中心議題：

• 汽車電子操控和安全係統
• 智能傳感器在汽車電子中的應用

解決方案：

• 智能傳感器模糊邏輯運算的能力
• 智能傳感器主動鑒別環境的能力
• 智能傳感器自動調整的能力
• 智能傳感器補償適應環境的能力

xiandaiqichedianzicongsuoyingyongdedianziyuanqijiandaocheneidianzixitongdejiagoujunyijinruleyigeyoubenzhixingtigaodexinjieduan。qizhongzuiyoudaibiaoxingdehexinqijianzhiyijiushizhinengchuanganqi。

一、汽車電子操控和安全係統談起

近幾年來我國汽車工業增長迅速
，發展勢頭很猛。因此評論界出現了一些專家的預測：汽車工業有可能超過IT產業

，成為中國國民經濟最重要的支柱產業之一。其實
，汽車工業的增長必將包含與汽車產業相關的IT產業的增長。例如，雖然目前在我國一汽的產品中電子產品和技術的價值含量隻占10%—15%左右，但國外汽車中電子產品和技術的價值含量平均約為22%
，中
、高檔轎車中汽車電子已占30%以上
，而且這個比例還在、不斷地快速增長，預期很快將達到50%。

電子信息技術已經成為新一代汽車發展方向的主導因素
，汽車（機動車）的動力性能、操控性能、安全性能和舒適性能等各個方麵的改進和提高，都將依賴於機械係統及結構和電子產品
、信息技術間的完美結合。汽車工程界專家指出：電dian子zi技ji術shu的de發fa展zhan已yi使shi汽qi車che產chan品pin的de概gai念nian發fa生sheng了le深shen刻ke的de變bian化hua。這zhe也ye是shi最zui近jin電dian子zi信xin息xi產chan業ye界jie對dui汽qi車che電dian子zi空kong前qian關guan注zhu的de原yuan因yin之zhi一yi。但dan是shi
，必bi須xu指zhi出chu的de是shi
，除chu了le一yi些xie車che內nei音yin響xiang、視頻裝備
，車用通信


、導航係統
，以及車載辦公係統

、網絡係統等車內電子設備的本質改變較少外，現代汽車電子從所應用的電子元器件（包括傳感器、執行器、微電路等）到車內電子係統的架構均已進入了一個有本質性提高的新階段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能傳感器（智能執行器
、智能變送器）。

實際上，汽車電子已經經曆了幾個發展階段：從分立電子元器件搭建的電路監測控製，經過了電子元器件或組件加微處理器構築的各自獨立的、專用的
、半自動和自動的操控係統

，現在已經進入了采用高速總線（目前至少有5種以上總線已開發使用）
，統一交換汽車運行中的各種電子裝備和係統的數據，實現綜合、智能調控的新階段。新的汽車電子係統由各個電子控製單元（ECU）組成，可以獨立操控

