適合新型汽車應用的傳感器

電氣化和對傳感器的影響

隨著汽車廠商從內燃機(ICE)生產轉向混合動力和純電動汽車設計(xEV)，傳感器在汽車中的應用范圍不斷擴大。IHS Markit的調查數據顯示，到2030年，不同xEV車型的數量可能會從目前的約335種增加到800種。立法、政府激勵措施和不斷完善的充電基礎設施更是為電動汽車的發展提供了額外利好刺激。為此，汽車廠商需要在把握時機，在短時間內建立行業合作伙伴關系，才能成功地將這些新的傳感器技術融入到汽車設計中。TDK的統一傳感器組合包含全面的傳感器套件，能滿足各種汽車應用需求。產品組合不僅能適合傳統的ICE應用，還能滿足擴展的xEV要求。
其中包括：

汽車內部采用閉環反饋機制來監測和控制機械、電子或機電過程。而這些系統需通過傳感器或傳感器組合輸入信息，提供與監測過程有關的數據。比如，對于車輪、車軸和電機的監測應用，需要通過測量轉速來生成輸入數據。汽車內還通過其他反饋系統來控制溫度、電流和壓力。在這些系統中，無需要特定的傳感器或傳感器組合(傳感器融合)來提供相關的測量數據。

TMR

隧道磁阻 (TMR) 傳感器廣泛用于汽車中的各種應用，比如用來檢測方向盤的扭矩或角度、電機/軸的位置、eCaliper制動系統和雨刷驅動。TAS系列TMR傳感器具有輸出高、功耗低、角度測量精度好、溫度漂移低的特點。TMR元件包含三層結構：最下面是固定磁層，上面是自由層，中間是隔離上下兩層的勢壘層(由薄絕緣體制成)。自由層的磁化方向隨外部磁場的變化而變化。當固定層和自由層的磁化方向平行時，元件電阻最小。反之，當兩層磁化方向相反時，元件電阻最大。

圖1：TDK TAS系列TMR

TAS系列

霍爾傳感器

霍爾傳感器用于檢測垂直磁場條件下半導體內部流動的合成電壓差。通過這種方式，霍爾開關可將測得的磁場強度與預先定義的電平，或傳感器中可編程的電平做對比。一旦發現電平過高(開關點)，傳感器的輸出就會改變。TDK的霍爾開關系列具有可編程和固定選項。霍爾開關還能與永磁體結合使用，以間接測量變量，比如轉速、速度、距離、壓力、角度和液位。TDK的3D HAL?像素單元技術是專為多維磁場測量應用而設計的HAL 39xy直接角度傳感器的核心。這些傳感器能精確地測量磁場，并且對雜散磁場不敏感，采用基于霍爾板陣列的獨特設計理念。比如， 可編程3D位置傳感器HAL 3930

xEV中的電池、充電電路和驅動系統組件的熱管理就是傳感器在爆炸環境中發揮重要作用的一個典型示例。

為了最大限度延長電動汽車的行駛里程，須確保傳動系統的關鍵部件在不同的溫度范圍內工作，比如電池的工作溫度比電源逆變器低得多，而電機中的磁鐵在高溫時會失去磁性。為達到冷卻效果，采用了多達8個LIN總線控制的電子閥來直接這些組件進行液冷。這些閥門可由嵌入式電機控制器 HVC 4223F結合3D位置傳感器HAL 3930來控制。當使用HVC 4223F直接驅動執行器電機時，HAL 3900可位置反饋以實現控制回路閉環。

溫度傳感器

溫度傳感器不僅要確保測量精度，還要快速響應區域內的溫度波動，以避免熱失控和隨之而來的火災風險。當驅動或給電動汽車充電時，連接器內接觸電阻小幅增加就可能導致其內部出現破壞性的溫升(Pv = I2 R)。為此，TDK專門推出一種可直接安裝在汽車電池和逆變器之間的連接器上的溫度傳感器。這是一個熱點，是大電流流動時最容易引發升溫的區域。

