安然、舒适、无污染、经济性一向是汽车工业和用户寻求的目标。实现这些目标的关键在于汽车的电子化和智能化，先决前提则是各类信息的及时获取，这势须请求在汽车中大年夜量采取各类传感器。传统的传感器往往体积和重量大年夜，成本高，它们在汽车的应用受到很大年夜的限制。
近年来大年夜半导体集成电路(IC)技巧成长而来的MEMS (Microelectromechnical System, 微电子机械体系)技巧日渐成熟。应用这一技巧可以制造各类能敏感和检测力学量、村校量、热学量、化学量和生物量的微型传感器，这些传感器的体积和能耗小，可实现很多全新的功能，便于大年夜批量和高精度临盆，单件成本低，易构成大年夜范围和多功能阵列，这些特点使得它们异常合适于汽车方面的应用。


80年代初，微型压阻式多路绝对压力（Manifold Absolute Pressure）传感器开端大年夜批量临盆，代替了早期采取LVDT技巧的压力传感器。80年代中期微型加快度传感器开端用于汽车安然气囊,它们是到今朝为止大年夜量临盆的、并在汽车中获得广泛应用的微型传感器。然而微型传感器的大年夜范围应用势必将不限于发念头燃烧控制和安然气囊,在将来5～7年内包含发念头运行治理、废气与空气质量控制、ABS(antilock brake system,防抱逝世体系）、车辆动力学控制、自适应导航、车辆行驶安然体系（如气囊和障碍物检测与避撞等）在内的应用将为MEMS技巧供给广阔的市场。
全世界的汽车产量将大年夜2000年的4750万辆(包含客车、特种车辆和轻型卡车）增长到2005年的5400万辆。2000年汽车用电子产品的市场为227亿美元，估计到2005年达到309亿美元，年平均增长率达到6.3%。响应的每部汽车袈溱电子产品方面所花费的成本大年夜2000年的477美元增长到2005年的572美元。

据文献报道，2000年汽车传感器的市场为61.7亿美元(9.04亿件产品），到2005年将达到84.5亿美元(12.68亿件），增长率为6.5%(按美元计)和7.0%(按产品件数计）。2000年北美所占汽车传感器市场份额最大年夜，为47%，接下来分别是欧洲(26%),日本(22%),和韩国(5%)。

汽车空调紧缩机中的压力测量为MEMS技巧供给了很好的机会。今朝所应用的是其他技巧(如TI的陶瓷电容压力传感器）。但很多MEMS技巧公司正积极开辟响应的微型传感器，以争夺这一很大年夜的市场。
速度和地位传感器占2000年全部汽车传感器市场(以美元计）的38%，接下来是氧气传感器（20%)、空气质量流量传感器（13%）、加快度计(11%）、压力传感器(10%）、温度传感器(5%)及其他(3%）。

2000～2005年度汽车传感器的重要增长范畴包含以下几个方面：用于车辆动力学控制和安然气囊的加快度计；用于传动、刹车、冷却、轮胎、燃油等方面的压力传感器；用于车辆动态控制、翻车报警和GPS后备的偏航速度传感器；用于轮速以及凸轮轴、机轴、踏板地位敏感的地位传感器；车厢情况监控的湿度传感器；日光、雨水和湿度传感器；用于近舅鏊橄碍物检测和避撞的测距传感器。

汽车部件须要知足多项情况、靠得住性和成本等方面的请求。具体来说，它们一方面必须能经受各类高低温、振动、冲击、潮湿、腐化性氛围、电磁干扰等晦气身分的考验；另一方面也必须适于大年夜批量临盆，一般要达到每年一百万件以上，这不仅是汽车量产的需求，也是收回设计和制造方面的巨额投资所必须的。此外，其靠得住性也应与汽车高达10年/15万英里的应用寿命相一致。总而言之，汽车部件是“军品的质量，平易近品的价格”。
绝大年夜多半微型传感器采取硅材料。众所周知，硅材料轻易获得很高的纯度，有优胜的机械机能且重量较轻，本身具有光电效应、压阻效应和霍尔效应等多种传感特点，且便于制造旌旗灯号敏感与处理电路集成的传感器。微型传感器的主流工艺是硅基微机械加工工艺，它来源竽暌冠已经成熟的半导体工艺，可以同时加工出大年夜量几乎完全雷同的机械构造。是以，除了具有体积小、重量轻、能耗低等长处外，微型传感器的靠得住性较高，其供货价格也可以远远低于采取传统机电技巧和工艺的传感器。MEMS技情势必将成为汽车传感器的主流技巧。比来的Roger Grace Associates/Nexus申报估计汽车用MEMS产品的发卖额将大年夜2000年的17.5亿美元增长到2005年的22.7亿美元，年均增长率为16.9%。