，同時又能協調到整體運行的最佳狀態。

例如為使發動機處於最佳工作狀態，就需要從吸入汽缸的空氣流量
、進氣壓力的測定開始，再根據水溫
、空(kong)氣(qi)溫(wen)度(du)等(deng)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)參(can)數(shu)計(ji)算(suan)出(chu)基(ji)本(ben)噴(pen)油(you)量(liang)
，同(tong)時(shi)還(hai)要(yao)通(tong)過(guo)節(jie)氣(qi)門(men)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測(ce)節(jie)氣(qi)門(men)的(de)開(kai)度(du)，確(que)定(ding)發(fa)動(dong)機(ji)的(de)工(gong)況(kuang)，進(jin)而(er)控(kong)製(zhi)，調(tiao)整(zheng)最(zui)佳(jia)噴(pen)油(you)量(liang)，最(zui)後(hou)還(hai)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)曲(qu)軸(zhou)的(de)角(jiao)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)監(jian)測(ce)曲(qu)軸(zhou)轉(zhuan)角(jiao)和(he)發(fa)動(dong)機(ji)轉(zhuan)速(su)
，最(zui)終(zhong)計(ji)算(suan)出(chu)並(bing)發(fa)出(chu)最(zui)佳(jia)點(dian)火(huo)時(shi)機(ji)的(de)指(zhi)令(ling)。這(zhe)個(ge)發(fa)動(dong)機(ji)燃(ran)油(you)噴(pen)射(she)係(xi)統(tong)和(he)點(dian)火(huo)綜(zong)合(he)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)還(hai)可(ke)以(yi)與(yu)廢(fei)氣(qi)排(pai)放(fang)的(de)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)和(he)起(qi)動(dong)係(xi)統(tong)等(deng)組(zu)合(he)
，構(gou)築(zhu)成(cheng)可(ke)使(shi)汽(qi)車(che)發(fa)動(dong)機(ji)功(gong)率(lv)和(he)扭(niu)矩(ju)最(zui)大(da)化(hua)，而(er)同(tong)時(shi)燃(ran)油(you)消(xiao)耗(hao)和(he)廢(fei)氣(qi)排(pai)放(fang)最(zui)低(di)化(hua)的(de)智(zhi)能(neng)係(xi)統(tong)。

還可以舉一個安全駕駛方麵的例子，出於平穩、安全駕駛的需要
，僅隻針對四個輪子的操控上，除了應用大量壓力傳感器並普遍安裝了刹車防抱死裝置（ABS）外，許多轎車，包括國產車，已增設了電子動力分配係統（EBD），ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天氣駕駛時的穩定性。

現在，國內外的一些汽車進一步加裝了緊急刹車輔助係統（EBA）
，該(gai)係(xi)統(tong)在(zai)發(fa)生(sheng)緊(jin)急(ji)情(qing)況(kuang)時(shi)，自(zi)動(dong)檢(jian)測(ce)駕(jia)駛(shi)者(zhe)踩(cai)製(zhi)動(dong)踏(ta)板(ban)時(shi)的(de)速(su)度(du)和(he)力(li)度(du)，並(bing)判(pan)斷(duan)緊(jin)急(ji)製(zhi)動(dong)的(de)力(li)度(du)是(shi)否(fou)足(zu)夠(gou)，如(ru)果(guo)需(xu)要(yao)，就(jiu)會(hui)自(zi)動(dong)增(zeng)大(da)製(zhi)動(dong)力(li)。EBA的自控動作必須在極短時間（例如百萬分之一秒級）內完成。這個係統能使200km/h高速行駛車輛的製動滑行距離縮短極其寶貴的20多duo米mi。針zhen對dui車che輪lun的de還hai有you分fen別bie監jian測ce各ge個ge車che輪lun相xiang對dui於yu車che速su的de轉zhuan速su，進jin而er為wei每mei個ge車che輪lun平ping衡heng分fen配pei動dong力li，保bao證zheng在zai惡e劣lie路lu麵mian條tiao件jian下xia各ge輪lun間jian具ju有you良liang好hao的de均jun衡heng抓zhua地di能neng力li的de“電子牽引力控製”（ETC）係統等。

從以上列舉的兩個例子可以清楚看到，汽車發展對汽車電子的一些基本要求：

1．電子操控係統的動作必須快速、正確、可靠。傳感器（+調理電路）+微處理器，然後再通過微處理器（+功率放大電路）+執行器的技術途徑已經不再能滿足現代汽車的要求，需要通過硬件集成、直接交換數據和簡化電路，並提高智能化程度來確保控製單元動作的正確性、可靠性和適時性。

2．現xian在zai幾ji乎hu所suo有you的de汽qi車che的de機ji械xie結jie構gou部bu件jian都dou已yi受shou電dian子zi裝zhuang置zhi控kong製zhi，但dan汽qi車che車che體ti內nei的de空kong間jian有you限xian，構gou件jian係xi統tong的de空kong間jian更geng是shi極ji其qi有you限xian。理li想xiang的de情qing況kuang當dang然ran是shi，電dian子zi控kong製zhi單dan元yuan應ying與yu受shou控kong製zhi部bu件jian緊jin密mi結jie合he
，形xing成cheng一yi個ge整zheng體ti。因yin此ci器qi件jian和he電dian路lu的de微wei型xing化hua、集成化是不可回避的道路。

