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汽车传感器的概念及分类 传感器的定义 传感器是一种能够感知被测量信息，并将感知到的信息按一定规律转换成电信号或其他所需形式的信息输出以满足信息要求的检测装置. 传输、处理、存储、显示、记录和控制要求。 它通常由敏感元件、转换元件、信号调理和转换电路等其他辅助元件组成。 敏感元件接受测量值并输出与测量值有一定关系的其他量。 转换元件将来自敏感元件的其他量转换成适合传输和测量的电信号。 适于输出和测量的电信号通过信号调理和转换电路。 它被转换成可以显示、记录、处理和控制的有用电信号，最后将有用电信号传输给其他设备进行通信。 传感器的组成是敏感元件：直接感受被测值并输出与被测值有一定关系的一定物理量的元件。 转换元件：传感器的核心元件，以敏感元件的输出为输入，将感测到的非电信号转换成电信号输出。 转换元件本身可以作为独立的传感器使用，称为元件传感器。 转换电路：将传感元件输出的电信号转换成易于处理、控制、记录和显示的有用电信号所涉及的相关电路。 辅助电源：转换元件和转换电路一般都需要辅助电源。

汽车传感器是将非电信号转换成电信号，将各种工况信息传递给车辆的装置。 汽车传感器按使用目的可分为人体感知传感器和环境感知传感器。 车身感知传感器提高了自行车本身的信息化水平，使车辆具有自我感知的能力； 根据被测输入，主要分为压力传感器、位置传感器、温度传感器、线加速度传感器、角加速度传感器、空气流量传感器、气体传感器，从工作原理来看，这些传感器大多采用MEMS方案。 环境感知传感器实现了自行车感知外界环境的能力，帮助车载电脑获取环境信息并做出规划决策，为车辆的智能驾驶提供支持； 环境感知传感器主要分为车载摄像头、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达和红外雷达等。

汽车传感器分类 车身感知传感器 车身感知传感器遍布汽车车身，广泛应用于动力系统（新能源汽车为三电系统）、底盘系统、车身系统，实现对汽车的感知拥有信息并做出决定和执行。 国内的“神经末梢”目前比较成熟，主要以MEMS传感器为主。 动力来源是新能源汽车与传统燃油汽车的主要区别之一。 新能源汽车电子电气架构主要采用与电池、电机、电控相关的电流型电磁传感器。 燃油车动力系统主要采用测量压力、温度、气体传感器为主； 随着新能源汽车普及率的提高，预计对电磁传感器的需求将逐渐增加。 根据测量的物理量不同，体感传感器可分为压力、位置、温度、加速度、气体、流量等多种类型的传感器。

环境感知传感器 环境感知传感器是在汽车安全技术从被动安全向主动安全演进的过程中产生的。 感知传感器的主要作用是检测和识别车辆周围的环境，可以看作是车辆的眼睛。 不同类型的汽车智能驾驶感知系统具有不同的适用场景、限定场景、优缺点和成本，它们之间形成了互补的关系。 环境感知传感器采集外部信息，提供给车载电脑系统进行规划和决策，主要有激光雷达、车载摄像头、毫米波雷达、超声波雷达等。车载系统，将现实世界的视觉、物理、事件等信息转化为数字信号，为车辆了解周围环境和制定驾驶操作提供基础保障，为高级辅助驾驶系统的决策层提供准确、及时、充分的依据，才能使执行层对汽车的安全行驶做出准确的判断。

身体感知：压力传感器将压力信号转换为电信号的汽车压力传感器主要分为电容式和电阻式两种。 压力传感器是一种感应压力信号并将压力信号转换成可用电信号的装置。 根据压敏元件主流技术原理的不同，汽车压力传感器主要分为电容式压力传感器和电阻式压力传感器，通常用于发动机的进气歧管中，检测大气压力的变化，检测大气压力的增加。涡轮增压器。 压力，检测悬架系统的油压，实时检测轮胎压力，测量气缸内混合气的燃烧压力等。 车身传感：位置传感器位置传感器是一种测量部件运行位置的装置或移动。 汽车位置传感器的工作原理主要有五种：霍尔效应、磁阻效应、光电式、电容式和电热式。 根据用途不同，可分为曲轴位置传感器、节气门位置传感器、车高角位置传感器、液位传感器、方位传感器、座椅位置传感器等。

