作者：崔胜民 编著
出版社：化学工业出版社
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智能网联汽车新技术试读：
前言
随着全球汽车保有量的快速增长，能源短缺、环境污染、交通拥堵、事故频发等现象日益突出，成为汽车产业可持续健康发展的限制因素。智能网联汽车被公认为是这些问题的有效解决方案，代表着汽车行业未来的发展方向。
本书全面系统地介绍了智能网联汽车新技术。全书共分七章，第一章介绍了智能网联汽车定义、技术分级、系统构成、应用场景、关键技术、发展目标和发展重点；第二章介绍了智能网联汽车先进传感器技术，包括汽车传感器特点和分类、车轮转速传感器、加速度传感器、微机械陀螺仪、转向盘转角传感器、超声波传感器、激光雷达、毫米波雷达、视觉传感器、电子罗盘以及车载传感器网络；第三章介绍了智能网联汽车无线通信技术，包括无线通信系统组成与分类、蓝牙技术、ZigBee技术、Wi-Fi技术、UWB技术、60GHz技术、IrDA技术、RFID技术、NFC技术、VLC技术、专用短程通信技术、移动通信技术、微波通信技术和卫星通信技术；第四章介绍了智能网联汽车网络技术，包括车载网络技术、车载自组织网络技术和车载移动互联网技术；第五章介绍了智能网联汽车环境感知技术，包括道路识别技术、车辆识别技术、行人识别技术、交通标志识别技术和交通信号灯识别技术；第六章介绍了智能网联汽车导航定位技术，包括全球定位系统、北斗卫星导航定位系统、车载导航定位系统、蜂窝无线定位系统和导航中的路径规划技术；第七章介绍了智能网联汽车先进驾驶辅助系统，包括先进驾驶辅助系统定义与类型、汽车自适应巡航控制系统、车道偏离预警系统、车道保持辅助系统、汽车并线辅助系统、汽车自动刹车辅助系统、汽车自适应前照明系统、汽车夜视辅助系统、汽车平视显示系统、自动泊车辅助系统、驾驶员疲劳检测系统。
在本书编写过程中，引用了一些网上资料和图片以及参考文献中的部分内容，特向其作者表示深切的谢意。
由于智能网联汽车是一个新概念，加之笔者学识有限，书中不足之处在所难免，恳盼读者给予指正。
希望本书的出版能对普及智能网联汽车知识、发展智能网联汽车起到积极的引导和促进作用。编著者第一章 绪论
随着全球汽车保有量的快速增长，能源短缺、环境污染、交通拥堵、事故频发等现象日益突出，成为汽车产业可持续健康发展的限制因素。智能网联汽车被公认为是这些问题的有效解决方案，代表着汽车行业未来的发展方向。
智能网联汽车是新一轮科技革命背景下的新兴产业，可显著改善交通安全、实现节能减排、减缓交通拥堵、提高交通效率，并拉动汽车、电子、通信、服务、社会管理等协同发展，对促进汽车产业转型升级具有重大战略意义。第一节 智能网联汽车相关概念
与智能网联汽车相关的概念有智能汽车、无人驾驶汽车、车联网和智能交通系统等。一、智能汽车
智能汽车是在一般汽车上增加雷达、摄像头等先进传感器、控制器、执行器等装置，通过车载环境感知系统和信息终端实现与车、路、人等的信息交换，使车辆具备智能环境感知能力，能够自动分析车辆行驶的安全及危险状态，并使车辆按照人的意愿到达目的地，最终实现替代人来操作的目的。
智能汽车是智能交通的重要组成部分，智能汽车的初级阶段是具有先进驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance Systems，ADAS）的汽车，终极目标是无人驾驶汽车。
智能汽车与网络相连便成为智能网联汽车。二、无人驾驶汽车
无人驾驶汽车是通过车载环境感知系统感知道路环境、自动规划和识别行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。它是利用环境感知系统来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路状况、车辆位置和障碍物信息等，控制车辆的行驶方向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。无人驾驶汽车是传感器、计算机、人工智能、无线通信、导航定位、模式识别、机器视觉、智能控制等多种先进技术融合的综合体。
与一般的智能汽车相比，无人驾驶汽车需要具有更先进的环境感知系统、中央决策系统以及底层控制系统。无人驾驶汽车能够实现完全自动的控制，全程检测交通环境，能够实现所有的驾驶目标。驾驶员只需提供目的地或者输入导航信息，在任何时候均不需要对车辆进行操控。
无人驾驶汽车是汽车智能化、网络化的终极发展目标。三、车联网
车联网（Internet of Vehicle，IOV）是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的体系架构及其通信协议和数据交互标准，实现V2X（V代表汽车，X代表车、路、行人及应用平台等）无线通信和信息交换，以实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络，是物联网技术在智能交通系统领域的延伸。车内网是指通过应用成熟的总线技术建立一个标准化的整车网络；车际网是指基于特定无线局域网络的动态网络；车载移动互联网是指车载单元通过4G/5G等通信技术与互联网进行无线连接，三网融合是车联网的发展趋势。
车联网技术主要面向道路交通，为交通管理者提供决策支持，为车辆与车辆、车辆与道路提供协同控制，为交通参与者提供信息服务。车联网是智能交通系统与互联网技术发展的融合产物，是智能交通系统的重要组成部分，更多表现在汽车基于现实中的场景应用，目前主要停留在导航和娱乐系统的基础功能阶段，在主动安全和节能减排方面还有待开发。四、智能交通系统
智能交通系统（Intelligent Traffic System，ITS）是未来交通系统的发展方向，它是将先进的信息技术、计算机处理技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、运筹学、人工智能等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。
