汽車傳感器更銳化，駕駛更安全

新傳感器背后的驅(qū)動力

安全性是新型傳感器開發(fā)的主要驅(qū)動力。為了減少道路上的事故，車輛不僅要負責管理自己的安全關(guān)鍵系統(tǒng)，還要幫助應(yīng)對駕駛員疲勞、幫助集中注意力和緩解壓力。事實上，駕駛員疲勞是當今約20%的道路事故的一個因素，其中很大一部分往往是嚴重或致命的，因為疲勞通常表現(xiàn)為“微睡眠”，在此期間駕駛員幾乎沒有或沒有能力剎車或轉(zhuǎn)向以減少影響。

駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)傾向于測量轉(zhuǎn)向行為作為疲勞指標。幸運的是，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)從高分辨率傳感器捕獲角度位置和速率信息。高速接口允許主機微控制器捕獲和處理傳感器數(shù)據(jù)，而一些傳感器具有內(nèi)置處理功能，以減少主機負載。

駕駛員疲勞的早期跡象包括長時間幾乎沒有任何轉(zhuǎn)向活動，并被小而突然的修正打斷。駕駛員感知算法可以將轉(zhuǎn)向傳感器數(shù)據(jù)與其他信息（例如轉(zhuǎn)向信號燈的使用、行程長度和一天中的時間）相結(jié)合，以計算疲勞程度，并在疲勞程度超過預(yù)設(shè)閾值時生成警告： 一些駕駛員可能已經(jīng)熟悉儀表板上的咖啡杯符號， 作為休息的常見提示。

檢測駕駛員疲勞的其他方法包括使用3D成像技術(shù)監(jiān)測駕駛員頭部和眼睛的位置和運動。在機艙中使用這項技術(shù)，將相機和其他探測器（例如飛行時間接近傳感器）相結(jié)合，比傳統(tǒng)的基于對比度的接近傳感器更準確地測量與物體的距離，其他增值功能也成為可能。結(jié)合地理信息和人工智能，車輛可以識別駕駛員可能看到的物體（例如建筑場地），并在駕駛員提出諸如“這是什么建筑物？3D圖像傳感器和飛行時間接近傳感器對于更高水平的自動駕駛（SAE定義的4級和5級）也很重要。

在駕駛員行為量表的另一端，時間壓力等壓力可以轉(zhuǎn)化為超速和不穩(wěn)定的駕駛。使用紅外傳感來檢測過度壓力跡象的技術(shù)可以與其他車輛系統(tǒng)聯(lián)系起來，以試圖對抗這些影響。隨著基于可調(diào)諧LED的內(nèi)部照明的出現(xiàn)，車輛可以自主調(diào)節(jié)光水平和光譜含量，使藍色波長平靜下來，以鼓勵更安全的駕駛。

提高舒適度和幫助注意力的進一步創(chuàng)新包括所謂的健康座椅。傳感器構(gòu)成了這種創(chuàng)新的核心，使用先進的技術(shù)來實現(xiàn)對重要生命體征（如駕駛員心率或呼吸）的無創(chuàng)監(jiān)測。壓力傳感器已經(jīng)廣泛用于輔助腰部支撐，實際上已用于整個車輛的許多地方，例如安全氣囊控制和LPG（液化石油氣）燃料壓力監(jiān)測。

非接觸式人機界面檢測

通過使駕駛員能夠與車內(nèi)設(shè)備（如信息娛樂或照明）自然交互，可以進一步提高安全性。觸摸屏在中控臺的到來使調(diào)諧收音機、選擇音樂或調(diào)整氣候設(shè)置的全新、更直觀的方式成為可能，盡管顯然還有改進的余地。2D甚至3D手勢感應(yīng)可用于幫助駕駛員專注于道路，而不是伸手觸摸屏幕上的選定區(qū)域。窗戶打開或車頂位置等附加控制也可以引入這樣的手勢控制系統(tǒng)。

2D傳感技術(shù)使系統(tǒng)制造商能夠在方向盤中嵌入小型觸摸傳感器，這些傳感器能夠檢測手勢，例如單指點擊或滑動，或者更復(fù)雜的捏合和旋轉(zhuǎn)使用兩個手指，讓駕駛員無需將手從方向盤上移開即可調(diào)整各種設(shè)置。

另一方面，3D傳感更進一步，使駕駛員能夠使用更大的空中手勢進行選擇，而不會將視線從道路上轉(zhuǎn)移開。技術(shù)挑戰(zhàn)包括使這些類型的系統(tǒng)能夠區(qū)分一般的手部動作和應(yīng)解釋為命令的故意手勢。一些供應(yīng)商使用隱馬爾可夫模型在軟件中解決了這個問題。

