提供額外的封裝保護。那些二級供應商采購基本的傳感器，將它們和相關的電子器件一起封裝成模塊以便后續(xù)工藝使用，再提供給一級供應商。一級供應商使用保形涂料甚至是硅膠來保護接線和結合部，就像特別密封的模塊化住宅一樣。主要的“一級”供應商，例如Visteon、Bosch和TRW都有他們自己偏好的技術來設計這些模塊。

    雖然使用多個、冗余的傳感器看起來是一個簡單的系統(tǒng)級解決方案，以便面對冗余性需求的挑戰(zhàn)，但通常不需要這么做。除了顯而易見的成本上升外，更多的傳感器意味著有更多出現(xiàn)錯誤的機會，系統(tǒng)設計中的經典難題就是判斷信號鏈中的什么部分需要冗余來避免虛弱連接。如果兩個冗余的傳感器給出了不同的感應結果，除非有一個結果*超出了可能的范圍，否則系統(tǒng)該如何判斷是哪一個傳感器出了問題呢？

    雖然如此，某些傳感器也可以使用二重結構。Melexis公司推出了一個霍爾效應傳感器，將兩個一樣的模塊包含到一個封裝之中。這兩個模塊*彼此獨立工作，并在電氣上相互隔離，使用不同的供電、接地和輸出連接；單一的封裝減小了整體的成本，但是沒有妨礙增加系統(tǒng)的可靠性。

    另外一種方法是給元件增加更多的自我檢測機制，以便它可以執(zhí)行不同的自檢功能。例如，如果這個智能傳感器通過檢查自身的讀入數(shù)據、輸入/輸出、變化的速率或者其他因素，認為自身出現(xiàn)了故障，就可以驅動自己的輸出到一個特定的數(shù)值和安全模式。
   
    zui后，軟件和算法開發(fā)人員必須在代碼中智能地評估傳感器得到的數(shù)值，判斷哪些是有意義的哪些不是。就如Allegro公司的Doogue所說，在傳送的過程中，你使用一個傳感器來獲得輸入軸的速度和方向，使用另一個傳感器來監(jiān)控輸出軸，“這個輸入/輸出對必須彼此關聯(lián)，否則一定是哪里出了問題，你可能得走回家去”。 Melexis 公司的Peter Riendeau則表示，傳感器元件提供商正在日益將板級解決方案封裝到IC當中，“將處理器、驅動電路、電子保護、總線接口甚至固件都裝在一個芯片內”。

    這是一個小小的世界，但也可能不是
   
    工業(yè)設計和制造的化已經成為現(xiàn)實，但并不。許多傳感器相關的特征正在變得標準化而不管來自什么車輛，例如燃油電子控制和點火系統(tǒng)就是主要的樣例，但也有一些并不標準。
   
    世界上同時存在汽油發(fā)動機系統(tǒng)和柴油發(fā)動機系統(tǒng)。汽油發(fā)動機占據了美國汽車市場超過90%的份額，而柴油發(fā)動機在歐洲更加強勢 。為了增強美國市場的接受度，汽車制造商添加了更多的傳感器和控制器，提升柴油動力車輛的起步與冷起步性能、發(fā)動機的平滑性和整體駕乘感受。

    自動化傳動在歐洲的普及率不如美國，因為在消費者眼中，它的可靠性、油耗和成本都有待商榷。但是隨著這些相關指標的改進，這一概念在歐洲也正變得日益受到關注。這種情況是因為添加了附加的傳感器，能夠提供數(shù)據給*的32位微處理器。
   
    未來會怎樣？

    對于車用傳感器而言，未來有兩個發(fā)展方向。設計人員可以在每一個縫隙和隱蔽處添加更多現(xiàn)有類型的傳感器，也可以考慮那些他們以前想要測量，但是限于沒有能符合嚴格技術要求或者強制成本因素的傳感器而未能實現(xiàn)的領域。在那些還沒有圓滿解決的領域中，就包括用于測定發(fā)動機后座的傳感器和算法，它常常和正常的振動，特別是啟動時候的瞬時狀態(tài)混淆起來。

    汽車制造商也希望能夠測定旋轉部件，例如凸輪軸、傳動軸和驅動軸的位置，而不是相對位置。這種傳感能力在停步-起步的狀態(tài)下特別有用，因為現(xiàn)有的傳感器都是增量式的，在下一次經過標記點之前不可以重新同步。更好的凸輪軸感應，例如輸出，將會減小讀數(shù)的突然跳變，這個跳變無法使用軟件糾正。

    更加有趣的是，F(xiàn)reescale公司的Hendry表示他們想要直接測量氣缸壓力，以便改進發(fā)動機的燃油噴射和點火時間。這要求使用能夠忍受高溫和振動的陶瓷部件。他也指出廠商希望可以測量傳動系統(tǒng)中的關鍵壓力，并且通過安裝在發(fā)動機上的加速計來測量發(fā)動機的振動，這使得人們可以洞察發(fā)動機爆震（點火之前）的情況，發(fā)動機爆震會損害發(fā)動機并增大油耗。

    另外一個改進領域是感應傳動系統(tǒng)中的扭矩，這個參數(shù)的測量在更大的在位（in-place）工業(yè)機械中也是一個挑戰(zhàn)。目前，汽車控制使用速度數(shù)據來間接地推算扭矩，但是我們希望使用更加直接和的解決方案。一個可能的解決方法是使用SAW（表面聲波，surface acoustic wave）設備、磁阻設備或者霍爾效應傳感器，所有這些都必須在性能和成本之間進行一定的折中，盡管通過正確的設計和安裝，他們都可以在嘈雜的環(huán)境中工作。

    就是在現(xiàn)有的傳感器參數(shù)上，也存在提升的空間。自檢或稱自校驗傳感器當然會提高整體的可靠性，但在目前只有加速計具備完整的自檢功能，它可以對自己的校驗集合進行激勵并查看響應。與此相對的是，普遍存在的壓力傳感器除了零點以外，都很難校準和測試；溫度傳感器只能通過對它們的數(shù)據進行可信度評估來測試，而不能直接確認。目前，冗余或者自校驗傳感器僅僅被用于安全系統(tǒng)或者防鎖死剎車系統(tǒng)（antilock brake systems，ABS），沒有應用在傳動系統(tǒng)中。