汽車傳感器銳化以實(shí)現(xiàn)更安全的駕駛

安全性是新型傳感器開發(fā)的主要驅(qū)動(dòng)力。為了減少道路上的事故，車輛不僅要負(fù)責(zé)管理自己的安全關(guān)鍵系統(tǒng)，還要幫助應(yīng)對(duì)駕駛員疲勞、幫助集中注意力和減輕壓力。事實(shí)上，駕駛員疲勞是當(dāng)今約 20% 的道路事故的一個(gè)因素，其中很大一部分往往是嚴(yán)重或致命的，因?yàn)槠谕ǔ１憩F(xiàn)為“微睡眠”，在此期間駕駛員幾乎沒有或沒有制動(dòng)或制動(dòng)能力。引導(dǎo)以減輕影響。

駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)傾向于測(cè)量轉(zhuǎn)向行為作為疲勞的指標(biāo)。幸運(yùn)的是，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)從高分辨率傳感器捕獲角位置和速率信息。高速接口允許主機(jī)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(jī)負(fù)載。

駕駛員疲勞的早期跡象包括長(zhǎng)時(shí)間幾乎沒有任何轉(zhuǎn)向活動(dòng)，偶爾出現(xiàn)小幅但突然的修正。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(hào)的使用、行程長(zhǎng)度和一天中的時(shí)間）相結(jié)合，以計(jì)算疲勞程度，并在疲勞程度超過預(yù)知時(shí)發(fā)出警告。設(shè)置閾值：一些司機(jī)可能已經(jīng)熟悉儀表板上的咖啡杯符號(hào)，作為休息的常見提示。

檢測(cè)駕駛員疲勞的其他方法包括使用 3D 成像技術(shù)監(jiān)測(cè)駕駛員頭部和眼睛的位置和運(yùn)動(dòng)。借助機(jī)艙內(nèi)的這項(xiàng)技術(shù)，結(jié)合攝像頭和其他探測(cè)器（例如飛行時(shí)間接近傳感器），它們比傳統(tǒng)的基于對(duì)比度的接近傳感器更準(zhǔn)確地測(cè)量到物體的距離，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(shí)別駕駛員可能看到的物體（例如建筑場(chǎng)地），并在駕駛員提出諸如“這是什么建筑？”之類的問題時(shí)自動(dòng)提供信息。3D 圖像傳感器和飛行時(shí)間接近傳感器對(duì)于更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛（SAE 定義的 4 級(jí)和 5 級(jí)）也很重要。

在駕駛員行為量表的另一端，諸如時(shí)間壓力之類的壓力會(huì)轉(zhuǎn)化為超速和不穩(wěn)定駕駛。使用紅外感應(yīng)來檢測(cè)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(duì)抗這些影響。隨著基于 LED 的可調(diào)式車內(nèi)照明的出現(xiàn)，車輛可以自主調(diào)整光強(qiáng)度和光譜內(nèi)容，使其趨向于平靜的藍(lán)色波長(zhǎng)，以促進(jìn)更安全的駕駛。

提高舒適度和幫助注意力的進(jìn)一步創(chuàng)新包括所謂的健康座椅。傳感器構(gòu)成了此類創(chuàng)新的核心，使用先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員心率或呼吸等重要生命體征的無創(chuàng)監(jiān)測(cè)。壓力傳感器已經(jīng)廣泛用于輔助腰部支撐，事實(shí)上，它被用于整個(gè)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(cè)。

感應(yīng)非接觸式 HMI

通過使駕駛員能夠與信息娛樂或照明等車內(nèi)設(shè)備自然交互，可以進(jìn)一步提高安全性。中控臺(tái)觸摸屏的出現(xiàn)為調(diào)諧收音機(jī)、選擇音樂或調(diào)節(jié)氣候設(shè)置提供了新的、更直觀的方式，但顯然還有改進(jìn)的余地?？梢詰?yīng)用 2D 甚至 3D 手勢(shì)感應(yīng)來幫助駕駛員專注于道路，而不是伸手去觸摸屏幕上的選定區(qū)域。諸如窗戶打開或屋頂位置之類的附加控制也可以被引入這種手勢(shì)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(cè)諸如單指輕敲或滑動(dòng)，或更復(fù)雜的兩指捏合和旋轉(zhuǎn)等手勢(shì)，讓駕駛員無需調(diào)整各種設(shè)置將他們的手從方向盤上移開。

另一方面，3D 傳感更進(jìn)一步，使駕駛員能夠使用更大的空中手勢(shì)進(jìn)行選擇，而無需將視線從道路上轉(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(dòng)作和應(yīng)被解釋為命令的故意手勢(shì)。一些供應(yīng)商已經(jīng)使用隱馬爾可夫模型在軟件中解決了這個(gè)問題。

