Im heutigen Zeitalter der rasanten technologischen Entwicklung bewegt sich die Automobilindustrie in Richtung Intelligenz und Automatisierung. Hinter diesem Wandel spielen Sensoren eine entscheidende Rolle. Als „Sensororgan“ von Kraftfahrzeugen können Sensoren den Betriebszustand von Fahrzeugen, Umgebungsinformationen und die Betriebsabsichten des Fahrers in Echtzeit überwachen und so wichtige Datenunterstützung für den sicheren und effizienten Betrieb von Fahrzeugen bereitstellen.
Anwendung von Sensoren in verschiedenen Automobilsystemen
Antriebssystem
Im Antriebsstrangsystem spielen Sensoren eine Schlüsselrolle, um den effizienten Betrieb des Motors sicherzustellen und den Kraftstoffverbrauch zu optimieren. Der Luftstromsensor ist zwischen dem Luftfilter und dem Drosselklappengehäuse installiert, misst genau die in den Motor eintretende Luftmenge, wandelt die eingeatmete Luftmenge in ein elektrisches Signal um und sendet es als eines der grundlegenden Signale zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge an das Motor-ECU, wodurch die Effizienz der Kraftstoffverbrennung optimiert, die Leistungsabgabe verbessert und die Abgasemissionen reduziert werden. Der Drucksensor überwacht den Öldruck in Echtzeit, um sicherzustellen, dass alle Motorkomponenten gut geschmiert sind und Verschleiß durch unzureichende Schmierung vermieden wird. Darüber hinaus gibt es Wassertemperatursensoren, Öltemperatursensoren, Ansaugtemperatursensoren, Abgastemperatursensoren usw., die Temperaturinformationen in elektrische Signale umwandeln, um die Öffnungszeit und -dauer der Einspritzdüse zu steuern und so sicherzustellen, dass der Motor innerhalb eines geeigneten Temperaturbereichs arbeitet. Der Sauerstoffsensor ist am Auspuffrohr installiert. Durch die Erkennung des Sauerstoffgehalts im Autoabgas und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Zylinder sendet es ein negatives Rückkopplungssignal an das Kraftstoffversorgungssystem, um den Einspritzimpuls zu korrigieren und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf den theoretischen Wert anzupassen, um einen idealen Abgasreinigungseffekt zu erzielen. Der Klopfsensor ist am Zylinderkörper installiert und gibt den Zylinderdruck oder das Motorvibrationssignal an das Steuergerät weiter. Nach der Verarbeitung durch das Steuergerät steuert es den Zündwinkel, unterdrückt das Auftreten von Klopfen und schützt den Motor vor Schäden.
Fahrwerkssystem
Die Sensoren im Fahrwerkssystem sind entscheidend für die Fahrstabilität und Fahrsicherheit des Fahrzeugs. Der Raddrehzahlsensor liefert wichtige Daten für das Antiblockiersystem (ABS) und das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP), damit das Fahrzeug beim Bremsen und Fahren stabil bleibt. Wenn das Fahrzeug bremst, überwacht der Raddrehzahlsensor die Radgeschwindigkeit in Echtzeit. Anhand dieser Daten erkennt das ABS-System, ob das Rad zu blockieren droht und passt den Bremsdruck rechtzeitig an, um einen Kontrollverlust durch Blockieren des Rades zu verhindern. Das ESP-System nutzt Signale von Raddrehzahlsensoren und Lenkwinkelsensoren, um festzustellen, ob das Fahrzeug schleudert oder außer Kontrolle gerät, und bremst automatisch die entsprechenden Räder ab oder passt das Motorausgangsdrehmoment an, um das Fahrzeug stabil zu halten. Der Lenkwinkelsensor ermöglicht es dem Fahrzeug, genau auf die Lenkbewegung des Fahrers zu reagieren und die Fahrkontrolle zu verbessern. Es wird in das Lenksystem eingebaut und mit dem Lenkrad oder der Lenkwelle verbunden. Es überwacht den Drehwinkel und die Richtung des Lenkrads in Echtzeit und übermittelt Signale an das elektronische Steuersystem des Fahrzeugs, damit das System die Fahrhaltung und Kraftverteilung des Fahrzeugs entsprechend dem Lenkwinkel anpassen kann.