因为基于MEMS技巧的微型传感器在降低汽车电子体系成本及进步其机能方面的优势，它们已经开端慢慢代替基于传统机电技巧的传感器。早期的多路绝对压力传感器已经根本为微型化的传感器所替代，今朝这种传感器的敏感元件和旌旗灯号处理电路已经可以集成在同一鸢熏上，大年夜而大年夜大年夜缩小了体积并可以进步靠得住性和减小干扰。

在其它压力敏感应用，特别是恶劣情况中（如置于发念头油和散热器冷却剂中的），一般采取分立元件构成的陶瓷电容式压力开关，它们如今将慢慢被用键合办法制造的硅应变计（一般固定在成本低而稳定的封装中）或压敏电阻芯片（装在带不锈钢膜片端盖的充斥硅油的硅制外壳中)所替代。今朝可以供给这类产品的厂商有Keller,Measurement Specialties、SSI Technologies、Fasco以及Integrated Sensor Solutions(ISS)/Texas Instruments。质量流量传感器平日是用分立的热线构成的，而今朝Bosch公司应用外面微机械办法制造的微型化的传感器已经显示出其明显的优势。用于安然气囊的撞击传感器已大年夜简单的“球—管”(Ball And Tube)式传感器演变为微型化和集成的加快度计，今朝的重要厂商有ADI, Motorola,SensoNor,和Nippondenso等。个中Motorola的微型加快度计产品如图2所示。此外用量很大年夜的轮速传感器（用于ABS及车辆动力学控制）也将由传统的变磁阻式向霍尔式、各向异性磁阻比(AMR)和巨磁阻比(GMR)式成长。以上分析和实例解释微型化是现有汽车用传感器成长的重要偏向。

本节将对微型传感器在汽车中的重要应用偏向进行分析，它们包含安然体系、进步舒适性/便利性/防盗、发念头/驱动链以及车辆监控和自诊断等四个方面。


不少厂商已对应悠揭捉缩空气来代替打开气囊时所常用的钠基化合物火药或作为它的一种弥补进行了研究。为此研究了用于检测紧缩空气缸压力的传感器，但今朝尚未实际应用。

吊挂体系应当可以或许在高速转向时、在凹凸不平的路面上行驶时以及忽然加快和刹车时让车辆仍具有较好的驾驶机能。很多体系采取的是总体式闭环控制。完全主动式的体系异常昂贵（2500～4000美元），其所用的液压作传动装配将消费很大年夜一部分功率，并且大年夜大年夜增长了重量。这些体系的惹人确切改良了车辆的机能，但也大年夜大年夜增长了成本。是以它们在大年夜批量临盆的汽车上的应用受到了限制。不过，很多厂商惹人了半主动控制的吊挂体系。个一一些在减震器上安装了位移传感器并采取了不少线加快度计。这方面的应用请求的加快度量程仅为±2g的量级，它们为微型传感器的应用供给了很好的机会。

大年夜1995年S级Mercedes轿车开端，硅基压力传感器已用于检测主制动器气缸的压力。除角速度传感器外，加快度传感器、偏向盘角度和车轮速度传感器正慢慢应用于车辆动力学控制中。然则，大年夜部分车辆仅应用车轮速度传感器（ABS,牵引力控制）。今朝，Bosch公司的外面微机械陀螺或Systron Donner和Matsushita的音叉式陀螺等角速度传感器的单个售价为25美元，其应用仅限于高等轿车，如Mercedes(S级)、BMW、Cadillac。多家有名的汽车及配件供给商正在致力于设计性价比更高的体系。更便宜的基于MEMS技巧的角速度传感器将有助于这些体系在价格更低的汽车中应用。