Body Sensing: Automotive Temperature Sensors 温度传感器：车辆上使用最广泛的温度传感器是热敏电阻温度传感器。 汽车温度传感器将温度信号转换为可用的输出信号。 按工作原理可分为热敏电阻型、热电偶型和热敏铁氧体型。 其中以热敏电阻型温度传感器应用最为广泛。 根据不同的应用场景，热敏电阻温度传感器可分为进气温度传感器、冷却液温度传感器、内外温度传感器、蒸发器出口温度传感器、排气温度传感器等。

Body Perception: Automotive Inertial Sensors 惯性传感器是用于测量惯性空间中物体运动参数的设备。 根据运动是否直线的工作原理，惯性传感器分为线加速度传感器和角加速度传感器； 按测量轴数分为单轴、双轴、三轴加速度传感器。 结合线加速度传感器、角加速度传感器等测量元件，可以满足汽车安全控制和导航系统的需要。 具体应用包括汽车安全气囊、ABS防抱死制动系统、电子稳定程序（ESP）、电控悬架系统等。 (线性)加速度传感器：线性加速度传感器，又称加速度传感器，是一种测量传感器内部惯性力并计算加速度数据的装置。 根据工作原理不同，加速度传感器可分为交流响应型和直流响应型。 交流加速度传感器的传感机构通常采用压电元件，分为电压输出压电传感器和电荷输出压电传感器； 直流加速度传感器根据传感技术不同可分为电容式和压阻式。 角（加速度）速度传感器：角加速度传感器，又称角速度传感器，本质上是一个陀螺仪。 陀螺仪是一种角运动检测装置，它利用动量力矩（由旋转转子产生）来检测敏感外壳绕与旋转轴正交的一个或两个轴相对于惯性空间的角运动。 它可以与加速度计一起使用，形成惯性导航系统。 导航系统精度的主要因素。

体感：空气流量传感器 空气流量传感器又称空气质量流量计，可用于检测发动机的进气量，是电喷发动机最重要的传感器之一。 空气流量传感器通常安装在进气管上，它将进气量信号转换成电信号传送给ECU，供ECU确定喷油量和点火时间。 要对汽油喷射发动机进行电子调节，使其在各种旋转条件下基本获得混合气的最佳浓度，就需要测量每时每刻吸入发动机的空气量，这是ECU计算的关键(调整)喷油量。 如果空气流量传感器或电路出现故障，ECU得不到良好的进气信号，喷油量不能适当调节，就会造成混合气过浓或过稀，使发动机转动不正常，甚至导致零件损坏。 空气流量传感器分为容积式和质量式，其中容积式包括叶片式、卡门涡流式和测芯式，质量式包括热线式和热式。

身体感知：气体传感器气体传感器是一种检测气体种类、浓度等信息的装置。 气体传感器按技术原理不同可分为半导体气体传感器、固体电解质气体传感器、催化燃烧气体传感器、电化学气体传感器、光学气体传感器等； 分为氧传感器、NOX传感器、稀混合气传感器、烟浓度传感器、柴油机烟传感器。

车身感知：MEMS方案车身感知传感器遍布汽车车身，广泛应用于动力系统（新能源汽车为三电系统）、底盘系统、车身系统，实现对汽车自身信息的感知并做出决定和执行。 “神经末梢”目前比较成熟，主要以MEMS传感器为主。 MEMS系统即微机电系统，是指集成了微型传感器、执行器、机械结构、电源、信号处理、控制电路、高性能电子集成器件、可量产的微米级或纳米级器件，接口和通信。 或系统。 MEMS传感器是在微电子技术基础上发展起来的多学科前沿研究领域。 MEMS传感器是利用微电子学和微机械加工技术制造的一种新型传感器。 与传统传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适合大批量生产、易于集成和智能化等特点。 同时，微米量级的特征尺寸使其可以完成一些传统机械传感器无法实现的功能。 MEMS 传感器没有标准化的生产流程。 每个 MEMS 传感器都是为特定的下游场景生产的。 根据工作原理，MEMS传感器可分为物理型、化学型和生物型。 细分种类繁多，几乎涵盖了汽车传感器。 所有类型的。

以MEMS压力传感器的制造工艺为例，需要通过氮化硅薄膜热沉积、光刻、金属离子注入等工艺制备压敏电阻与硅片上金属之间的互连线，然后在硅片背面进行各种工艺。 各向异性湿法刻蚀，通过调节刻蚀速率和时间来控制压敏膜的厚度。 最后采用玻璃进行键合，作为芯片的支撑结构。 估计需要7-8层衬底，需要逐层进行沉积、光刻、注入、腐蚀等工艺。 对温控精度和应力的要求非常高。