NTCG系列和B57xxxV5系列傳感器封裝在一個堅固的多功能外殼，設計成連接器核心的一部分。該傳感器是采用陶瓷外殼封裝的負溫度系數(NTC)元件，可確保高工作溫度和卓越的電氣絕緣性能。通過這種定位方式，可優化傳感器對任何溫度波動的響應速度。同時反過來又加快了充電或傳動系統電路的響應，從而快速限制流經電路的電流來緩解溫升。

壓力傳感器

壓力傳感器，如C43/C44系列系列，可用于測量鋰離子電池內的壓力，在xEV電池管理系統(BMS)同樣至關重要。這些傳感器可跟蹤電池的工作壓力，并向BMS報告異常的壓力增加。這類傳感器的響應時間短，可以比單獨的溫度傳感器更快地檢測和報告電池內由熱事件引起的壓力增加。

自動駕駛的轉型之旅

除了向電動汽車轉型的巨大轉變，先進的駕駛輔助系統(ADAS)的可靠性和功能也在不斷演進，推動汽車向更高水平的自動駕駛邁進。傳感器對此類系統的完整性至關重要，并且通常以組合方式工作(傳感器融合)。這些傳感器為系統提供了可靠、準確、全面的車輛周圍環境視圖。這些系統會受到車輛振動的影響，必須通過電子穩定系統來確保輸出。使用慣性測量單元(IMU)，比如IAM-20680，可以補償系統的外來振動影響，并相應改善結果。通過改進各種傳感元件、LIDAR、雷達和攝像頭產生的圖像質量，能強化系統的準確性。IMU還能為V2V車對車通信系統和基礎設施提供精確的定位數據。此外，IMU還可以增強定位系統的航跡推算功能，比如汽車行駛在隧道中或人口密集的市區等傳統GPS/GNSS信號弱或不可用的地方。

數字駕駛室的座艙體驗

在駕駛室內，可使用各種傳感器和電子設備來提高乘客的舒適度、安防性和安全性。比如根據不同的司機自動調節座椅，下雨時自動打開雨刷，天黑或汽車在隧道中行駛時自動亮燈。高品質的IMU可穩定倒車影響，改善駕駛體驗和ADAS的準確性。所有這些先進的基于傳感器的系統都旨在通過限制干擾來提高駕駛員的注意力。

此外，駕駛員與機器之間的人機界面 (HMI) 頁正在發生改變。在數字駕駛室內，語音指令、手勢控制和觸覺反饋成為了新界面的一部分。而隨著我們自主性水平的不斷提高，新技術有望在駕駛室內率先替代通知和控制機制。TDK的SmartAutomotive?產品線下轄一系列MEMS運動傳感器和麥克風，專為汽車市場應用而設計，并通過相關測試。其中MEMS麥克風可通過路噪主動控制(RANC)來消除道路噪音，提高聲控系統的可靠性。

PowerHap?壓電執行器能為司機提供觸覺反饋，是一種在車載觸控顯示屏中應用中日益普及的技術。它能在使用數字按鈕等信息娛樂功能時，增強真實感，提高操作可靠性。為了防止司機因看屏幕而分散注意力，我們不僅提供觸摸技術，還提供超聲波傳感器以實現手勢控制。

未來技術

胎壓管理系統在汽車設計中并非是一項新功能。但是，現在的技術不僅能監測胎壓，還能顯示關于“輪胎橡膠在何處接觸路面”的其他信息。TDK的InWheelSense?是一種新的、可擴展的技術，能精確測量許多“車輪上”和“車輪外”的參數，比如胎壁溫度、路面條件和車輪定位條件等等。這個可擴展的壓電驅動傳感器平臺能向車輛或云端服務傳輸數據，而隨著駕駛自動化水平的提高，該功能也變得越來越重要。

總結

電子設備和傳感器在現代汽車設計中的作用正在迅速擴大。電動汽車在充電和傳動系統電路中需要響應電流和溫度控制，開辟了新的傳感器應用領域。

TDK不僅能為汽車應用提供一整套傳感器，還具備深厚的專業知識，能為汽車廠商和一級供應商部署傳感器技術提供指導和協助。TDK致力于建立建設性的合作伙伴關系，并歡迎那些希望提高當前傳感器應用性能、為新應用設計傳感器或兩者兼而有之的客戶前來咨詢。

審核編輯：湯梓紅