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1 The Technical Trend of Sensors for Automobiles Tomoji FUKAYA In order to maintain various automobile systems within satisfactory parameters, many separate electronic control systems, in addition to the engine control system, are installed in automobiles and the systems are established as the sum of these elements. A key part of each electrical control system is the SENSOR. Dozens of different sensors on each automobile play important roles that measure critical internal and external vehicle parameters and transmit those measurements to the vehicle s computer modules This paper reviews the technical requirements of these sensors by considering the regulatory trends and the corresponding status of the control systems, etc. At the same time, the current state and future technical trends of the main sensors used in automobile control systems (broadly classified into powertrain control, vehicle control, body control and information communication) are explained. Key words : Sensor, Electronic control, Technical trend, Regulation, Environment 酸性雨光化学スモッグ人体への障害 NOx HC, NOx + O2 O3 呼吸障害 CO, NOx 発ガン性物質 PM, HC CO, HC, NOx CmHn + O2 CO2 + H2O CO, HC, NOx, PM Fig. 1 Influence of automotive emission gas

2 車種日本 米国 欧州 LEV 1997 ULEV 2000 NOx (g/mile) MY 1992 以前 SULEV 2003 TLEV 1994 ZEV CO (g/mile) HC (g/mile) 認証 ( 新車時 ) 基準 TLEV (Transitional Low Emission Vehicle : 低排出ガス移行車 ) LEV (Low Emission Vehicle: 低排出ガス車 ) 5 万マイル時の規制値 ULEV (Ultra Low Emission Vehicle : 超低排出ガス車 ) SULEV (Super Ultra Low Emission Vehicle) 12 万マイル時の規制値 PZEV (Partial Zero Emission Vehicle) SULEV 規制値を15 万マイル時まで満足 ZEV (Zero Emission Vehicle: ゼロエミッション車 ) Fig. 2 Trend of automotive emission regulations in California State (USA) Table 1 Trend of fuel economy regulations in various countries 単位 :km/l ガソリン車 ディーゼル車 備考 12.3(1995 実績 ) 15.1(2010 予測 ) 10.1(1995 実績 ) 乗用車 (2005 予測 ) 2.5t 以下貨物車 11.6(2001) 11.6(2001) CAFE 27.5mile/gallon (2003) (CO g/km) (2003) 各国の試験走行 17.1(2008) (CO2 140g/km) 19.0(2008) モードは異なる 安全性の向上 基本性能向上要求 地球環境問題 ( 排出ガス浄化など ) 快適性の向上 エネルギー問題 ( 燃費向上など ) 利便性の向上 資源問題 経済性の向上 都市交通渋滞問題 交通安全問題 Fig. 3 Main technical subject of automobiles

3 変換機能 力学的センサ 力学的諸量 電気信号変換圧電効果, ピエゾ抵抗変化, 磁気抵抗素子電磁的センサ 電磁気量 電気信号変換 温度センサ 温度 電気信号変換圧電効果, 焦電効果, 電流磁気効果, 半導体の抵抗温度変化光学的センサ 光 電気信号変換フォトダイオード電気化学的センサ 化学変化量 電気信号変換濃淡電池, 半導体の電気伝導度変化 ( ガス, 水分の表面吸着 ) Fig. 4 Classification of signal transforming function for sensors

4 センサエレメント信号処理 IC 1mm セラミックパッケージ Fig. 5 Structure of capacitive acceleration sensor Table 2 Classification of typical automotive sensors 対応制御システムパワトレイン制御車両制御ボデー制御情報通信 自動車の技術開発課題地球環境保全, 省エネルギー基本性能向上 ニーズ排出ガス浄化, 燃費向上安全性向上, 快適性向上利便性向上 システム例 ガソリン燃料噴射制御 空燃比フィードバック制御 希薄燃焼制御 ガソリン直噴制御 ガソリン点火時期制御 ディーゼル燃料噴射制御 アイドル回転数制御 オートマチックトランス ミッション サスペンション制御 定速走行制御 ( オートドライブ ) アンチロックブレーキ (ABS) トラクション コントロール 走行姿勢制御 (4WS,VSC) オートエアコン 空気清浄 エアバッグ デジタルメータ ライト 前方後方監視 パーソナル無線 ナビゲーション 自動車電話 自動車 TV VICS 対応ナビゲーション 距離 レーザレーダ バックソナー コーナソナー 超音波 レーザレーダ CCD 位置 角度 スロットル開度 アクセル開度 ステアリング 車高 スロットル開度 エアミクスダンパ ポテンショ 力学的センサ 加速度 振動 ノック 加速度 加速度 セイフィング 衝突検知 角速度 角速度 ( ヨーレート ) ジャイロ 圧力 エンジン吸気圧 大気圧 燃料圧 タンク内圧 燃焼圧 ブレーキ圧 エアコン冷媒圧 タイヤ空気圧 物理センサ 電磁的センサ 流量 位置 回転速度 電波 空気量 ( エアフローメータ ) 目詰リ 車速 クランク角 ( 位置 ) カム角 ( 位置 ) 回転数 車輪速 車速 オートマチック回転 車速 プロペラシャフト キーレス用アンテナ 地磁気 車速 ラジオ用アンテナ GPS 用アンテナ VICS 用アンテナ 自動車電話用アンテナ 光学的センサ 光 エンジン着火時期 日射 光 ( コンライト ) 温度センサ 温度 エンジン水温 燃料温 吸気温 排ガス温 内気温, 外気温 エバポレータ出口温 水温 オートマチック油温 乗員 化学センサ 電気化学的センサ ガス濃度 O2( 酸素 ) A/F( 空燃比 ) HC,NOx スモーク ( 車内煙 ) ガス (CO) 湿度

5 フューエルフィルタ フューエルポンプ アイドルスピードコントロールバルブ エアフローメータ スロットルボデー 圧力センサ プレッシャレギュレータ コイルウィズイグナイタカム位置センサプラグ O2 センサ 吸気温センサ 水温センサ スロットルポジションセンサ インジェクタ 触媒 クランク位置センサ ECU Fig. 6 Composition of gasoline engine control system

6

7 撥水性ウインドシールド エアバッグ 路車間通信 / 車車間通信 ナビゲーションシステムヘッドアップディスプレイ車速センサ加速度センサ衝突検知センサヨーレートセンサ自動車速制御装置 CCD カメラ側面用 後席用 車両位置センサ 障害物センサ ( 後方 ) ドアロック解除装置 路面センサ 空気圧センサ 障害物センサ ( 側方 ) 自動操舵装置 ドライブレコーダ 視認性 被視認性向上照明 操舵角センサ車間距離センサ ( レーザレーダ ) 歩行者保護及び障害物センサ ( 前方 ) 突き倒し防止前部構造 Fig. 7 Image of Advanced Safety Vehicle (ASV)

8 磁気センサ ( 後 ) ステアリングアクチュエータスロットルアクチュエータブレーキアクチュエータ その他舵角センサ, 車輪速センサ, エンジン回転数センサなどのセンサを使用 Fig. 8 Image of automatic driving system LCX 無線機コントローラ路車間通信 LCX ケーブル CCDカメラ報知インタフェース 磁気ネイル 車間距離センサ磁気センサ ( 前 ) 走行目標ライン

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