Sicherheitssystem
Das Sicherheitssystem ist einer der kritischsten Teile des Fahrzeugs und Sensoren spielen dabei eine zentrale Rolle. Der Kollisionssensor kann die Aufprallkraft im Moment einer Fahrzeugkollision schnell erfassen und den Airbag auslösen, um die Sicherheit von Fahrer und Passagieren zu gewährleisten. Der Trigger-Kollisionssensor wird auch Kollisionsintensitätssensor genannt, der dazu dient, die Beschleunigungsänderung während der Kollision zu erkennen und das Kollisionssignal als Auslösesignal des Airbag-ECU an das Airbag-ECU zu übertragen; Der Schutzkollisionssensor wird auch Sicherheitskollisionssensor genannt und ist in Reihe mit dem Triggerkollisionssensor geschaltet, um zu verhindern, dass der Airbag versehentlich explodiert. Das aus Millimeterwellenradar und Kamerasensoren bestehende Pre-Kollisionssicherheitssystem kann die Straßenverhältnisse vor Ihnen in Echtzeit überwachen, vor potenziellen Gefahren warnen und bei Bedarf sogar automatisch bremsen, wodurch das Unfallrisiko wirksam verringert wird. Das Millimeterwellenradar ist für die Erkennung von Entfernung, Geschwindigkeit, Winkel und anderen Informationen des vorausfahrenden Fahrzeugs oder Hindernisses verantwortlich, während die Kamera für die Identifizierung der Art und Eigenschaften des Zielobjekts verwendet wird. Nachdem die Daten beider zusammengeführt wurden, kann das System den Grad der Gefahr genauer beurteilen und entsprechende Maßnahmen ergreifen. Darüber hinaus gibt es Sensoren für nicht angelegte Sicherheitsgurte und Sensoren für nicht geschlossene Türen, die einen umfassenden Schutz für die Sicherheit des Fahrzeugs bieten.
Körperkontrollsystem
Die Sensoren im Karosseriekontrollsystem dienen der Überwachung und Steuerung verschiedener Karosseriefunktionen des Fahrzeugs, um den Fahrkomfort und die Bequemlichkeit zu verbessern. Beispielsweise dienen der Innen-{1}Temperatursensor und der Außen--Temperatursensor dem Fahrerhaus und der Klimaanlage- und liefern Temperaturinformationen für die automatische Klimaanlage-, sodass die Klimaanlage den Kühl- oder Heizeffekt automatisch an die Temperatur innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs anpassen kann, um eine angenehme Umgebung für die Passagiere im Fahrzeug zu schaffen. Der Lichtsensor nutzt den photoelektrischen Effekt, um die Änderung der Sonneneinstrahlung in eine Änderung des aktuellen Werts umzuwandeln, der zur Anpassung der Helligkeit des Autobildschirms verwendet wird, um sicherzustellen, dass der Fahrer die Bildschirminformationen bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen deutlich sehen kann. Der Regensensor wird von der Wischerautomatik genutzt, um die Schwenkgeschwindigkeit des Scheibenwischers zu steuern. Es passt die Arbeitsfrequenz des Scheibenwischers automatisch an die Niederschlagsmenge an, ohne dass eine manuelle Betätigung durch den Fahrer erforderlich ist. Darüber hinaus gibt es Glas-Wassertank-Füllstandssensoren, Kraftstofftank-Füllstandssensoren, Motoröl-Füllstandssensoren usw., die den Flüssigkeitsstand verschiedener Flüssigkeiten im Fahrzeug in Echtzeit überwachen. Wenn der Flüssigkeitsstand zu niedrig ist, wird der Fahrer daran erinnert, ihn rechtzeitig nachzufüllen, um einen Fahrzeugausfall durch unzureichende Flüssigkeit zu vermeiden.