3．電子控製單元必須具有足夠的智能化程度。以安全氣囊為例，它在關鍵時刻必須要能及時、正確地瞬時打開，但在極大多數時間內氣囊是處在待命狀態，因此安全氣囊的ECU必須具有自檢
、自維護能力，不斷確認氣囊係統的可正常運作的可靠性，確保動作的“萬無一失”。

4．汽車的各種功能部件都有各自的運動、caokongtexing，bingqie，duidianzichanpineryan，daduochuyufeichangeliedeyunxinghuanjingzhong，erqiegebuxiangtong。zhurugongzuozhuangtaishidegaowen，jingzhidaimingshidediwen
，gaonongdudeyouzhengqihehuoxing（毒性）氣體，以及高速運動和高強度的衝擊和振動等。因此，電子元器件和電路必須要有高穩定、抗環境和自適應、自補償調整的能力。

5．與上述要求同樣重要，甚至有時是關鍵性的條件是
，汽車電子控製單元用的電子元器件、模(mo)塊(kuai)必(bi)須(xu)要(yao)能(neng)大(da)規(gui)模(mo)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)，並(bing)能(neng)將(jiang)成(cheng)本(ben)降(jiang)低(di)到(dao)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)程(cheng)度(du)。一(yi)些(xie)微(wei)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)就(jiu)是(shi)這(zhe)方(fang)麵(mian)的(de)典(dian)範(fan)。例(li)如(ru)智(zhi)能(neng)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)，它(ta)不(bu)僅(jin)能(neng)較(jiao)好(hao)地(di)滿(man)足(zu)現(xian)代(dai)汽(qi)車(che)的(de)各(ge)項(xiang)需(xu)要(yao)
，而(er)且(qie)因(yin)為(wei)可(ke)以(yi)在(zai)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)標(biao)準(zhun)矽(gui)工(gong)藝(yi)線(xian)上(shang)批(pi)量(liang)生(sheng)產(chan)，生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)較(jiao)低(di)（幾美元至十幾或幾十美元）
，所以在汽車工業中找到了自己最大的應用市場，反過來也有力地促進了汽車工業的電子信息化。
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二、智能傳感器：微傳感器與集成電路融合的新一代電子器件

微傳感器
、zhinengchuanganqishijinjiniancaikaishixunsufazhanqilaidexinxingjishu。zaiwoguodebaokanzazhishangmuqiansuoshiyongdejishumingchenghaibijiaohanhun
，rengranlongtongdichengzhiweichuanganqi
，huozhehanhudiguinaweiqichebandaotiqijian
，yeyoujiangzhinengchuanganqi（或智能執行器、智能變送器）與微係統、MEMS等都歸入了MEMS（微機電係統）名稱下的。這裏介紹當前一些歐美專著中常用的技術名詞的定義和技術內涵。

首先必須說明的是
，在絕大多數情況下，本文大小標題及全文中所說的傳感器其實是泛指了三大類器件：將非電學輸入參量轉換成電磁學信號輸出的傳感器
；將電學信號轉換成非電學參量輸出的執行器；yijijinengyongzuochuanganqiyounengyongzuozhixingqi，qizhongjiaoduodeshijiangyizhongdiancixuecanliangxingshizhuanbianchenglingyizhongdiancixuecanliangxingtaishuchudebiansongqi。jiushishuo
，guanyuweichuanganqi、智能傳感器的技術特性可以擴大類推到微執行器
、微變送器-傳感器（或執行器、或變送器）的物理尺度中至少有一個物理尺寸等於或小於亞毫米量級的。