智能交通系统范围包含道路上的车辆和各种交通设施，强调系统平台通过智能化方式对交通环境下的车辆及交通设施进行智能化管理和控制，同时也提高了交通效率。
智能交通系统是随着车联网技术的发展而不断发展的，车联网的终极目标就是智能交通系统。五、智能网联汽车
智能网联汽车（Intelligent Connected Vehicle，ICV）是一种跨技术、跨产业领域的新兴汽车体系，从不同角度、不同背景对它的理解是有差异的，各国对智能网联汽车的定义不同，叫法也不尽相同，但终极目标是一样的，即可上路安全行驶的无人驾驶汽车。
从狭义上讲，智能网联汽车是搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现V2X智能信息交换共享，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作的新一代汽车。
从广义上讲，智能网联汽车是以车辆为主体和主要节点，融合现代通信和网络技术，使车辆与外部节点实现信息共享和协同控制，以达到车辆安全、有序、高效、节能行驶的新一代多车辆系统，如图1-1所示。图1-1 智能网联汽车
智能网联汽车、无人驾驶汽车、车联网、智能交通系统有密切相关性，但没有明显分界线，它们的关系可用图1-2表示。图1-2 智能网联汽车相关概念关系
智能网联汽车是智能交通系统中的智能汽车与车联网交集的产品。智能网联汽车是车联网的重要组成部分，智能网联汽车的技术进步和产业发展有利于支撑车联网的发展。车联网系统是智能网联汽车、智能汽车的最重要载体，只有充分利用互联技术才能保障智能网联汽车真正拥有充分的智能和互联。智能网联汽车更侧重于解决安全、节能、环保等制约产业发展的核心问题。
智能网联汽车与车联网应该并行推进，协同发展。智能网联汽车依托车联网，不仅要通过技术创新连接互联网，还能使V2X之间实现多种方式的信息交互与共享，提高智能网联汽车的行驶安全性。
智能网联汽车本身具备自主的环境感知能力，也是智能交通系统的核心组成部分，是车联网体系的一个结点，通过车载信息终端实现与车、路、行人、业务平台等之间的无线通信和信息交换。智能网联汽车的聚焦点是在车上，发展重点是提高汽车安全性，其终极目标是无人驾驶汽车；而车联网的聚焦点是建立一个比较大的交通体系，发展重点是给汽车提供信息服务，其终极目标是智能交通系统；无人驾驶汽车是汽车智能化与车联网的完美结合。六、智能网联汽车的技术路线
智能网联汽车技术路线主要分为基于传感器的车载式技术路线和基于车辆互联的网联式技术路线两种，如图1-3所示。图1-3 车载式技术路线和网联式技术路线（1）基于传感器的车载式技术路线 这类技术路线是基于先进传感技术与传统汽车制造业的深度融合，主要是使用先进的传感器，如立体摄像机和雷达，结合驱动器、控制单元以及软件的组合，形成先进驾驶辅助系统，使得汽车能够监测和应对周围的环境。该路线推动者是以奔驰、宝马、沃尔沃、福特等为代表的汽车整车企业，技术发展较为成熟。这种基于传感器的系统能够给驾驶员提供不同程度的辅助功能，但目前还无法提供完整的、具有成本竞争力的无人驾驶体验。主要原因是要创建车辆环境的360°视图，必须配置更多的传感器组合，成本较高。（2）基于车辆互联的网联式技术路线 这类技术路线表现为互联网思维对传统汽车驾驶模式的变革，推动者主要是以谷歌、苹果等为代表的互联网企业。这类企业重点开发车载信息系统，并与汽车厂商合作开发推广导航、语音识别、娱乐、安全等方面的应用程序和应用技术。该方案使用短距离无线通信技术来实现车辆与车辆（V2V）、车辆与道路基础设施（V2I）之间的实时通信，能充分发挥短程无线通信快速部署、低延迟、高可靠等特点，对于主动安全应用尤其重要。但该方案对道路基础设施的要求较高。另一种方案是使用远距离无线通信技术以及现有的基础设施以获得更大的通信范围，但存在响应延迟、带宽不足等问题，制约了在主动安全领域的应用。
车载式技术路线难以实现V2V、V2I之间的通信，大规模应用成本较高，并且缺少城市环境的全方位扫描；网联式方案则受限于无法实现车辆与行人（V2P）之间的通信，需要较大的基础设施投资，因此两种方案均不能完全满足未来全工况无人驾驶的需要。对于智能网联汽车，车载式和网联式将走向技术融合，通过优势互补，提供安全性更好、自动化程度更高、使用成本更低的解决方案。实现这种技术融合需要更先进的定位技术、更高分辨率的地图自动生成技术、可靠而直观的人机交互界面以及相关标准、法规等。第二节 智能网联汽车技术分级
智能网联汽车技术分级各主要国家是不完全相同的，美国分为5级，德国分为3级，中国分为5级。一、美国关于智能网联汽车的技术分级
美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）分以下5级定义汽车的自动化等级。（1）无自动驾驶阶段（0级） 在无自动驾驶阶段，驾驶员拥有车辆的全部控制权，在任何时刻，驾驶员都单独控制汽车的运动，包括制动、转向、加速和减速等。（2）驾驶员辅助阶段（1级） 在驾驶员辅助阶段，驾驶员拥有车辆的全部控制权。车辆具备一种或多种辅助控制技术，例如倒车影像与倒车雷达、电子稳定控制系统、车道偏离报警系统、正面碰撞预警系统、定速巡航系统以及汽车并线辅助系统等，这些辅助控制系统独立工作，在特定情况下，通过对车辆运行状况及运行环境的检测，提示驾驶员驾驶相关的信息或警告驾驶员驾驶中可能出现的危险，方便驾驶员在接到提示或警告后及时做出反应。相对于其他发展阶段，这一阶段的技术发展已很成熟，已经成为一些汽车的标准配置，随着成本的降低，其应用范围将逐步扩大。（3）半自动驾驶阶段（2级） 在半自动驾驶阶段，驾驶员和车辆共享对车辆的控制权。车辆至少有两种先进驾驶辅助系统，而且这些系统能同时工作，例如自适应巡航控制系统和车道保持辅助系统的功能结合，在一定程度上协助驾驶员控制车辆。这一阶段也是当前处于并在快速发展的阶段，未来几年中，将有更多的先进驾驶辅助系统应用在量产车上。