改良品種

雖然駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)和更好的 HMI 有助于提高駕駛安全性，但對(duì)現(xiàn)有傳感器的進(jìn)一步改進(jìn)有助于提高準(zhǔn)確性并最大限度地減少自動(dòng)化功能（如雨刷控制和 X-by-wire 系統(tǒng)（如制動(dòng)和加速器控制））的尺寸。

例如，為了改進(jìn)雨刮器控制，先進(jìn)的測(cè)量算法成功地提高了對(duì)諸如閃爍光源等干擾和老化或表面污染等影響的抗擾度，改進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)增強(qiáng)了濕度檢測(cè)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(gè)車輛的外形尺寸，例如踏板、變速桿和變速器中的運(yùn)動(dòng)部件的位置感應(yīng)。通過使用電位計(jì)或光學(xué)系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的位置傳感機(jī)制，非接觸式 3D 磁傳感器消除了由于磨損或污染而導(dǎo)致錯(cuò)誤的可能性，確保在高溫下進(jìn)行穩(wěn)定測(cè)量，并節(jié)省空間。

對(duì)包括加速度計(jì)、陀螺儀和壓力傳感器在內(nèi)的汽車 MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）傳感器的需求持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)。當(dāng)今車輛中大約 100 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)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(chǎng)分析和預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)，到 2022 年，復(fù)合年增長(zhǎng)率將持續(xù)增長(zhǎng)約 13%。這些設(shè)備是關(guān)鍵TPMS、輪速傳感或電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)、穩(wěn)定性控制以及碰撞檢測(cè)和記錄等系統(tǒng)的促成因素。

這些只是傳感器制造商和汽車一級(jí)供應(yīng)商創(chuàng)造先進(jìn)、高價(jià)值傳感解決方案的幾個(gè)機(jī)會(huì)，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(yàn)。當(dāng)然，跟上標(biāo)準(zhǔn)的最新發(fā)展是至關(guān)重要的?，F(xiàn)代汽車電氣化程度的提高將注意力集中在 ISO 11452-08 等標(biāo)準(zhǔn)上，該標(biāo)準(zhǔn)管理系統(tǒng)對(duì)車輛內(nèi)部或外部磁場(chǎng)的免疫能力。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(shí)通過高達(dá) 125kbit/s 的運(yùn)行速度（比 LIN 更快）實(shí)現(xiàn)更高性能的傳感器連接，同時(shí)還通過其經(jīng)濟(jì)的 2 線協(xié)議實(shí)現(xiàn)成本和重量節(jié)省。

再往前走

展望未來，智能傳感器進(jìn)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)，利用無線連接將額外的傳感器引入車輛，而不會(huì)增加銅線和連接器的重量和成本。

僅舉一個(gè)例子，弗勞恩霍夫研究所正在進(jìn)行眾多汽車研究項(xiàng)目，包括用于監(jiān)測(cè)輪胎或車輛皮膚狀況的嵌入式表面?zhèn)鞲衅?，以便在潛在故障出現(xiàn)之前很久就檢測(cè)異常。除了已建立的無線輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（通過將 LF 接收器、RF 發(fā)射器和微控制器組合在一個(gè)封裝中，它們本身正在朝著更高的集成度方向發(fā)展）之外工作，F(xiàn)raunhofer 的嵌入式皮膚表面?zhèn)鞲锌梢酝ㄟ^檢測(cè)潛在的在發(fā)生故障或放氣之前對(duì)輪胎壁或胎面造成危險(xiǎn)的損壞。

安富利與領(lǐng)先的傳感器制造商合作，使用最新的傳感器技術(shù)幫助開發(fā)尖端的客戶解決方案。這些傳感器不僅包括光學(xué)、磁性和電容式傳感器，還包括廣泛用于泊車輔助和自動(dòng)泊車系統(tǒng)的超聲波傳感器、用于整個(gè)車輛的運(yùn)動(dòng)和位置傳感的 MEMS 傳感器，以及傳統(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)鏈的生命周期，對(duì)于選擇和設(shè)計(jì)最合適的部件非常重要，同時(shí)考慮到長(zhǎng)期可用性和獲得制造商支持的途徑。

結(jié)論

通過以可承受的價(jià)格增加更高的智能和便利性，連續(xù)幾代的車輛顯著提高了乘員和其他道路使用者的安全性。當(dāng)今的主要需求是旨在提高安全性和舒適性的駕駛輔助功能。通過先進(jìn)的傳感技術(shù)，以及對(duì)傳統(tǒng)傳感器和傳感機(jī)制的改進(jìn)，更好的性能、更高的準(zhǔn)確性和可靠性以及寶貴的空間節(jié)省都觸手可及。

審核編輯：郭婷