微傳感器不是傳統傳感器簡單的物理縮小的產物
，而是基於半導體工藝技術的新一代器件：應ying用yong新xin的de工gong作zuo機ji製zhi和he物wu化hua效xiao應ying，采cai用yong與yu標biao準zhun半ban導dao體ti工gong藝yi兼jian容rong的de材cai料liao
，用yong微wei細xi加jia工gong技ji術shu製zhi備bei的de。因yin此ci有you時shi也ye稱cheng為wei矽gui傳chuan感gan器qi。可ke以yi用yong類lei似si的de定ding義yi和he技ji術shu特te征zheng類lei推tui描miao述shu微wei執zhi行xing器qi和he微wei變bian送song器qi。

它由兩塊芯片組成，一是具有自檢測能力的加速度計單元（微加速度傳感器），另一塊則是微傳感器與微處理器（MCU）間的接口電路和MCU。這是一種較早期（1996年前後）de，danyixiangdangshiyongdeqijian，keyongyuqichedezidongzhidonghexuanguaxitongzhong，bingqieyinweijiasudujijuyouzijiannengli，haikeyongyuanquanqinang。congcilizhongkeyiqingchukandao
，weichuanganqideyoushibujinshitijidesuoxiao，gengzaiyunengfangbiandiyujichengdianluzuheheguimoshengchan。yinggaizhideshi，caiyongzhezhongliangpiandejiejuefangankeyisuoduanshejizhouqi、降低開發前期小批量試產的成本。但對實際應用和市場來說，單芯片的解決方案顯然更可取，生產成本更低，應用價值更高。

智能傳感器（SmartSensor）、智能執行器和智能變送器-微傳感器（或微執行器，或微變送器）和它的部分或全部處理器件
、處理電路集成在一個芯片上的器件（例如上述的微加速度計的單芯片解決方案）。因此智能傳感器具有一定的仿生能力
，如模糊邏輯運算
、主動鑒別環境，自動調整和補償適應環境的能力，自診斷、自維護等。顯然
，出於規模生產和降低生產成本的要求，智能傳感器的設計思想
、材(cai)料(liao)選(xuan)擇(ze)和(he)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)必(bi)須(xu)要(yao)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)和(he)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)的(de)標(biao)準(zhun)矽(gui)平(ping)麵(mian)工(gong)藝(yi)一(yi)致(zhi)。可(ke)以(yi)在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)的(de)投(tou)片(pian)前(qian)，或(huo)流(liu)程(cheng)中(zhong)，或(huo)工(gong)藝(yi)完(wan)成(cheng)後(hou)增(zeng)加(jia)一(yi)些(xie)特(te)殊(shu)需(xu)要(yao)的(de)工(gong)序(xu)
，但(dan)也(ye)不(bu)應(ying)太(tai)多(duo)。

在一個封裝中
，把一隻微機械壓力傳感器與模擬用戶接口、8位模-數轉換器（SAR）
、微處理器（摩托羅拉69HC08）
、存儲器和串行接口（SPI）等集成在一個芯片上。其前端的矽壓力傳感器是采用體矽微細加工技術製作的。製備矽壓力傳感器的工序既可安排在集成CMOS電路工藝流程之前
，亦可在後。這種智能壓力傳感器的技術和市場都已成熟，已廣泛用於汽車（機動車）所需的各式各樣的壓力測量和控製單元中
，諸如各種氣壓計、噴嘴前集流腔壓力、廢氣排氣管、燃油
、輪胎、液壓傳動裝置等。

智(zhi)能(neng)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)應(ying)用(yong)很(hen)廣(guang)，不(bu)局(ju)限(xian)於(yu)汽(qi)車(che)工(gong)業(ye)。目(mu)前(qian)，生(sheng)產(chan)智(zhi)能(neng)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)廠(chang)商(shang)已(yi)不(bu)少(shao)，市(shi)售(shou)商(shang)品(pin)的(de)品(pin)種(zhong)也(ye)很(hen)多(duo)
，已(yi)經(jing)出(chu)現(xian)激(ji)烈(lie)的(de)競(jing)爭(zheng)。結(jie)果(guo)是(shi)智(zhi)能(neng)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)體(ti)積(ji)越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)，隨(sui)之(zhi)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)所(suo)需(xu)的(de)外(wai)圍(wei)接(jie)插(cha)件(jian)和(he)分(fen)立(li)元(yuan)件(jian)越(yue)來(lai)越(yue)少(shao)，但(dan)功(gong)能(neng)和(he)性(xing)能(neng)卻(que)越(yue)來(lai)越(yue)強(qiang)
，而(er)且(qie)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)降(jiang)低(di)很(hen)快(kuai)（現在約為幾美元一隻）。

