حسگرهای خودکار: رانندگی در آینده فناوری خودرو

فهرست مندرجات
● مقدمه
● نمای کلی بازار
● انواع مختلف سنسورهای خودکار
● نتیجه گیری

معرفی

فناوری مدرن خودرو به شدت به حسگرهای خودکار برای بهبود ایمنی و کارایی و در عین حال افزایش راحتی برای رانندگان و مسافران به طور یکسان متکی است. این دستگاه های پیشرفته برای اطمینان از عملکرد بهینه وسایل نقلیه و محافظت خوب، موقعیت های مختلف را نظارت و به آنها پاسخ می دهند. به لطف پیشرفت‌های فناوری حسگر، خودروها اکنون به ویژگی‌هایی مجهز می‌شوند که به ناوبری، جلوگیری از برخورد و مدیریت موثر انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کنند. بازار در حال گسترش حسگرهای خودرو نشان دهنده افزایش تقاضا برای وسایل نقلیه ایمن تر و کم مصرف تر است. همانطور که صنعت خودرو پیشرفت می کند، ترکیب سنسورهای پیشرفته راه را برای نوآوری در فناوری خودرو هموار می کند.

مروری بر بازار

مقیاس و رشد بازار

انتظار می رود بازار جهانی حسگرها در سال های آینده رشد قابل توجهی داشته باشد. افزایش از 30.68 میلیارد دلار در سال 2023 به 62.2 میلیارد دلار تا سال 2028 با نرخ رشد سالانه مرکب (CAGR) 15 درصد. این افزایش در درجه اول به افزایش تقاضا برای سیستم های کمک راننده (ADAS) و افزایش تولید وسایل نقلیه الکتریکی (EV) و وسایل نقلیه هیبریدی (HV) نسبت داده می شود. طبق گزارش MarketsandMarkets، مقررات سختگیرانه دولتی با هدف افزایش ایمنی خودرو و استانداردهای آلایندگی نیز عامل اصلی توسعه بازار هستند.

سهم بازار

بازار بر اساس انواع حسگرها مانند سنسورهای دما، اکسیژن، موقعیت و فشار تقسیم می شود. انواع وسایل نقلیه، از جمله خودروهای سواری و وسایل نقلیه تجاری، مانند سبک و سنگین نیز آن را تقسیم بندی می کنند. پیش بینی می شود در مناطق مختلف، آسیا اقیانوسیه بیشترین رشد را نشان دهد.

روندهای کلیدی

نیاز روزافزون به ADAS و خودروهای خودران توسط فناوری‌های حسگر مانند LiDAR و رادار مورد استفاده در آنها تقویت می‌شود. ادغام اینترنت اشیا و هوش مصنوعی در برنامه ها، توانایی ها و ویژگی های حسگرها را بهبود می بخشد. انتقال به وسایل نقلیه (EVs) و وسایل نقلیه هیبریدی (HVs) نیز بر پذیرش فناوری حسگر تأثیر می گذارد، زیرا اکنون سنسورها باید عوامل مهمی مانند وضعیت باتری و وضعیت شارژ را پیگیری کنند. این تغییرات ناشی از پیشرفت در فناوری حسگرها و افزایش انتظارات مصرف کنندگان برای ایمنی و اثربخشی است که چشم انداز روند بازار سنسورهای خودرو را شکل می دهد.

انواع سنسورهای خودکار

سنسورهای اکسیژن

سنسورهای O2 خودرو در تنظیم کنترل آلایندگی خودرو نقش دارند و در بین علاقه مندان به خودرو و مکانیک ها به عنوان سنسور اکسیژن شناخته می شوند! این سنسورها که معمولاً در ناحیه منیفولد ناحیه موتور خودرو یافت می‌شوند، سطح اکسیژن موجود در دود اگزوز را کنترل می‌کنند و به واحد کنترل موتور (ECU) کمک می‌کنند تا مخلوط هوا و سوخت را برای عملکرد بهینه تنظیم کند! حسگرهای اکسیژن دارای یک جزء ساخته شده از مواد زیرکونیا یا تیتانیا هستند که با مقایسه غلظت اکسیژن موجود در گازهای خروجی اگزوز با اتمسفر اطراف، اختلاف ولتاژ ایجاد می کند. 

