新傳感器背后的驅(qū)動(dòng)力

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、幫助集中注意力和緩解壓力。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(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度位置和速率信息。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時(shí)間幾乎沒有任何轉(zhuǎn)向活動(dòng)，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(hào)燈的使用、行程長度和一天中的時(shí)間）相結(jié)合，以計(jì)算疲勞程度，并在疲勞程度超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)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(hào)， 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(yùn)動(dòng)。在機(jī)艙中使用這項(xiàng)技術(shù)，將相機(jī)和其他探測器（例如飛行時(shí)間接近傳感器）相結(jié)合，比傳統(tǒng)的基于對(duì)比度的接近傳感器更準(zhǔn)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(shí)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(shí)間接近傳感器對(duì)于更高水平的自動(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，時(shí)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(duì)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(lán)色波長平靜下來，以鼓勵(lì)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)成了這種創(chuàng)新的核心，使用先進(jìn)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)際上已用于整個(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。

非接觸式人機(jī)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(jìn)一步提高安全性。觸摸屏在中控臺(tái)的到來使調(diào)諧收音機(jī)、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(jìn)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(diǎn)擊或滑動(dòng)，或者更復(fù)雜的捏合和旋轉(zhuǎn)使用兩個(gè)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(jìn)一步，使駕駛員能夠使用更大的空中手勢進(jìn)行選擇，而不會(huì)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)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(gè)問題。

改良品種

雖然駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)和更好的HMI有助于實(shí)現(xiàn)更安全的駕駛，但對(duì)現(xiàn)有傳感器的進(jìn)一步改進(jìn)有助于提高精度并最大限度地減少自動(dòng)化功能的尺寸，例如雨刮器控制以及制動(dòng)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(jìn)的測量算法成功地提高了對(duì)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)測技術(shù)增強(qiáng)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(gè)車輛的外形尺寸，例如踏板、變速桿和變速箱中運(yùn)動(dòng)部件的位置傳感。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磁傳感器消除了因磨損或污染而導(dǎo)致錯(cuò)誤的可能性，確保在高溫下進(jìn)行穩(wěn)定的測量，并節(jié)省空間。

對(duì)汽車MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）傳感器（包括加速度計(jì)、陀螺儀和壓力傳感器）的需求持續(xù)強(qiáng)勁增長。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(dòng)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(dòng)因素。

這些只是傳感器制造商和汽車一級(jí)供應(yīng)商創(chuàng)建先進(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(biāo)準(zhǔn)上，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了系統(tǒng)對(duì)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(shí)允許更高性能的傳感器連接，運(yùn)行速度高達(dá) 125kbit/s，比 LIN 更快，同時(shí)還通過其經(jīng)濟(jì)的 2 線協(xié)議實(shí)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(dāng)然還有汽車安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262。

沿著這條路走得更遠(yuǎn)

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)，利用無線連接為車輛引入額外的傳感器，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開展許多汽車研究項(xiàng)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(gè)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(xiǎn)損壞，使遠(yuǎn)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(dòng)泊車系統(tǒng)的超聲波傳感器、用于整個(gè)車輛移動(dòng)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(gè)生命周期對(duì)于選擇和設(shè)計(jì)最合適的零件非常重要，同時(shí)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(shí)惠的價(jià)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(dāng)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(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)，可以實(shí)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