Entwicklungstrend der Sensorik
Multi-Sensorfusion
Verschiedene Arten von Sensoren, wie Kameras, Radare und Lidargeräte, werden die Datenfusion realisieren, um Fahrzeugen umfassendere und genauere Informationen zur Umgebungswahrnehmung zu liefern. Jeder Sensor hat seine eigenen einzigartigen Vorteile und Einschränkungen. Durch die Datenfusionstechnologie können die Stärken jedes Sensors voll ausgenutzt werden, um seine Schwächen auszugleichen. Beispielsweise kann die Kamera umfassende visuelle Informationen zur Identifizierung der Art und Eigenschaften von Objekten liefern; Das Millimeterwellenradar verfügt über eine gute Erkennungsleistung unter schwierigen Wetterbedingungen und kann die Entfernung und Geschwindigkeit des Zielobjekts genau messen. Das Lidar kann hoch-präzise dreidimensionale-Umgebungskarten liefern. Durch die Fusion der Daten dieser Sensoren kann die Wahrnehmung der Umgebung durch das Fahrzeug umfassender und genauer werden und die Zuverlässigkeit und Sicherheit des autonomen Fahrsystems verbessert werden. Gleichzeitig werden Sensoren intelligentere Algorithmen integrieren, über Funktionen wie Datenvorverarbeitung, Merkmalsextraktion und Entscheidungsanalyse verfügen und dem Fahrzeugsteuerungssystem direkt wertvollere Informationen liefern, die Abhängigkeit des Fahrzeugs von der Back-End-Computing-Plattform verringern und die Reaktionsgeschwindigkeit des Systems verbessern.
Intelligenz und Integration
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie der künstlichen Intelligenz werden Sensoren immer intelligenter. Zukünftige Sensoren werden nicht nur in der Lage sein, Daten zu sammeln, sondern auch Daten in Echtzeit zu analysieren und zu verarbeiten, auf Basis der Analyseergebnisse Entscheidungen zu treffen und bestimmte Funktionen des Fahrzeugs direkt zu steuern. Intelligente Sensoren können beispielsweise die Ausgangsleistung des Motors, den Schaltzeitpunkt des Getriebes und die Bremskraft des Bremssystems automatisch entsprechend dem Fahrstatus des Fahrzeugs und Umgebungsinformationen anpassen, um ein intelligentes Fahren des Fahrzeugs zu erreichen. Darüber hinaus kann die Integration mehrerer Sensorfunktionen in einen Chip oder ein Modul durch den Einsatz fortschrittlicher MEMS-Technologie (Mikroelektromechanisches System) und Verpackungstechnologie nicht nur die Größe und das Gewicht des Sensors reduzieren, die Kosten senken, sondern auch die Zuverlässigkeit und die Anti-Interferenzfähigkeit des Sensors verbessern. Durch die Integration von Drucksensoren, Beschleunigungssensoren, Gyroskopen usw. in einen MEMS-Chip entsteht beispielsweise eine multifunktionale Trägheitsmesseinheit (IMU), die in der Fahrzeugnavigation, Stabilitätskontrolle und anderen Systemen weit verbreitet ist.
Höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der autonomen Fahrtechnik werden die Anforderungen an die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Sensoren immer höher. Künftig werden Sensoren ihre Messgenauigkeit und Auflösung weiter verbessern, um den hohen Präzisionsanforderungen autonomer Fahrsysteme an die Umgebungswahrnehmung gerecht zu werden. Beispielsweise wird sich die Genauigkeit von Lidar weiter verbessern und es wird in der Lage sein, die Details winziger Hindernisse und Objekte genauer zu erkennen; Auch die Auflösung und Bildqualität der Kameras wird sich weiter verbessern, sodass Bilderkennungsalgorithmen Zielobjekte wie Verkehrsschilder und Fußgänger genauer identifizieren können. Gleichzeitig wird auch die Zuverlässigkeit der Sensoren zum Schlüsselfaktor. Durch den Einsatz von redundantem Design, Fehlerdiagnose und fehlertoleranter Technologie wird sichergestellt, dass Sensoren in verschiedenen komplexen Umgebungen und Arbeitsbedingungen stabil und zuverlässig arbeiten und so das sichere Fahren von Fahrzeugen gewährleisten können.
Abschluss
Als Kernkomponente der intelligenten und automatisierten Entwicklung von Kraftfahrzeugen spielen Sensoren eine unverzichtbare Rolle in allen Aspekten des Antriebsstrangsystems, des Fahrwerkssystems, des Sicherheitssystems und des Karosseriesteuerungssystems des Fahrzeugs. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie wird der Einsatz von Sensoren in Kraftfahrzeugen umfangreicher und tiefer-und Multi-Sensorfusion, Intelligenz und Integration sowie höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit werden der zukünftige Entwicklungstrend sein.