順便需要說說的是，在一些中文資料中
，尤其是一些產品宣傳性材料中，籠統地將SmartSensor(或device)和Intelligentsensor（或device）都稱之為智能傳感器，但在歐美文獻中是有所差別的。西方專家和公眾通常認為，Smart（智能型）傳感器比Intelligent(知識型)的智慧層次和能力更高。當然，知識型的內涵也在不斷進化，但那些隻能簡單響應環境變化
，作一些相應補償、調整工作狀態的，特別是不需要集成處理器的器件
，其知識等級太低
，一般不應歸入智能器件範疇。
相信大多數讀者能經常接觸到的，最貼近生活的智能傳感器可能要算是用於攝像頭、數碼相機

、攝像機
、手機攝像中的CCD圖像傳感器了。

這是一種非智能型傳感器莫屬的情況
，因為CCD陣列中每個矽單元由光轉換成的電信號極弱，必須直接和及時移位寄存、並處理轉換成標準的圖像格式信號。還有更複雜一些的
，在中
、高檔長焦距（IOX）光學放大數碼相機和攝像機上裝備的電子和光學防抖係統，特別是高端產品中的真正光學防抖係統。它的核心是雙軸向或3軸zhou向xiang的de微wei加jia速su度du計ji或huo微wei陀tuo螺luo儀yi，通tong過guo它ta監jian測ce機ji身shen的de抖dou動dong
，並bing換huan算suan成cheng鏡jing頭tou的de各ge軸zhou向xiang位wei移yi量liang，進jin而er驅qu動dong鏡jing頭tou中zhong可ke變bian角jiao度du透tou鏡jing的de移yi動dong
，使shi光guang學xue係xi統tong的de折zhe射she光guang路lu保bao持chi穩wen定ding。

微係統（Microsystem）和MEMS（微機電係統）-由微傳感器

、微電子學電路（信號處理
、控製電路
、通信接品等）和微執行器構成一個三級級聯係統
、集成在一個芯片上的器件稱之為微係統。如果其中擁有機械聯動或機械執行機構等微機械部件的器械則稱之為MEMS。

MEMS芯片的左側給出的是製備MEMS芯片需要的基本工藝技術。它的右側則為主要應用領域列舉。很明顯
，MEMS的最好解決方案也是選用與矽工藝兼容的材料及物理效應、設計理念和工藝流程，也即采用常規標準的CMOS工藝與二維、三維微細加工技術相結合的方法，其中也包括微機械結構件的製作。

微傳感器合乎邏輯的發展延伸是智能傳感器

，智能傳感器自然延伸則是微係統和MEMS，MEMS的進一步發展則是能夠自主接收
、分辨外界信號和指令

，進而能獨立
、正確動作的微機械（Micromachines）。現在，開發成功、並已有商業產品的MEMS品種已不少，涵蓋圖4所示的各大領域。其中包括全光光通信和全光計算機的關鍵部件之一的二維
、三維MEMS光開關。

通過控製芯片上的微反射鏡陣列
，實現光輸入/輸出的交叉互聯。這是目前全光交換技術的成熟的最佳方案。市場上可買到的MEMS光開關已達1296路，開關轉換時間約為20ms。

微機械（也稱為納米機械）則尚處於開發試驗階段，但已有許多很重要的實驗室產品湧現，如著名的納米電機、微昆蟲、微直升機和潛水艇等。技術產業界普遍認為
，它們的開發成功和投入實際應用將對工業技術和生活質量產生深遠的影響。