2级和1级的主要的区别是，2级在特殊操纵条件下，自动操纵模式可以让驾驶员脱离对汽车的操纵，而1级在任何条件下都不能离开驾驶员对汽车的操纵。（4）高度自动驾驶阶段（3级） 在高度自动驾驶阶段，车辆和驾驶员共享对车辆的控制权。在特定的道理环境下（高速公路、城郊或市区），驾驶员完全不用控制车辆，车辆完全自动行驶，而且可以自动检测环境的变化以判断是否返回驾驶员驾驶模式。现阶段已经提出的高度自动驾驶技术有堵车辅助系统、高速公路自动驾驶系统和泊车引导系统等。目前，高度自动驾驶的技术尚未应用在量产车型上，在未来几年的时间，部分技术的量产将会实现。
3级和2级的主要区别是，3级在自动驾驶条件下，驾驶员不必时常监视道路，而且以自动驾驶为主，驾驶员驾驶为辅；2级在自动驾驶条件下，驾驶员必须监视道路，而且以驾驶员驾驶为主，自动驾驶为辅。（5）完全自动驾驶阶段（4级） 在完全自动驾驶阶段，车辆拥有车辆的全部控制权，驾驶员在任何时候都不能获得控制权。驾驶员只需提供目的地信息或者进行导航输入，整个驾驶过程无需驾驶员参与。车辆能在全工况全天候环境下完全掌控所有与安全有关的驾驶功能，并监视道路环境。完全自动驾驶的实现将意味着自动驾驶汽车真正驶入了人们的生活，也将使驾驶员从根本上得到解放。驾驶员可以在车上从事其他活动，如上网、办公、娱乐和休息等。完全自动驾驶汽车还要受到政策、法律等相关条件的制约，真正量产还任重而道远。
驾驶级别越高，应用的先进驾驶辅助系统越多，车辆系统的集成与融合度越高，软件控制的重要性越大。二、德国关于智能网联汽车的技术分级
德国联邦公路研究院把智能网联汽车发展划分为3个阶段，即部分自动驾驶、高度自动驾驶以及最终的完全自动驾驶。（1）部分自动驾驶阶段 在部分自动驾驶阶段，驾驶员需要持续监控车辆驾驶辅助系统的提示，车辆无法做出自主动作。（2）高度自动驾驶阶段 在高度自动驾驶阶段，驾驶员不再需要对驾驶辅助系统持续监控，驾驶辅助系统可以在某些状态下暂时代替驾驶员做出一定的动作，并且能由驾驶员随时接管对车辆的操控。（3）完全自动驾驶阶段 在完全自动驾驶阶段，真正实现无人驾驶的状态。三、中国关于智能网联汽车的技术分级
中国把智能网联汽车发展划分5个阶段，即辅助驾驶阶段（DA）、部分自动驾驶阶段（PA）、有条件自动驾驶阶段（CA）、高度自动驾驶阶段（HA）和完全自动驾驶阶段（FA）。（1）辅助驾驶阶段（DA） 通过环境信息对行驶方向和加减速中的一项操作提供支援，其他驾驶操作都由驾驶员完成。适用于车道内正常行驶，高速公路无车道干涉路段行驶，无换道操作等。（2）部分自动驾驶阶段（PA） 通过环境信息对行驶方向和加减速中的多项操作提供支援，其他驾驶操作都由驾驶员完成。适用于变道以及泊车、环岛等市区简单工况；还适用于高速公路及市区无车道干涉路段进行换道、泊车、环岛绕行、拥堵跟车等操作。（3）有条件自动驾驶阶段（CA） 由无人驾驶系统完成所有驾驶操作，根据系统请求，驾驶员需要提供适当的干预。适用于高速公路正常行驶工况；还适用于高速公路及市区无车道干涉路段进行换道、泊车、环岛绕行、拥堵跟车等操作。（4）高度自动驾驶阶段（HA） 由无人驾驶系统完成所有驾驶操作，特定环境下系统会向驾驶员提出响应请求，驾驶员可以对系统请求不进行响应。适用于有车道干涉路段（交叉路口、车流汇入、拥堵区域、人车混杂交通流等市区复杂工况）进行的全部操作。（5）完全自动驾驶阶段（FA） 无人驾驶系统可以完成驾驶员能够完成的所有道路环境下的操作，不需要驾驶员介入。适用于所有行驶工况下进行的全部操作。
无论怎样分级，从驾驶员对车辆控制权角度来看，可以分为驾驶员拥有车辆全部控制权、驾驶员拥有部分车辆控制权、驾驶员不拥有车辆控制权三种形式，其中驾驶员拥有部分车辆控制权时，根据车辆ADAS的配备和技术成熟程度，决定驾驶员拥有车辆控制权的多少，ADAS装备越多，技术越成熟，驾驶员拥有车辆控制权越少，车辆自动驾驶程度越高。第三节 智能网联汽车系统构成
智能网联汽车是以汽车为主体，利用环境感知技术实现多车辆有序安全行驶，通过无线通信网络等手段为用户提供多样化信息服务。智能网联汽车由环境感知层、智能决策层以及控制和执行层组成，如图1-4所示。图1-4 智能网联汽车结构层次（1）环境感知层 环境感知层的主要功能是通过车载环境感知技术、卫星定位技术、4G/5G及V2X无线通信技术等，实现对车辆自身属性和车辆外在属性（如道路、车辆和行人等）静、动态信息的提取和收集，并向智能决策层输送信息。（2）智能决策层 智能决策层的主要功能是接收环境感知层的信息并进行融合，对道路、车辆、行人、交通标志和交通信号等进行识别，决策分析和判断车辆驾驶模式和将要执行的操作，并向控制和执行层输送指令。（3）控制和执行层 控制和执行层的主要功能是按照智能决策层的指令，对车辆进行操作和协同控制，并为联网汽车提供道路交通信息、安全信息、娱乐信息、救援信息以及商务办公、网上消费等，保障汽车安全行驶和舒适驾驶。
从功能角度上讲，智能网联汽车与一般汽车相比，主要增加了环境感知与定位系统、无线通信系统、车载自组织网络系统和先进驾驶辅助系统等。（1）环境感知与定位系统 环境感知与定位系统主要功能是通过各种传感技术和定位技术感知车辆本身状况和车辆周围状况。传感器主要包括车轮转速传感器、加速度传感器、微机械陀螺仪、转向盘转角传感器、超声波传感器、激光雷达、毫米波雷达、视觉传感器等，通过这些传感器，感知车辆行驶速度、行驶方向、运动姿态、道路交通情况等；定位技术主要使用GPS，中国北斗卫星导航系统发展也很快，是中国大力推广的位置定位系统。（2）无线通信系统 无线通信系统主要功能是各种数据和信息的传输，分为短距离无线通信技术和远距离无线通信技术。短距离无线通信技术为车辆安全系统提供实时响应的保障并为基于位置信息服务提供有效支持。用于智能网联汽车上的短距离无线通信技术还没有统一标准，处于起步阶段，但短距离无线通信技术在其他领域应用比较广泛，如蓝牙技术、ZigBee技术、Wi-Fi技术、UWB技术、60GHz技术、IrDA技术、RFID技术、NFC技术、专用短程通信技术等。远距离无线通信技术用于提供即时的互联网接入，主要有移动通信技术、微波通信技术、卫星通信技术等，在智能网联汽车上的应用主要是4G/5G技术。智能网联汽车无线通信技术标准有望世界统一。（3）车载自组织网络系统 车载自组织网络依靠短距离无线通信技术实现V2X之间的通信，它是在一定通信范围内可以实现V2V、V2I、V2P之间相互交换各自的信息，并自动连接建立起一个移动的网络。典型应用包括车辆行驶安全预警、辅助驾驶、分布式交通信息发布以及基于通信的纵向车辆行驶控制等。（4）先进驾驶辅助系统 先进驾驶辅助系统主要功能是提前感知车辆及其周围情况，发现危险及时预警，保障车辆安全行驶，是防止交通事故的新一代前沿技术。先进驾驶辅助系统是智能网联汽车的重要组成部分，是无人驾驶汽车的关键技术。世界各大汽车公司纷纷开发各种驾驶辅助系统，名称不尽相同，但目标是一样的。有的已经量产开始装备使用，有的处于试验研究阶段。第四节 智能网联汽车的应用
