汽車電子控制系統(tǒng)普遍遵循感知→控制→執(zhí)行的工作流程。

傳感器作為感知單元獲取系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制單元處理傳感器信號(hào)并計(jì)算輸出控制指令，最終由執(zhí)行單元完成相應(yīng)動(dòng)作。

以電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）為例， 車輛運(yùn)行過程中， 方向盤扭矩轉(zhuǎn)角傳感器監(jiān)測(cè)方向盤轉(zhuǎn)角及扭矩信息，輪速傳感器監(jiān)測(cè)車輪轉(zhuǎn)速， 控制器（ECU）通過 CAN總線實(shí)時(shí)獲取傳感器信號(hào)， 并根據(jù)特定邏輯實(shí)時(shí)處理信號(hào)，計(jì)算得到一個(gè)理想的助力力矩， 最后通過 MOSFET 控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)助力效果。

汽車動(dòng)力、底盤、車身、電氣四大系統(tǒng)中，絕大部分的電子控制具備類似的工作原理，從感知、控制到執(zhí)行環(huán)節(jié)，半導(dǎo)體器件無處不在，包括感知系統(tǒng)的傳感器，控制環(huán)節(jié)的微控制器（MCU）、通信芯片（CAN/LIN等）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D），執(zhí)行環(huán)節(jié)的功率器件（MOSFET、 IGBT、 DCDC）等。其中傳感器更是汽車的機(jī)會(huì)所在。

汽車傳感器可分為車輛感知、 環(huán)境感知兩大類。動(dòng)力、底盤、車身及電子電氣系統(tǒng)中的傳感器屬于車輛感知范疇， ADAS以及無人駕駛系統(tǒng)中引入的車載攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等屬于環(huán)境感知范疇。

本文重點(diǎn)講解汽車感知傳感器。

按照工作原理，汽車傳感器主要可分為 MEMS、磁、化學(xué)、溫度四大類，我們統(tǒng)計(jì)傳統(tǒng)汽油車上 MEMS 傳感器超 50 個(gè)， 磁傳感器超過 30 個(gè)，合計(jì)占比約90%。

MEMS 傳感器

MEMS 傳感器（Micro-Electro-Mechanical System）是一個(gè)將微型機(jī)械結(jié)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路以及接口、通信和電源模塊都集成于芯片上的微機(jī)電系統(tǒng)，在汽車上廣泛應(yīng)用于壓力類以及運(yùn)動(dòng)類傳感器。

根據(jù) Bosch 估計(jì)，目前一輛汽車上安裝有超過 50 個(gè) MEMS 傳感器， 我們估計(jì)單車價(jià)值量 500-1000 元。應(yīng)用較多的是壓力傳感器、加速度計(jì)、陀螺儀及磁力計(jì)等慣導(dǎo)系統(tǒng)傳感器。這些產(chǎn)品雖都采用微機(jī)電系統(tǒng)封裝，但對(duì)應(yīng)原理各不相同。

壓力 MEMS:大多基于硅的壓阻效應(yīng)，壓力作用于硅薄膜引起 4個(gè)電阻應(yīng)變片電阻的變化，惠斯頓電橋輸出與壓力成正比的電壓信號(hào)，適用于中低壓場(chǎng)景，如發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管、胎壓檢測(cè)系統(tǒng)TPMS、真空度、油箱壓力等。中、高壓場(chǎng)合多采用陶瓷電容的技術(shù)路線。

圖：硅壓阻式壓力 MEMS 工作原理

加速度 MEMS:基于牛頓第二定律，通過在加速過程中對(duì)質(zhì)量塊對(duì)應(yīng)慣性力的測(cè)量來獲得加速度值。采用電容式、壓阻式或熱對(duì)流原理，分為低 g （重力加速度）和高g 兩大類，區(qū)別在于測(cè)量的加速度范圍不同， ±2g~±24g 等低 / 中 g 傳感器用于主動(dòng)懸架、ESP、側(cè)翻、導(dǎo)航等非安全類系統(tǒng)， ±200g 等高 g傳感器用于氣囊等安全系統(tǒng)。

圖：電容式 MEMS 加速度計(jì)工作原理

角速度 MEMS/ 陀螺儀：基于 Coriolis 力原理：一個(gè)物體在坐標(biāo)軸中直線移動(dòng)時(shí)，假設(shè)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)，物體會(huì)受到一個(gè)垂直的力和垂直方向的加速度。MEMS 陀螺儀通常安裝兩個(gè)方向的可移動(dòng)電容板，徑向電容板加振蕩電壓迫使物體作徑向運(yùn)動(dòng)，而當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，橫向電容板能夠測(cè)量由于橫向 Coriolis運(yùn)動(dòng)帶來的電容變化，從而計(jì)算出角速度。最多可測(cè)量 x/y/z 三軸角速度，用于側(cè)翻、車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航 IMU 等。

圖：MEMS 陀螺儀工作原理

磁力計(jì)：運(yùn)動(dòng)過程中地磁場(chǎng)改變磁力計(jì)主磁場(chǎng)方向，從而引起導(dǎo)電薄膜內(nèi)磁場(chǎng)方向與電流夾角值變化，而夾角的變化與電阻值呈線性關(guān)系，通過換算可以確定與地磁場(chǎng)的相對(duì)位臵來進(jìn)行定位。

磁力計(jì)主要與加速度計(jì)、陀螺儀一起，應(yīng)用于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中（Dead Reckoning）， 用于在 GPS信號(hào)缺失時(shí)，通過測(cè)量與地磁場(chǎng)的相對(duì)位臵來判斷汽車的航向角及姿態(tài)。磁力計(jì)基于磁效應(yīng)，采用 MEMS 工藝，由于霍爾效應(yīng)靈敏度難以達(dá)到要求，普遍應(yīng)用 AMR來感應(yīng)地磁場(chǎng)。

圖：MEMS AMR 磁力計(jì)工作原理

磁傳感器

目前磁傳感器有四代技術(shù)， 分別為霍爾效應(yīng)、 AMR （Anisotropic magnetoresistance effect）、 GMR （Giant magnetoresistance effect）、 TMR （Tunnel magnetoresistance effect），主要用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)量，具體產(chǎn)品形式為速度傳感器、 線性及角度位臵傳感器、電流傳感器等。