هنگامی که مخلوط هوا و سوخت سوخت بیشتر و اکسیژن کمتری باشد، سنسور ولتاژ کمتری تولید می کند. هنگامی که لاغر است (اکسیژن بیشتر و سوخت کمتر)، ولتاژ به جای کاهش در مقایسه با قبل از زمانی که غنی تر بود، افزایش می یابد. این بازخورد مداوم به واحد کنترل موتور (ECU) اجازه می دهد تا پاشش سوخت و زمان جرقه زنی را تنظیم کند تا به احتراق دست یابد و در عین حال آلایندگی ها را کاهش دهد و بازده سوخت را افزایش دهد. در خودروهای امروزی، چندین سنسور اکسیژن را خواهید دید که قبل و بعد از مبدل کاتالیزوری قرار گرفته اند تا میزان کارایی مبدل کاتالیزوری را برای کاهش انتشارات مضر ارزیابی کنند.

سنسورهای جریان انبوه هوا (MAF)

سنسورهای جریان انبوه هوا (MAF) در محاسبه هوای ورودی به موتور نقش دارند. یک عنصر حیاتی در تصمیم گیری تزریق سوخت مناسب برای فرآیندهای احتراق کارآمد. این سنسور معمولاً بین فیلتر هوا و منیفولد ورودی قرار می گیرد. اغلب از سیم یا فیلم گرم شده برای اندازه گیری جریان هوا استفاده می کند. همانطور که هوا روی این عنصر حرکت می کند، خنک می شود و منجر به تغییر سطوح مقاومت الکتریکی می شود. واحد کنترل الکترونیکی (ECU) برق مورد نیاز برای کنترل گرمای سیم را پیگیری می کند. با استفاده از این اطلاعات، مقدار هوای جاری به موتور را مشخص کنید. اندازه‌گیری دقیق جرم هوا برای ECU برای تنظیم دقیق نسبت هوا به سوخت برای عملکرد بهینه موتور، که به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند و از توقف یا بی‌حرکتی ناهموار جلوگیری می‌کند، بسیار مهم است. سنسورهای پیشرفته MAF همچنین تغییرات دما و فشار را برای ارائه جزئیات دقیق تر به ECU در نظر می گیرند.

سنسور فشار و خلاء

سنسورهای فشار قطعاتی هستند که در وسایل نقلیه با کاربردهای فراوان در سیستم‌های مختلف مانند موتور و سیستم‌های انتقال و سیستم‌های ترمز و HVAC (گرمایش و تهویه مطبوع) یافت می‌شوند. این حسگرها معمولاً از عناصر پیزو استفاده می‌کنند که در هنگام تغییر فشار، مقاومت خود را تغییر می‌دهند تا سیگنال الکتریکی ایجاد کنند. یکی از نمونه ها فشار مطلق منیفولد (MAP) است که فشار هوای داخل منیفولد را برای کمک به محاسبه بار موتور و کنترل تحویل سوخت و تنظیم زمان احتراق کنترل می کند. این دستگاه عملکرد موتور و راندمان سوخت را در شرایط مختلف افزایش می دهد. سنسورهای خلاء معمولاً در تنظیمات کنترل انتشار برای نظارت بر سطوح خلاء در منیفولد ورودی یا سایر قطعات موتور استفاده می‌شوند. آنها به تضمین عملکرد بهینه سیستم هایی مانند EGR و تقویت کننده های ترمز کمک می کنند که برای عملکرد کارآمد به سطوح خلاء دقیق بستگی دارند.