智能网联汽车在安全行驶、节能环保、商务办公、信息娱乐等方面有着广泛的应用前景。一、在安全行驶方面的应用
安全行驶是智能网联汽车最主要的功能，它是通过环境感知技术、无线通信技术和网络技术等对诸如交叉路口协助驾驶、车辆行车预警、道路危险预警、碰撞预警、交通信息提示等技术的综合采用来减少道路交通事故，保障安全行驶。（1）交叉路口协助驾驶 交叉路口协助驾驶是智能网联汽车最典型的应用之一，它包括交通信号信息发布，通过V2I通信，向接近交叉路口的车辆发布信息相位和配时信息，判断自车在剩余绿灯时间内是否能安全通过交叉路口，提醒驾驶员不要危险驾驶，并协助驾驶员做出正确判断，控制车速，防止交叉路口发生碰撞事故；盲点区域图像提供，通过V2I通信，向交叉路口准备停车或准备转弯的车辆提供盲点区域的图像，防止直角碰撞事故和由转弯车辆视距不足引起的事故；过往行人信息传递，通过V2I通信，向接近交叉路口的车辆发布人行道及其周围的行人、非机动车信息，防止事故发生，交叉路口车辆启停信息服务：在交叉路口，通过V2I通信，前车把启动信息及时传递给后车，减少后车起步等待时间，从而提升交叉路口通行能力。
交叉路口最容易发生交通事故，智能网联汽车交叉路口的典型应用如图1-5所示。图1-5 智能网联汽车交叉路口的典型应用
图1-5中，①表示基于视觉传感器的行人识别及防撞，利用安装在汽车上的视觉传感器，对车辆前方的行人进行识别，并把识别结果显示在车载信息显示系统中，提醒驾驶员，防止碰撞；②表示基于雷达的车辆识别及防撞，利用安装在汽车上的雷达，对车辆进行识别，如果两车距离小于安全距离，发出预警，达到危险阈值，自动刹车，防止碰撞；③表示基于车路协同的行人识别及防撞，由于障碍物的存在，右转弯车辆看不到右边车道上的行人，这是非常危险的工况，此时路侧单元探测到行人，并将行人信息转发给右转弯车辆，提前预警，防止碰撞；④表示基于交通信号灯的交叉路口通行辅助，交通信号灯信息通过路侧单元转发给拟通过交叉路口的车辆，判断是否通过交叉路口；⑤表示车路协同的交叉路口主动防撞，车辆通过交叉路口时，把相关信息发送给周围车辆，如果车辆之间受到障碍物的影响，需要借助路侧单元进行转发，并接收附近其他车辆的信息反馈，从而使得不同方向的车辆均可以感知到周围车辆信息，再根据行驶状况判断是否需要避让或采取其他措施；⑥表示基于路面状态的车速自适应控制，车辆通过视觉传感器、短距离无线通信技术或DSRC等获取道路交通情况，自动控制汽车行驶速度，保障安全行驶。（2）车辆行车预警 车辆主动或被动接收周围车辆行车消息，如将要进行或正在进行减速、加速、制动、停车、变道、超车、转向等行为的相应消息和正常状态下行车消息等，避免或减缓交通事故，并可辅助车辆驾驶。（3）道路危险预警 在道路危险路段，车辆协同系统可以提供车辆安全辅助驾驶信息服务，即路侧单元检测前方道路是否发生交通堵塞、突发事件或存在路面障碍物，并通过V2I通信系统向驾驶员提供实时道路信息；路面信息发布，即向过往车辆发布路面状况信息，提醒驾驶员注意减速，防止事故；最优路径导航服务，即路侧单元检测到前方道路拥堵严重，通过V2I、V2V和车载信息显示系统，提醒驾驶员避开拥堵道路，并为其选择最佳行驶路径。（4）碰撞预警 当检测到存在发生碰撞风险时，通过V2V、V2I通信系统向车辆发送危险信息，如障碍物的位置、速度、行驶方向等，帮助避免发生车辆之间、车辆与其他障碍物之间的碰撞，并避免与相邻车道上变更车道的车辆发生横向碰撞等。（5）交通信息提示 用于向车辆发送交通信号灯和交通标识等安全提示类信息。目前交通信号和交通标识是驾驶员通过目视获得，不仅增加驾驶员的负担，而且从发现到采取应对措施时间短，容易造成交通事故和交通违章。借助V2I技术，路侧单元将道路限速、限行、信号灯状态等传输到车载单元上。车载单元根据这些信息及早产生提示信息，例如超速提醒、直行提醒等，增加驾驶的舒适性，降低交通违章数量。
安装车道保持辅助系统（LKA）的智能网联汽车，当车辆偏离行驶道路时，通过道路识别，LKA系统将启动介入，将车辆导回原车道，以免发生事故，如图1-6所示。图1-6 智能网联汽车车道保持辅助系统的应用①—未偏离车道；②—偏离车道；③—LKA启动将车辆导回原车道
智能网联汽车的先进驾驶辅助系统主要功能是提高其安全性，详见第七章。二、在节能环保方面的应用
智能网联汽车是通过雷达、机器视觉等，提前预知交通控制信号、前向交通流、限速标识、道路坡度等，从而可提前通过车辆控制器实施经济型驾驶策略，最终实现车辆的节能与环保行驶。
如图1-7所示，智能网联汽车在连续交叉路口通行系统中，通过获取交通信号灯信息、位置信息、车流汇入信息等，车载单元计算出优化的车速，控制电子油门和制动系统，从而可实现在控制车速、保证安全前提下的高效通行并降低油耗。这样，整个系统可在保障车辆通行效率的前提下，提高车辆燃料经济性，减少尾气排放。图1-7 智能网联汽车优化通过连续交叉路口三、在商务办公方面的应用
智能网联汽车可以让人们在行进的汽车内随时随地购物和支付，应用场景包括网上商场、快餐店、加油站及停车场等。
另外，智能网联汽车可以利用无线通信技术和网络技术开展文件传输、视频对话、会议交流等，它必将成为移动的办公室，如图1-8所示。图1-8 汽车移动办公室四、在信息娱乐服务方面的应用