改良品種

雖然駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)和更好的HMI有助于實現(xiàn)更安全的駕駛，但對現(xiàn)有傳感器的進一步改進有助于提高精度并最大限度地減少自動化功能的尺寸，例如雨刮器控制以及制動和加速器控制等線控X-by-wire系統(tǒng)。

例如，為了改善刮水器控制，先進的測量算法成功地提高了對閃爍光源等干擾和老化或表面污染等影響的抗擾度，改進的監(jiān)測技術(shù)增強了水分檢測并允許更小的傳感器外形尺寸。

3D 磁感應(yīng)有助于縮小整個車輛的外形尺寸，例如踏板、變速桿和變速箱中運動部件的位置傳感。通過使用電位計或光學(xué)系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的位置傳感機制，非接觸式3D磁傳感器消除了因磨損或污染而導(dǎo)致錯誤的可能性，確保在高溫下進行穩(wěn)定的測量，并節(jié)省空間。

對汽車MEMS（微機電系統(tǒng)）傳感器（包括加速度計、陀螺儀和壓力傳感器）的需求持續(xù)強勁增長。當今車輛中大約100個傳感器節(jié)點中約有三分之一基于MEMS技術(shù)，通過 ResearchAndMarkets.com 發(fā)布的全球汽車MEMS傳感器市場分析和預(yù)測，到2022年將以約13%的復(fù)合年增長率持續(xù)增長。這些器件是TPMS、輪速傳感或電子駐車制動系統(tǒng)、穩(wěn)定性控制以及碰撞檢測和記錄等系統(tǒng)的關(guān)鍵推動因素。

這些只是傳感器制造商和汽車一級供應(yīng)商創(chuàng)建先進、高價值傳感解決方案的幾個機會，這些解決方案可以提高安全性和可靠性以及車輛提供的整體車主/駕駛員體驗。當然，跟上標準的最新發(fā)展至關(guān)重要?，F(xiàn)代汽車電氣化的提高將注意力集中在ISO 11452-08等標準上，這些標準規(guī)定了系統(tǒng)對車內(nèi)或車外磁場的抗擾度。重要的新連接規(guī)范也正在出現(xiàn)，例如PSI5傳感器接口。PSI5 同時允許更高性能的傳感器連接，運行速度高達 125kbit/s，比 LIN 更快，同時還通過其經(jīng)濟的 2 線協(xié)議實現(xiàn)了成本和重量的節(jié)省。主要組件供應(yīng)商現(xiàn)在提供帶有PSI5接口的磁性傳感器，這些傳感器符合ISO 11452-08，當然還有汽車安全標準ISO 26262。

沿著這條路走得更遠

展望未來，智能傳感器進一步提高車輛安全性和可靠性的令人興奮的可能性正在出現(xiàn)，利用無線連接為車輛引入額外的傳感器，而不會增加銅線和連接器的重量和成本。

僅舉一個例子，弗勞恩霍夫研究所正在開展許多汽車研究項目，包括用于監(jiān)測輪胎或車輛蒙皮狀況的嵌入式表面?zhèn)鞲衅?，以便在故障發(fā)生之前很久就檢測異常情況。除了已建立的無線輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（通過將低頻接收器、射頻發(fā)射器和微控制器組合在一個封裝中，這些系統(tǒng)本身正朝著更大集成的方向發(fā)展）之外，F(xiàn)raunhofer的嵌入式皮膚表面?zhèn)鞲羞€可以通過在故障或放氣發(fā)生之前檢測輪胎壁或胎面的潛在危險損壞，使遠程監(jiān)測更加有效。

安富利與領(lǐng)先的傳感器制造商合作，幫助開發(fā)使用最新傳感器技術(shù)的尖端客戶解決方案。這些傳感器不僅包括光學(xué)、磁性和電容傳感器，還包括廣泛用于泊車輔助和自動泊車系統(tǒng)的超聲波傳感器、用于整個車輛移動和位置傳感的MEMS傳感器、傳統(tǒng)的霍爾效應(yīng)和光學(xué)傳感以及壓力傳感器。涵蓋從工程到供應(yīng)鏈的整個生命周期對于選擇和設(shè)計最合適的零件非常重要，同時牢記長期可用性和獲得制造商支持。

結(jié)論

連續(xù)幾代車輛以實惠的價格增加了更大的智能和便利性，從而顯著提高了乘員和其他道路使用者的安全性。當今的關(guān)鍵需求是旨在提高安全性和舒適性的駕駛員輔助功能。通過先進的傳感技術(shù)，以及對傳統(tǒng)傳感器和傳感機制的改進，可以實現(xiàn)更好的性能、更高的精度和可靠性以及寶貴的空間節(jié)省。

審核編輯：郭婷