新技术、新应用让传感器深入汽车各个角落

2007-10-08 08:32:37来源: 电子工程专辑

今天的汽车,已经不仅仅只是代步工具,它更肩负着改善生活品质的意义。现在的汽车除了能省油节电,还需要更加安全、舒适以及人性化,这些性能全仰仗优秀传感器的应用。正因如此,人们对传感器技术的重视与日俱增,而该市场的发展速度也是令人吃惊的。

Strategy Analytics预测从2004年到2009年,全球车用传感器将呈现9%左右的成长率,2008年市场需求量估计将可达14.87亿个。中国市场更是车用传感器发展的温床,计世资讯(CCW Research)最新调查数据显示,2006年中国汽车传感器的市场销售额达到3.9亿美元,同比增长率为42.8%,2007年-2010年期间中国汽车传感器市场销售额的年度复合增长率将超过35%。预计2007年市场销售额将达到5.4亿美元,其同比增长率为36.3%;预计2009年市场销售额将接近10.5亿美元,其同比增长率为40.5%;预计2010年市场销售额将超过13.2亿美元,其同比增长率为35.2%。

汽车电子涉及到的传感器种类繁多,我们将为你分析中国市场内最具代表意义的传感器技术发展概况,为你的相关设计工作提供一点启示。

安全性能成主打,创新应用不断涌现

随着汽车的逐渐普及,人们对汽车安全性能、舒适性能的要求已经越来越高,很多国家甚至制定相关标准来对此进行规范化管理。英飞凌科技北美公司汽车、工业和多元化电子市场部总经理Christopher Cook表示:“美国汽车界要求汽车采用车轮胎压监测系统(TPMS)以满足相关安全法规。我们的目标是开发越来越智能化的传感器,使汽车驾驶更加安全,油耗和污染排放进一步降低,在引擎管理中发挥越来越重要的作用。”而其它地区,特别是欧洲,TPMS也正日渐普及。人们对汽车安全性的重视度可见一斑。为了帮助客户提升汽车产品的竞争力,各个传感器厂商在技术发展上特别用心,除了继续走智能化、集成化以及小型化路线以外,传感器创新的应用模式也不断涌现。

英飞凌去年年底在Convergence 2006展会上推出了SP35胎压传感器,这是第一款将TPMS模块所有功能融入单一封装的器件。这个高度集成的器件安装在印刷电路板(PCB)上,与电池和天线一起组成一个完整的TPMS模块,使汽车行业供应商可以经济有效地满足美国安全法规的要求。该独立封装器件集成了带有8位微控制器的微机电系统(MEMS)压力、加速和温度传感器,TPMS模块和电子控制单元之间通过调幅/调频(AM/FM)、射频(RF)发送器和低频(LF)接收器进行无线通信。MCU芯片还带有存储器、电池电压监测器和高级功率控制单元。通过去除TPMS模块中的独立通信芯片,SP35使模块设计复杂度和成本降低了大约10%。

与英飞凌SP35的单片TPMS解决方案相呼应,飞思卡尔的8针脚胎压监测传感器MPXY8020A也是一款高集成度产品。它由一个变容压力传感器元件、一个温度传感元件和一个界面电路(具有唤醒功能)组成,所有这三个元件都在单块芯片中(如图1所示)。MPXY8020A可与遥控车门开关(RKE)系统结合使用,提供一个高度集成的低成本系统。

图1:飞思卡尔胎压监视传感器MPXY8020A结构示意图。

MEMS是面向汽车安全应用的传感器技术的一个亮点。专家最新提出一个汽车“黑匣子”的概念,该“黑匣子”用以监控汽车的速度、安全带的使用状况以及由于汽车急转弯、急刹车、行驶不稳定、异常减速和不安全倒车等原因造成的超重力行驶,为驾驶者提供指导和预警帮助。这些系统配有加速感应器和回转感应器,采用MEMS技术以减小器件尺寸和成本,并获得了市场的认可。Memsic公司北美销售总监John P. Pyle表示:“‘黑匣子’的市场将遍及全世界,我们预期未来所有的汽车生产商都将会安装某种形式的黑匣子。这必将导致MEMS传感器和加速感应器市场份额的急剧扩大。我们预计到2007年,MEMS传感器在汽车领域的销售规模将达15亿美元,这包括所有的MEMS传感器和加速感应器,其中加速感应器占70%。”

在高端的汽车中,人们常常会使用智能图像传感器来辅助驾驶。由于该传感器价格昂贵,一直未能普及,但是就在近日,瑞士CSEM公司宣称其利用ViSe智能图像传感器设计的实时视觉系统,能把汽车视觉系统的成本从数千美元降低到数百美元。CSEM采用了双芯片解决方案,即该公司专有的视觉传感器搭配ADI公司并不昂贵的Blackfin DSP。CSEM正计划下一步把一个专有DSP芯片和其图像芯片集成在一起,提供单芯片解决方案。

面向倒车系统应用的传感器技术也是目前的热门之一。Murata推出了一系列超声波传感器产品用于倒车系统。以其MA40MF14-5B为例,该产品不仅具有小体积、防水、窄范围检测、响铃时间短等特点,最特别之处为该产品采用了110°×50°的不对称光,以提高检测的准确性,避免误操作。如图2所示。

图2:MA40MF14-5B光栅方位图。

从精准处入手,优化发动机、底盘控制技术

作为汽车的核心技术,发动机控制系统和底盘控制系统对传感器的要求一直以高精度与高可靠性为主。这类传感器技术已经非常成熟,其市场也主要以北美和欧洲为主。在这个应用领域内,为了进一步提升汽车的附加价值,传感器厂商在精准处下了不少功夫,如利用先进传感器提升电池的使用效率等。

以德尔福公司新近推出的电池IVT传感器为例,由于车载电子设备越来越多,使为其提供电力的电池和交流电机工作负荷不断增大,因此对电池充电状态(SOC)进行准确计算以确保电池发挥最佳性能的重要性也日益突出。德尔福的电池IVT传感器可帮助电池达到最佳性能,采用了IVT传感器后,每加仑燃油能支持汽车多跑0.5英里。该电池IVT传感器可精确测量作为确定电池工作状态三大关键参数的电流(I)、电压(V)和温度(T)。德尔福公司创新及电子/电气系统全球总监Dave Wright表示,“在电池处于满充状态时,德尔福的电池IVT传感器可减少交流发电机所需输出的电力,从而降低发动机的机械载荷并达到提高燃料效率的目的。”

图3:传感器在汽车中的应用图解。

目前中国生产汽车发动机及底盘控制系统的厂商并不多,因此在中国市场上,面向这类应用的传感器寥寥无几。而面向车身控制以及信息娱乐系统的市场则非常大,市场上涌现了大批技术成熟的产品。如何将这些优秀的产品加以创新的应用,则是汽车厂商们面临的首要问题,也是决定汽车“档次”的关键问题。

关键字:TPMS  封装  供应

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