智能网联汽车可以提供各种信息、娱乐、预约、应急服务等，其中信息包括车辆信息、路况信息、交通信息、导航信息、定位信息、气象信息、旅游信息、商场信息、活动信息等；娱乐包括下载音乐、电影和游戏等，供乘坐人员娱乐；预约包括活动预约、设施预约、餐厅预约、住宿预约、机票预约、保养预约等；应急服务包括道路救援、救护、消防、保险等。随着各种车载专用APP的开发，并通过智能手机和车载单元连接，实现信息互联。图1-9所示是通过智能手机查看车辆信息。图1-9 通过智能手机查看车辆信息
总之，智能网联汽车是无人驾驶汽车发展进程中的产品，它的应用主要在安全行驶和信息服务等方面，随着智能网联汽车向无人驾驶汽车的接近，其应用范围会逐渐扩大，将颠覆人们目前的生活方式。第五节 智能网联汽车关键技术
智能网联汽车关键技术包含环境感知技术、无线通信技术、智能互联技术、车载网络技术、先进驾驶辅助技术、信息融合技术、信息安全与隐私保护技术、人机界面（HMI）技术等。（1）环境感知技术 环境感知包括车辆本身状态感知、道路感知、行人感知、交通信号感知、交通标识感知、交通状况感知、周围车辆感知等，其中车辆本身状态感知包括行驶速度、行驶方向、行驶状态、车辆位置等；道路感知包括道路类型检测、道路标线识别、道路状况判断、是否偏离行驶轨迹等；行人感知主要判断车辆行驶前方是否有行人，包括白天行人识别、夜晚行人识别、被障碍物遮挡的行人识别等；交通信号感知主要是自动识别交叉路口的信号灯、如何高效通过交叉路口等；交通标识感知主要是识别道路两侧的各种交通标志，如限速、弯道等，及时提醒驾驶员注意；交通状况感知主要是检测道路交通拥堵情况、是否发生交通事故等，以便车辆选择通畅的路线行驶；周围车辆感知主要检测车辆前方、后方、侧方的车辆情况，避免发生碰撞，也包括交口路口被障碍物遮挡的车辆。在复杂的路况交通环境下，单一传感器无法完成环境感知的全部，必须整合各种类型的传感器，利用传感器融合技术，使其为智能网联汽车提供更加真实可靠的路况环境信息。（2）无线通信技术 长距离无线通信技术用于提供即时的互联网接入，主要采用4G/5G技术，特别是5G技术，有望成为车载长距离无线通信专用技术。短距离通信技术有专用短程通信技术（DSRC）、蓝牙、Wi-Fi等，其中DSRC重要性高且亟须发展，它可以实现在特定区域内对高速运动下移动目标的识别和双向通信，例如V2V、V2I双向通信，实时传输图像、语音和数据信息等。（3）智能互联技术 当两个车辆距离较远或被障碍物遮挡，直接通信无法完成时，两者之间的通信可以通过路侧单元进行信息传递，构成一个无中心、完全自组织的车载自组织网络。车载自组织网络依靠短距离通信技术实现V2V和V2I之间的通信，它使在一定通信范围内的车辆可以相互交换各自的车速、位置等信息和车载传感器感知的数据，并自动连接建立起一个移动的网络。典型的应用包括行驶安全预警、交叉路口协助驾驶、交通信息发布以及基于通信的纵向车辆控制等。（4）车载网络技术 目前汽车上广泛应用的网络有CAN、LIN和MOST总线等，它们的特点是传输速率小，带宽窄。随着越来越多的高清视频应用进入汽车，如ADAS、360°全景泊车系统和蓝光DVD播放系统等，它们的传输速率和带宽已无法满足需要。以太网最有可能进入智能网联汽车环境下工作，它采用星形连接架构，每一个设备或每一条链路都可以专享100M带宽，且传输速率达到万兆级。同时以太网还可以顺应未来汽车行业的发展趋势，即开放性兼容性原则，从而可以很容易地将现有的应用嵌入到新的系统中。（5）先进驾驶辅助技术 先进驾驶辅助技术通过车辆环境感知技术和自组织网络技术对道路、车辆、行人、交通标志、交通信号等进行检测和识别，对识别信号进行分析处理，传输给执行机构，保障车辆安全行驶。先进驾驶辅助技术是智能网联汽车重点发展的技术，其成熟程度和使用多少代表了智能网联汽车的技术水平，是其他关键技术的具体应用体现。（6）信息融合技术 信息融合技术是指在一定准则下利用计算机技术对多源信息分析和综合以实现不同应用的分类任务而进行的处理过程。该技术主要用于对多源信息进行采集、传输、分析和综合，将不同数据源在时间和空间上的冗余或互补信息依据某种准则进行组合，产生出完整、准确、及时、有效的综合信息。智能网联汽车采集和传输的信息种类多、数量大，必须采用信息融合技术才能保障实时性和准确性。（7）信息安全与隐私保护技术 智能网联汽车接入网络的同时，也带来了信息安全的问题。在应用中，每辆车及其车主的信息都将随时随地地传输到网络中被感知，这种暴露在网络中的信息很容易被窃取、干扰甚至修改等，从而直接影响智能网联汽车体系的安全，因此在智能网联汽车中，必须重视信息安全与隐私保护技术的研究。（8）人机界面技术 人机界面技术，尤其是语音控制、手势识别和触摸屏技术，在全球未来汽车市场上将被大量采用。全球领先的汽车制造商，如奥迪、宝马、奔驰、福特以及菲亚特等都在研究人机界面技术。不同国家汽车人机界面技术发展重点也不同，美国和日本侧重于是远程控制，主要通过呼叫中心实现；德国则把精力放在车主对车辆的中央控制系统，主要是奥迪的MMI、宝马的iDrive、奔驰的COMMAND。智能网联汽车人机界面的设计，其最终目的在于提供好的用户体验，增强用户的驾驶乐趣或驾驶过程中的操作体验。它更加注重驾驶的安全性，这样使得人机界面的设计必须在好的用户体验和安全之间做平衡，很大程度上安全始终是第一位的。智能网联汽车人机界面应集成车辆控制、功能设定、信息娱乐、导航系统、车载电话等多项功能，方便驾驶员快捷地从中查询、设置、切换车辆系统的各种信息，从而使车辆达到理想的运行和操纵状态。未来车载信息显示系统和智能手机将无缝连接，人机界面提供的输入方式将会有多种选择，通过使用不同的技术允许消费者能够根据不同的操作、不同的功能进行自由切换。第六节 智能网联汽车发展目标和重点
智能化、互联化已经成为未来汽车技术的发展趋势，只有智能驾驶与互联驾驶相结合，才能更有效地实现汽车安全、舒适、节能、高效行驶。《中国制造2025》规划中，提出了智能网联汽车的发展目标和发展重点。
1.发展目标