今朝的汽车导航体系将GPS（全球定位体系)和储存于CD-ROM中的电子地图与车轮扭转传感器和速度陀螺或磁罗占据合起来。但今朝词攀类体系的价格很高，约为1800美元，只能作为待选的配件。在这方面的应用中MEMS传感器将发挥越来越重要的感化，它们的应用将使这类体系在不远的将来降到900美元以下。



发念头的电子控制一向被认为是MEMS技巧在汽车中的重要应用范畴之一。Delco,Motorola和Bosch公司临盆了数以百万计的多路压力传感器。这些器件测量出的多路进气压力可以用来计算空气/燃料比。人们正在测验测验用空气质量流量(mass airflow）传感器代替这类器件。今朝市场上出售的产品采取了分立的热线式风速测量办法，它们的体积大年夜、价格高。Bosch公司1995年惹人了一种基于薄膜技巧的新型质量流量传感器英国沃森WSEN进口传感器。如今很多组织正在对已经微型化的┞封种传感器进行评估。除了多路压力和质量流量参数外，发念头控制器还须要获取大年夜气压力参数，以便根据推算出的海拔高度信息肯定合理的空气/燃油比。MEMS技巧将在这些应用中发挥越来越重要的感化。

气缸压力测量对于优化发念头机能来说十分关键。因为气缸内的温度很高，压电和光纤技巧较为实用，不过它们昂贵的价格限制了其应用。今朝Ford和Chrysler公司的汽车中采取了废气轮回(EGR）体系。在这些体系中，陶瓷电容式压力传感器正为微型硅压阻式传感器所代替。无级可调传动体系须要测量液压油的压力。在这一方面，经由过程各类办法与工作介质隔分开来的微型压力传感器将有广阔的应用前景。Fasco,Measurement Specialties, Integrated Sensor Solutions (比来为TI收购)和 SSI Technologies公司正开辟用于这类应用的微型传感器。它们都集成有经由过程EEPROM编程的硅基CMOS ASIC混淆电路。

安然气囊今朝是并且将来也是MEMS的一个重要应用。所用的硅基加快度计的量程一般为50g。除了ADI公司外，一般的加快度计仍由多芯片组件构成，供给经由疗养的旌旗灯号。ADI则采取较为先辈的单片式集成办法，在同一鸢熏上同时制造出加快度敏感元件与响应的旌旗灯号疗养电路。

在这一方面，MEMS技巧的一个重要应用将是轮胎压力监测。无论大年夜安然行车照样大年夜节俭燃油的角度来看，有须要保持恰当的轮胎充气状况。今朝已有不少及时胎压监测体系。基于MEMS技巧的微型压力传感器是幻想的敏感器件。跟着run-flat轮胎的惹人，这些测量体系已经广泛安装于各类新车型中。Run-flat轮胎的应用使人们不再须要备用胎和千斤顶。美国克林顿当局已制订了一项法令，请求到2004年美国境内应用的载客汽车必须安装这类装配。这为微型压力传感器供给了一个巨大年夜的市场，Lucas NovaSensor, Motorola和 Sensonor等厂商正积极争夺这一市场。

发念头油的监测也为MEMS技巧供给了一个重要的应用机会。这些体系应用的最大年夜障碍是其价格。这类微型压力传感器必须可以或许在温度很高的发念头油中正常工作，其谷銎敏感芯片部分必须与工作介质隔分开。带有全部旌旗灯号疗养电路并封装好的传感器的价格应在5～7美元之间。压力传感器还可以应用于监控易挥发燃油油箱中的┞肤气压，以确保无燃油蒸气泄漏。

在不久的将来，汽车方面的应用将持续构成MEMS技巧的一个重要市场。如今传统的多路绝对压力传感器和蔼囊加快度计几乎已经完全被微型化的传感器所替代。在轮速测量、冷却体系压力、发念头油压力和刹车压力测量方面，人们正在推敲或已经开端用基于MEMS技巧的传感器来代替已有的产品。此外，人们还在推敲在很多新开辟的体系中采取微型传感器。价格、靠得住性和体积等方面的优势将使微型传感器成为汽车中各类参数测量的首选产品。今朝这些优势已为实践所证实。汽车用微型传感器已受到科研机构及厂商的高度看重，可以预言，将来5～7年其研制、临盆与应用将获得高速增长。(end)