与采用标准CMOS生产工艺的大规模集成电路产品不同，MEMS传感器芯片本质上是在硅片上制造的极小机械系统和集成电路的集合，生产工艺具有高度定制化特点。 其技术先进性不仅体现在MEMS传感器芯片的设计难度上，更体现在MEMS传感器芯片生产工艺的可行性上。 领先的MEMS传感器制造商不仅需要具备超小型机械系统和集成电路的卓越设计能力，还需要针对不同的传感器芯片开发生产工艺。

环境感知：车载摄像头：车载摄像头以光敏成像的形式为ADAS功能提供输入。 车载摄像头是一种监控汽车内外环境，将光信号转换为电信号，呈现图像以辅助驾驶员驾驶的设备。 通常分为单目摄像头、双目摄像头和广角摄像头。 视图、侧视图、内置等部分。 摄像头的主要功能是感知外界环境，为实现碰撞预警、行人检测等ADAS（高级驾驶辅助系统，高级驾驶辅助系统）功能提供视频信号输入。 车载摄像头主要由镜头组、图像传感器（CMOS）、数字图像信号处理（DSP）组成，其中图像传感器是车载摄像头的核心技术。 将镜头组、胶材和图像传感器封装在一起形成镜头模组。 镜头模组将光电信号传输给DSP进行图像信号处理； DSP将模拟信号转换为数字信号，与镜头模组封装集成，形成终端系统。

CMOS图像传感器技术（CIS）是模拟电路和数字电路的集成。 它是光学传感器，是摄像头模组的核心部件，对摄像头的光感和成像质量起着关键作用。 它主要由四部分组成：微透镜、彩色滤光片（CF）、光电二极管（PD）和像素设计。 根据组成成分的不同，可分为互补金属氧化物（CMOS）半导体图像传感器和电荷耦合器件（CCD）图像传感器两大类。 典型的 CMOS 图像传感器 (CIS) 由多个模块组成，每个模块执行不同的功能。 其中，像素阵列完成光电信号的转换，将光信号转换为电信号，时序控制电路完成电信号的处理和数模转换。 然后将信号转换成所需的数字信号进行最终输出。

环境感知：Ultrasonic Radar 超声波雷达：超声波雷达常用于汽车盲区停车辅助预警和碰撞预警，是自动泊车系统的主流传感器。 超声波雷达的工作原理是发射和接收超声波，根据超声波的返回时间计算距离。 汽车超声波雷达探头的工作频率有40kHz、48kHz、58kHz三种。 频率越高，灵敏度越高，但探测角度越小。 因此，一般使用40kHz探头。 根据在车上安装位置的不同，超声波雷达可分为UPA（Ultrasonic Parking Assist）和APA（Automatic Parking Assist）两种； UPA安装在保险杠上，用于检测汽车前后障碍物，APA安装在侧边停车位上。 单颗UPA超声波雷达的探测距离在15~250cm之间，单颗APA超声波雷达的探测距离在30~500cm之间，探测距离更远。 一套倒车雷达系统需要在汽车后保险杠上配备4个UPA超声波传感器。 自动泊车系统需要在倒车雷达系统的基础上增加4个UPA和4个APA超声波传感器，形成前4（UPA）、侧4（APA）、后4（UPA）布局格局。

在ADAS加速渗透的趋势下数字液位传感器，车载摄像头有望迎来量价齐升。 L2及以下车一般配备不超过8个摄像头，L3配备8-12个摄像头，L4、L5配备12个以上摄像头。 目前市场上智能汽车的渗透率不高，普遍处于L0-L2级别，单车摄像头安装数量普遍偏低。 2021年以来，ADAS功能普及加速。 随着多款L3级乘用车的上市交付，智能驾驶正逐步从L2级迈向L3级，单车搭载的摄像头数量有望增加。 未来L4、L5成为主流车型后，单车平均摄像头数量有望进一步提升。 测距功能是超声波传感器最重要、应用最广泛的功能。 用于感知障碍物或周围环境的位置、距离、液位、障碍物等的变化。 它是感知层的核心组件。 主要应用领域包括汽车自动泊车辅助系统（APA系统）、代客泊车系统（AVP系统）、盲点检测系统（BSD系统）、前碰撞预警系统（FCW系统）、倒车防撞雷达（PDC） 、后排乘客监控系统（ROA系统）、扫地/工业机器人/无人机避障、液位检测、异物检测等环境感知：毫米波雷达毫米波雷达：毫米波雷达是重要组成部分ADAS系统，是实现汽车智能驾驶的重要装置。 毫米波雷达利用频率为30GHz-300GHz的毫米波照射目标并接收回波，通过信号处理获得目标与发射点之间的距离、方位角、速度等信息。 车载毫米波雷达大多采用FMCW连续调频方式，通常为24GHz和77GHz； 根据测量距离，有短程SRR、中程MRR、远程LRR。 77GHz毫米波雷达通常安装在车前。 用于中远距离物体的检测； 24GHz毫米波雷达通常安装在汽车的侧面和后方，用于盲点检测和泊车辅助。 毫米波雷达已广泛应用于汽车ADAS系统。