2020年，初步形成以企业为主体、市场为导向、政产学研用紧密结合、跨产业协同发展的智能网联汽车自主创新体系。汽车信息化产品自主份额达50%，DA、PA整车自主份额超过40%，掌握传感器、控制器关键技术，供应能力满足自主规模需求，产品质量达到国际先进水平。启动智慧交通城市建设，自主设施占有率达80%以上。
2025年，基本建成自主的智能网联汽车产业链与智慧交通体系。汽车信息化产品自主份额达60%，DA、PA、HA整车自主份额达50%以上；传感器、控制器达到国际先进水平，掌握执行器关键技术；实现汽车全生命周期的数字化、网络化、智能化，初步完成汽车产业转型升级。
提出车辆相关的智慧交通解决方案，普通道路的交通效率提高80%，交通事故数减少80%，交通事故死亡人数减少90%，汽车CO2排放大约减少20%。
2.发展重点（1）基于网联的车载智能信息服务系统 在现有远程信息服务系统基础上，为驾驶和出行提供交通、资讯、车辆运行状态及智能控制等信息服务，突出信息化和人机交互升级。逐步普及远程通信功能，部分实现V2X短程通信功能，信息可用于智能化控制。（2）驾驶辅助级智能汽车 制定中国版智能驾驶辅助标准，基于车载传感实现智能驾驶辅助，可提醒驾驶员、干预车辆，突出安全性、舒适性和便利性，驾驶员对车辆应保持持续控制。（3）部分或高度自动驾驶级智能汽车 制定中国版乘用车城市智能驾驶标准和高速公路智能驾驶标准；乘用车逐步实现部分自动或高度自动驾驶，突出舒适性、便利性、高效机动性和安全性，实现网联信息的安全管理；制定中国版商用车城郊智能驾驶标准和高速公路智能驾驶标准，商用车逐步实现部分自动或高度自动驾驶，以网联智能管理和编队控制技术突破为主，提高运输车辆的运行效率、经济性、安全性和便利性。（4）完全自主驾驶级智能汽车 制定中国版完全自主驾驶标准，基于多源信息融合、多网融合，利用人工智能、深度挖掘及自动控制技术，配合智能环境和辅助设施实现自主驾驶，可改变出行模式、消除拥堵、提高道路利用率。（5）车载光学系统 光学摄像头、夜视系统等具备图像处理和视觉增强功能，性能与国际品牌相当并具有成本优势。（6）车载雷达系统 开发高性价比的车载雷达系统，包括车载激光雷达系统和毫米波雷达系统。（7）高精定位系统 基于北斗系统开发，实现自主突破，车载定位精度可达到亚米级精度，实现对GPS的逐步替代与升级。（8）车载互联终端 自主开发车载信息娱乐系统、远程通信模块和近距离通信模块。（9）集成控制系统 开发域控制器，实现对各子系统的精确控制及协调，并形成技术、成本优势。（10）多源信息融合技术 突破环境感知与多传感器信息融合，V2X通信模块集成，车载与互联信息融合技术。（11）车辆协同控制技术 突破整车集成与协同控制技术。（12）数据安全及平台软件 突破信息安全、系统健康智能监测技术，并搭建中国版车载嵌入式操作系统平台软件。（13）人机交互与共驾技术 突破人机交互、人机共驾与失效补偿技术。（14）基础设施与技术法规 形成中国版先进智能驾驶辅助、V2X及多网融合的技术标准体系和测试评价方法，完善基于V2X通信标准体系的道路基础设施。第二章 智能网联汽车先进传感器技术
智能网联汽车通过先进传感器对环境进行感知，特别是先进驾驶辅助系统，以传感器采集的信息作为系统的输入，传感器的质量和性能直接影响先进驾驶辅助系统的功效。第一节 汽车传感器概述
汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，把汽车运行中各种工况信息转化成电信号输送给中央控制单元，再经过分析和处理传输给执行单元，使汽车发挥最佳性能。一、汽车传感器的特点
汽车传感器具有以下特点。
①适应性强，耐恶劣环境。汽车行驶环境复杂，有低于-40℃的极寒地区，有超过40℃的酷热地区，也有海拔5000m以上的高原地区，因此，要求汽车传感器具有极强的环境适应性，要能在这些特殊环境下正常工作。另外，汽车传感器还应具有很好的密封性、耐潮湿、抗腐蚀性等。
②抗干扰能力强。汽车传感器除了能够适应外界恶劣环境之外，也要能够抵抗来自汽车内部的各种干扰。例如发动机工作时的高温、汽车行驶时的振动、汽车电源产生的高压电脉冲等，都会对传感器信号产生干扰，汽车传感器必须能够抵抗汽车产生的各种干扰。
③稳定性和可靠性高。汽车传感器特性对汽车电子控制系统有非常大的影响，必须具有高稳定性和高可靠性。
④性价比高，适应大批量生产。随着汽车越来越电子化、智能化、网络化、无人化，汽车所用传感器越来越多，达到数百个，这就要求汽车传感器必须性价比高，否则难以大批量推广使用。二、汽车传感器的分类
汽车传感器有很多种分类方法，例如有按测量对象划分的，有按工作原理划分的，有按功能划分的，有按使用区域划分的，但目前还没有统一的分类方法。
1.按测量对象划分
汽车传感器按测量对象可以分为温度传感器、压力传感器、流量传感器、气体浓度传感器、位置传感器、转速传感器、加速度传感器、距离传感器等。（1）温度传感器 温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度、环境温度等。（2）压力传感器 压力传感器主要用于检测气缸负压、大气压、涡轮发动机升压比、气缸内压、油压等。（3）流量传感器 流量传感器主要用于检测发动机空气流量和燃料流量等。（4）气体浓度传感器 气体浓度传感器主要用于检测车辆内气体和废气排放等。（5）位置传感器 位置传感器主要用于检测曲轴转角、节气门开度、制动踏板位置、车辆位置等。（6）转速传感器 转速传感器主要用于检测发动机转速、车轮转速和行驶车速等。（7）加速度传感器 加速度传感器主要用于测量纵向加速度、横向加速度和垂直加速度等。（8）距离传感器 距离传感器主要用于测量汽车行驶的距离以及汽车至障碍物之间的距离等。
2.按工作原理划分