حسگرهای مجاورت

خودروهای امروزی بدون حسگرهای مجاورتی که برای ایمنی و راحتی مهم هستند، نمی توانند به طور موثر عمل کنند. برخی از وسایل کمک پارکینگ و سیستم هایی دارند که نقاط را شناسایی کرده و از برخورد جلوگیری می کند. این حسگرها می توانند اشیاء نزدیک خودرو را با کمک فناوری های مختلف شامل سیگنال های اولتراسونیک و نصب رادار یا لیدار شناسایی کنند. حسگرهای اولتراسونیک امواج صوتی فرکانسی را که از جسم مجاور منعکس می شود، منتقل می کنند. سپس با تعیین زمان بازگشت پژواک، فاصله این اجسام را تعیین می کنند.

این حسگرها معمولاً در سیستم‌های کمک پارک استفاده می‌شوند تا به رانندگان در درک موانع در هنگام حرکت در سرعت‌ها کمک کنند. حسگرهای رادار به جای تکیه بر نور برای گرفتن تصاویر از اجسام و اندازه گیری سرعت و فاصله آنها تا ماشین، اشیا را با استفاده از امواج رادیویی می گیرند. ارتباط این فناوری در ویژگی هایی مانند کروز کنترل و ترمز اضطراری خودکار در صورت تشخیص مانع روی ریل است. این بدان معناست که سیستم باید اجسام متحرک را با دقت بالا تشخیص دهد و واکنش های لازم را ارائه دهد. استفاده از حسگرهای لیدار در خودروها به دلیل عوامل هزینه محدود است. با این حال، آنها بهترین راه حل را برای ایجاد یک نقشه سه بعدی از محیط ارائه می دهند. این آنها را برای سطوح پیچیده ویژگی های خودران ایده آل می کند.

سنسورهای بینایی

سنسورهای بینایی در ADAS معاصر به عنوان بخشی از وسایل نقلیه پیچیده کاربرد دارند. این سنسورها از فناوری CMOS (نیمه هادی اکسید فلزی مکمل) یا CCD (دستگاه جفت شارژ) برای ثبت تصاویری از محیط اطراف خودرو استفاده می کنند. متعاقباً، محاسبات پیچیده‌تری روی این تصاویر انجام می‌شود تا ویژگی‌های مختلف دیگری مانند خط‌کشی، علائم راهنمایی و رانندگی، عابران پیاده و سایر خودروها را شناسایی کنند. ترکیب چند سنسور در یک سنسور دید، ویژگی های ایمنی مانند هشدار خروج از خط و ترمز اضطراری خودکار در خودروها را ایمن تر می کند. آنها همچنین دارای ویژگی هایی مانند کروز کنترل و تشخیص علائم ترافیکی هستند.

برخی از سیستم های پیچیده نمای 360 درجه را به خصوص برای پارکینگ و عملیات با سرعت کم ارائه می دهند. با پیشرفت شبکه های فناوری، حسگرهای بینایی با یادگیری ماشین و هوش مصنوعی ادغام شده اند تا دقت و قابلیت اطمینان را در شرایط مختلف رانندگی افزایش دهند. این ادغام به زودی راه را برای ظاهر خودروهای خودران هموار خواهد کرد.

سنسورهای خنک کننده و دما

سنسورهای خنک کننده و دما برای مدیریت دمای موتور با استفاده از ترمیستورها که مقاومت را بر اساس تغییرات دما تغییر می دهند، ضروری هستند. این حسگرها به طور استراتژیک در مناطقی مانند بلوک موتور و رادیاتور برای نظارت بر دمای مایع خنک‌کننده قرار گرفته‌اند. ECU از اطلاعات این سنسورها برای کنترل سیستم خنک کننده موتور با تنظیم فن های خنک کننده و ترموستات ها و اصلاح تنظیمات عملیاتی موتور برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد استفاده می کند. هنگامی که دمای مایع خنک‌کننده از سطح سیستم موتور خودرو فراتر می‌رود، واحد کنترل الکترونیکی (ECU) ممکن است چراغ‌های هشدار را روی داشبورد روشن کند، فن‌های خنک‌کننده را روشن کند یا خروجی موتور را کاهش دهد تا آسیبی نبیند. در خودروها، سنسورهای دما، دمای سایر سیستم‌های حیاتی مانند گیربکس، باتری و گازهای خروجی را نیز تحت نظر دارند. این تضمین می کند که ماشین در سطوح دمایی ایده آل برای کارایی و دوام کار کند.