FMCW（调频连续波）是最常用的汽车毫米波雷达。 Delphi、Denso、Bosch 等 Tier1 供应商都使用 FMCW 调制。 车载毫米波雷达通过天线发射毫米波，通过测量回波时间等参数来测量障碍物的大小、速度和距离。 毫米波雷达可以同时测量多个目标，获取汽车周围的物理环境信息。 24GHz主要用于中近距离检测，主要应用包括盲点检测、车道偏离预警、车道保持辅助、变道辅助、泊车辅助等。77GHz主要用于中远距离检测100 -250米，如自适应巡航、碰撞预警指示、紧急制动系列等。

环境感知：激光雷达 激光雷达：激光雷达（Laser Radar）是一种通过发射激光束来探测目标的位置、速度等特征的雷达系统。 其工作原理是向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的目标反射信号（目标回波）与发射信号进行比较，经过适当处理后，即可得到目标的相关信息，如目标距离、方位角、高度、速度、姿态，甚至形状参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。 激光发射系统：激发源驱动激光器发射激光脉冲，激光调制器通过光束控制器控制发射激光的方向和线数，最终通过发射光学系统将激光发射到目标物体上； 激光接收系统：通过接收光学系统，光电探测器接收目标物体反射回来的激光，产生接收信号； 信息处理系统：接收信号经数模转换放大处理后，由信息处理模块计算得到目标表面形状、物理特性等特征，最终建立目标模型； 扫描系统：以稳定的速度旋转扫描平面并生成实时计划信息。

主要从显性参数、实测性能和隐性指标等方面对激光雷达产品进行评价和比较。 目前，由于激光雷达是市场上的新兴产品，其实测性能和隐形指标目前缺乏量化、可靠的公开数据指导。 主导参数主要包括测距能力、点频、角分辨率、视场范围、测距精度、功耗、集成度（体积和重量）等，可以更直观地反映激光雷达不同方面的性能。

根据测距原理，激光雷达可细分为三角测距、飞行时间测距ToF和调频连续波FMCW。 三角测距法的原理是激光发射到被测物体后，部分散射光被接收镜头会聚到线阵图像传感器（CCD/CMOS）成像，进而得到目标距离根据三角几何相似原理计算。 飞行时间ToF测距的原理是记录发射器发射的激光与探测器接收到的回波信号之间的时间差除以2，直接计算出目标与传感器之间的距离。 调频连续波调频连续波的原理是发射调频连续激光，通过回波信号的延时得到拍频信号，进而得到飞行时间，通过距离公式反推目标距离数字液位传感器，对目标进行测量通过多普勒频率公式计算物体速度。 ToF测距激光雷达以激光作为信号源，激光发射的脉冲激光打在周围物体上引起散射，接收器接收光波反射时间进行测距。 测量速度快，抗强光干扰能力突出。 优点，但存在信噪比低、安全性低等问题； FMCW激光雷达基于调频波，可以根据波的频率计算出目标物体的速度。 与ToF相比，先天增加速度信息来达到4D感知的效果，目前还处于探索阶段。

激光雷达定位于智能驾驶的感知层。 不同传感方式的原理和作用各不相同，在汽车领域各有优缺点。 目前主要的感知方式有激光雷达、超声波雷达、毫米波雷达、高精地图、C-V2X、摄像头等。激光雷达作为新一代传感器，在探测障碍物的精度和距离上具有显着优势。 车载激光雷达按激光发射方式分为EEL和VCSEL； 按扫描方式分为机械式（机械旋转）、半固态（MEMS、旋转镜、棱镜）、纯固态（OPA、FLASH）； 按激光接收方式分为PD/APD、SPAD/SiPM； 按信息处理方式，分为FPGA、SoC。

（来源：智能驾驶前沿、AI汽车网）AUTO TECH 2023将于2023年11月1-3日再次在广州保利世贸博览馆举办。本届展会主要涵盖：汽车电子技术、轻量化技术及汽车材料、互联网整车技术、EV/HV技术、测试测量技术、自动驾驶技术、汽车零部件加工技术/汽车模具及汽车工程等汽车工业重要领域； 作为汽车技术创新的展示平台，欢迎各位汽车工程师莅临展会参观指导！

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