汽车传感器按工作原理可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光电式传感器、电化学式传感器等。（1）电阻式传感器 电阻式传感器是将被测量变化转换成电阻变化的传感器，如空气流量传感器、压力传感器、节气门位置传感器等。（2）电容式传感器 电容式传感器是将被测量变化转换成电容量变化的传感器，如机油传感器、碰撞传感器、燃油液位传感器等。（3）电感式传感器 电感式传感器是将被测量变化转换成电感量变化的传感器，如位置传感器、爆震传感器、加速度传感器等。（4）压电式传感器 压电式传感器是将被测量变化转换成由于材料受机械力产生静电电荷或电压变化的传感器，如进气压力传感器、减振器传感器等。（5）电磁式传感器 电磁式传感器是指利用磁通量的变化，将被测量在导体中转换成电信号变化的传感器，它利用导体和磁场发生的相对运动而在导体两端输出感应电势，如发动机转速传感器、车轮转速传感器、转向盘转角传感器等。（6）热电式传感器 热电式传感器是将被测量变化转换成热生电动势变化的传感器，如水温传感器、空气流量传感器、进气温度传感器等。（7）光电式传感器 光电式传感器是将光通量转换成电量的传感器，如曲轴位置传感器、红外传感器等。（8）电化学式传感器 电化学式传感器是利用被测量的电化学反应，将其变化转换成电位或者电导率变化的传感器，如氧传感器、湿度传感器等。
3.按功能划分
汽车传感器按功能可以分为汽车控制用传感器和汽车性能检测用传感器。（1）汽车控制用传感器 汽车控制用传感器又可以分为发动机控制系统用传感器，如流量传感器、压力传感器、气体浓度传感器、温度传感器、爆燃传感器等；底盘控制系统用传感器，如悬架控制用传感器、制动防抱死系统（ABS）传感器、驱动防滑系统（ASR）传感器、稳定性控制系统（ESP）传感器、自适应巡航控制系统传感器、车道偏离报警系统传感器、车道保持辅助系统传感器、汽车并线辅助系统传感器、汽车自动刹车辅助系统传感器、自动泊车辅助系统传感器等；车身控制传感器，如汽车姿态控制传感器、智能空调传感器、安全气囊传感器、汽车自适应前照明系统传感器、汽车夜视辅助系统传感器、汽车平视显示系统传感器等；导航控制用传感器，如微机械陀螺仪、电子罗盘等。汽车控制用传感器，经常一个传感器用于多个控制系统。（2）汽车性能检测用传感器 汽车性能检测用传感器主要包括汽车动力性能检测传感器、汽车燃料经济性检测传感器、汽车制动性能检测传感器、汽车操纵稳定性检测传感器、汽车行驶平顺性检测传感器、汽车灯光检测传感器、轮胎压力检测传感器等。
4.按使用区域划分
汽车传感器按使用区域可以分为发动机传感器、底盘传感器、车身传感器、电器传感器、导航传感器等。三、汽车传感器的发展趋势
未来汽车传感器技术研究领域将主要涉及力学传感器技术、影像传感器技术、安全防卫传感器技术、电化学或磁方法传感器技术等。
汽车传感器技术的发展趋势是微型化、多功能化、集成化、智能化、网络化。（1）微型化 微型传感器具有体积小、成本低、可靠性高等优点，而且它还可以通过微机械加工技术和微米/纳米技术，将微传感器、微执行器以及信号和数据处理装置集成在一个微系统中，以提高系统测试精度，使测量更加精准。（2）多功能化 多功能化是指一个传感器能检测2个或2个以上的特性参数或者化学参数，从而减少汽车传感器数量，提高系统可靠性。（3）集成化 集成化是指利用集成电路制造技术和精细加工技术制作成集成式传感器。（4）智能化 智能化是指传感器与大规模集成电路相结合，带有CPU，具有智能作用，以减少ECU的复杂程度，减少其体积，并降低成本。（5）网络化 随着汽车智能化和网络化的发展，各种控制系统间的数据通信变得更加频繁，以分布式控制系统为基础构造汽车车载传感器网络是十分必要的，大量数据的快速交换、高可靠性、抗电磁干扰及低成本是车载传感器网络系统的要求。
另外，功能材料对传感器的发展也起着不可替代的作用。随着材料科学的不断进步，在进行各种材料的制造过程中，可以有效地控制其成分，设计出多种应用于传感器的功能材料，有效地降低生产成本。传感器的敏感元件除了由功能材料决定外，加工工艺也对其影响巨大。随着技术的发展，半导体、陶瓷等新型材料广泛应用于传感器的敏感元件，很多现代的制造技术被广泛地引入汽车传感器领域。例如微细加工技术、薄膜技术、离子注入技术等，能制造出可靠性高、体积小、质量轻的微型化敏感元件。汽车传感器必定会朝着安全可靠、微功耗及无源化的方向发展。
智能网联汽车与一般汽车相比，车载传感器数量更多，而且需要更先进的传感器，这些先进传感器主要用于实时性、可靠性非常高的先进驾驶辅助系统。下面主要介绍与智能网联汽车先进驾驶辅助系统密切相关的车轮转速传感器、加速度传感器、微机械陀螺仪、转向盘转角传感器、超声波传感器、激光雷达、毫米波激光雷达、视觉传感器、电子罗盘以及车载传感器网络等。第二节 车轮转速传感器
车轮转速传感器用于测量汽车车轮的转速，转速信号借助于电缆传送给汽车上的ABS、ASR、ESP等控制单元，调节每个车轮的制动力，保证汽车行驶稳定性和操纵性。另外，智能网联汽车的导航系统、车道偏离报警系统、车道保持辅助系统、自适应巡航控制系统等，也需要将采集到的车轮转速信号根据预设的车速计算公式换算成车速信号发送到CAN总线，通过CAN总线获取车速信号。车速信号的准确与否直接关系到智能网联汽车行驶的安全性及可靠性。
车轮转速传感器类型主要有电磁式转速传感器和霍尔式转速传感器。一、电磁式转速传感器
电磁式转速传感器组成如图2-1所示，主要结构是齿圈和由永磁体、感应线圈、极轴组成的传感头，其中极轴头部结构有凿式和柱式两种。它是属于无源传感器。图2-1 电磁式转速传感器的组成
齿圈是运动的，一般安装在随车轮一起转动的部件上；传感头是静止的，安装在车轮附近，一般前轮传感头固定在车轮转向架上，后轮传感头固定在后车轴支架上，如图2-2所示。图2-2 电磁式转速传感器在车轮上安装的位置
车轮的旋转引起传感头和齿圈的齿顶与齿隙间距不同，引起磁通量的交替变化，从而产生感应电动势，此信号通过感应线圈末端的电缆输入ABS的电控单元。当齿圈的转速发生变化时，感应电动势的频率也变化。ABS电控单元通过检测感应电动势的频率来检测车轮转速。感应电动势的频率为f=Zn/60 （2-1）
式中，f为感应电动势的频率；Z为齿圈齿数；n为齿圈转速，即车轮转速。
电磁式转速传感器优点是结构简单、成本低。
电磁式转速传感器具有以下缺点。
①输出信号的幅值随转速的变化而变化，当转速比较低时，电控单元可能检测不到信号。