سنسورهای ضربه

سنسورهای ناک در شناسایی ضربه موتور نقش دارند. وضعیتی که در آن مخلوط سوخت خیلی زود در محفظه احتراق مشتعل می شود و باعث ایجاد ارتعاشات مضر می شود. هنگامی که سنسورها تحت فشار مکانیکی قرار می گیرند، ولتاژ الکتریکی را از ارتعاشات تولید می کنند. آنها به طور استراتژیک در بلوک موتور یا سرسیلندر قرار می گیرند تا این ارتعاشات را دریافت کنند. هنگامی که حسگرهای خودرو در حین کار صدای تق تق از موتور را تشخیص می دهند، واحد کنترل موتور (ECU) به طور خودکار زمان جرقه زنی را تنظیم می کند. گاهی اوقات، مخلوط هوا و سوخت برای جلوگیری از ضربه بیشتر تنظیم می شود. این به محافظت از موتور در برابر آسیب ناشی از ضربه زیاد کمک می کند. داشتن سنسورهای ضربه ای که به درستی کار می کنند برای اطمینان از کارآمدی و دوام بیشتر موتور در حالی که عملکرد آن را بهبود می بخشد، ضروری است، زیرا آن را قادر می سازد تا در اوج خود با زمان جرقه زنی پیشرفته بدون هیچ گونه مشکل کوبشی کار کند.

سنسورهای سرعت و ولتاژ

نظارت و کنترل سیستم های الکتریکی خودرو به شدت به سنسورهای سرعت و ولتاژ به عنوان عناصر کلیدی متکی است. به عنوان مثال، سنسورهای سرعت در سیستم ترمز قفل (ABS) از بی میلی مغناطیسی یا فناوری اثر هال برای اندازه گیری سرعت چرخش چرخ استفاده می کنند. سپس این اطلاعات به ECU (واحد کنترل الکترونیکی) منتقل می‌شود، که فشار ترمز را تعدیل می‌کند تا از قفل شدن چرخ‌ها در هنگام ترمز ناگهانی جلوگیری کند، بنابراین ایمنی و هندلینگ خودرو را بهبود می‌بخشد. سنسورهای سرعت با ردیابی موقعیت دنده و سرعت خودرو برای اطمینان از تغییرات بدون درز دنده و عملکرد بهینه گیربکس در انتقال نقش دارند. در مقابل، سنسورهای ولتاژ بر سطوح ولتاژ در سیستم نظارت می کنند تا عملکرد صحیح اجزای کلیدی مانند دینام، باتری و لوازم جانبی الکتریکی را تضمین کنند. این حسگرها با شناسایی مشکلات احتمالی مانند شارژ بیش از حد، شارژ کم یا قطعات معیوب، به حفظ سلامت سیستم الکتریکی خودرو کمک می‌کنند و امکان تعمیر و نگهداری سریع را برای جلوگیری از خرابی‌های الکتریکی فراهم می‌کنند.

نتیجه

سنسورهای خودرو نقش بزرگی در نحوه کار وسایل نقلیه مدرن و بهبود عملکردهای روزمره با افزایش ایمنی و کارایی و در عین حال افزایش سطح عملکرد کلی دارند. آنها اطلاعات حیاتی را ارائه می دهند که به خودروها کمک می کند تا با موقعیت های مختلف سازگار شوند تا عملکرد بهینه و محافظت از خودرو و سرنشینان آن را تضمین کنند. با پیشرفت تکنولوژی، ارتقاء حسگرهای پیشرفته‌تر، به‌ویژه آن‌هایی که برای ADAS و خودروهای خودران طراحی شده‌اند، همچنان برای ایده‌های جدید در صنعت خودرو، مانند ادغام هوش مصنوعی، تلاش می‌کند. اینترنت اشیا همچنین قابلیت‌های حسگرها را گسترش می‌دهد و راه را برای وسایل نقلیه هوشمند و متصل به هم باز می‌کند.