②频率响应低，当汽车速度超过规定值时，容易产生错误信号。
③抗电磁波干扰能力差，输出信号弱时比较明显。
目前，国内外ABS的控制速度范围一般为15～160km/h，如果要求控制速度范围扩大到8～260km/h乃至更大，则电磁式转速传感器很难适应。二、霍尔式转速传感器
霍尔式转速传感器也是由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿圈，如图2-3所示。它属于有源传感器。图2-3 霍尔式转速传感器的磁路
当齿圈位于图2-3（a）所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；而当齿圈位于图2-3（b）所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿圈转动时，传感头在齿圈齿顶和齿隙之间交替变化，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏级的准正弦波电压，此信号还需由电子电路转换成控制单元要求的信号输入使用。
霍尔式转速传感器可以把永磁体、霍尔元件和电子电路等用塑料密装，体积小，质量轻，为选择安装位置提供了极大地灵活性。图2-4所示为霍尔式转速传感器安装在车轮轴承上。图2-4 霍尔式转速传感器安装在车轮轴承上
霍尔式转速传感器具有以下优点。
①输出电压信号稳定，在车轮转速范围内和蓄电池标准电压下，传感器输出电压能稳定在11.5～12V不变，输出电压幅值不受转速的影响。
②频率响应高，其响应频率高达20kHz，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率，最高响应频率能够保证汽车高速运行时的测量精度。
③抗电磁波干扰能力强。
霍尔式转速传感器与电磁式转速传感器相比，制造成本高。
霍尔式转速传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测，也广泛应用于其控制系统的转速检测。第三节 加速度传感器
具有ABS、ASR、ESP的汽车，除了车轮转速传感器外都装有加速度传感器，用以测量汽车行驶时的纵向和横向加速度。另外，为了保持汽车行驶舒适性，也需要测量垂直加速度，用于控制汽车的垂直振动。一、加速度传感器的分类
加速度传感器有多种分类方式。例如按检测方式可以分为电容式加速度传感器、压阻式加速度传感器和压电式加速度传感器；按敏感轴数量可以分为单轴加速度传感器、双轴加速度传感器和三轴加速度传感器；按输出信号可以分为模拟式加速度传感器和数字式加速度传感器。
1.电容式加速度传感器
电容式加速度传感器是通过将电容的可动电极用运动的质量块来代替，当质量块在加速度的作用下发生位移时，质量块与固定极板间的电容量也随之发生变化，通过外围的检测电路即可测出这种电容的变化量，由此便可间接地测量出物体的加速度大小。典型的电容式加速度传感器的结构示意图如图2-5所示。图2-5 电容式加速度传感器的结构示意图
与其他类型的加速度传感器相比，电容式加速度传感器具有较高的灵敏度和测量精度、良好的稳定性、较小的温度漂移、极低的功耗等优点；但它也存在着工作带宽窄、信号处理电路复杂、抗电磁干扰能力差等缺点。
2.压阻式加速度传感器
压阻式加速度传感器是利用敏感材料的压阻效应制成的，当敏感材料在敏感轴方向受到压力的作用而发生形变时，敏感材料的电阻率也随之发生变化，该现象被称为压阻效应，利用该效应制成的加速度传感器被称为压阻式加速度传感器，如图2-6所示。图2-6 压阻式加速度传感器的结构示意图
当质量块在材料敏感轴方向受到加速度作用而对敏感材料施加一定的压力，相应的敏感材料的电阻值就会发生变化，通过惠斯通电桥电路就可以对电阻值变化进行测量，以达到间接测量物体所受加速度大小的目的。
压阻式加速度传感器具有加工工艺简单、成本低、结构和输出电路简单、线性度好等优点；但同时也存在温度漂移过大、灵敏度较低的缺点。
3.压电式加速度传感器
压电式加速度传感器的结构与压阻式加速度传感器结构类似，只是将压阻材料替换为压电材料，以此来完成对物体所受加速度的测量。压电式加速度传感器的工作原理是应用敏感材料的压电效应，如图2-7所示。图2-7 压电式加速度传感器的结构示意图
当质量块在受到加速度作用以后，会对敏感材料产生一定的压力，这压力使得压电材料的表面积累一定量的电荷，通过外围放大电路可将这些电荷加以检测，由于输出电荷信号与物体所受的加速度大小成比例，因此便可达到测量物体所受加速度大小的目的。
压电式加速度传感器具有结构简单、稳定性好、耐高温、输出线性好等优点；但由于压电材料极化产生的是直流电荷，故在低频下进行压电测量时就变得很困难，而且很难对压电材料进行COMS工艺集成。
除上述三种应用最为广泛的加速度传感器之外，由于测量原理的不同，还有一些新型的加速度传感器也正在成为人们关注和研究的对象。
谐振式加速度传感器是通过作用在谐振器上的应力大小随着加速度的不同而发生变化，导致该谐振器频率也会相应的发生变化，以此来测量传感器所受到的加速度大小。此类传感器的优点是可以直接数字输出测量结果，测量精度高，但热激励源偶尔引起的热应力也会影响测量精度，而且结构复杂。
隧道电流式加速度传感器是通过质量块因加速度作用导致其尖端和衬底间的常电流发生变化，以此来测得输入加速度的大小。它具有极高的灵敏度、固有频率和测量精度，但在低频下却存在噪声。
光纤加速度传感器是利用因加速度导致光纤形变而引起反射光的强度、偏振面、光波长等随之改变的原理研制的。
电磁式加速度传感器是通过利用磁钢、铜环及线圈之间的相对振动来感生出与加速度成正比的电压信号，以此来完成对加速度的测量。二、霍尔加速度传感器
霍尔加速度传感器结构示意图如图2-8所示，主要由霍尔传感器、永久磁体、弹簧、阻尼板等组成。图中，a为检测到的横向加速度；Φ为磁场；U为供电电压；U为霍尔电压；I为阻尼板上的电0HW流。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]