汽车传感器锐化以实现更安全的驾驶

安全性是新型传感器开发的主要驱动力。为了减少道路上的事故，车辆不仅要负责管理自己的安全关键系统，还要帮助应对驾驶员疲劳、帮助集中注意力和减轻压力。事实上，驾驶员疲劳是当今约 20% 的道路事故的一个因素，其中很大一部分往往是严重或致命的，因为疲劳通常表现为“微睡眠”，在此期间驾驶员几乎没有或没有制动或制动能力。引导以减轻影响。

驾驶员监控系统倾向于测量转向行为作为疲劳的指标。幸运的是，线控转向系统已经从高分辨率传感器捕获角位置和速率信息。高速接口允许主机微控制器捕获和处理传感器数据，而一些传感器具有内置处理功能以减少主机负载。

驾驶员疲劳的早期迹象包括长时间几乎没有任何转向活动，偶尔出现小幅但突然的修正。驾驶员感知算法可以将转向传感器数据与其他信息（例如转向信号的使用、行程长度和一天中的时间）相结合，以计算疲劳程度，并在疲劳程度超过预知时发出警告。设置阈值：一些司机可能已经熟悉仪表板上的咖啡杯符号，作为休息的常见提示。

检测驾驶员疲劳的其他方法包括使用 3D 成像技术监测驾驶员头部和眼睛的位置和运动。借助机舱内的这项技术，结合摄像头和其他探测器（例如飞行时间接近传感器），它们比传统的基于对比度的接近传感器更准确地测量到物体的距离，其他增值功能也成为可能。结合地理信息和人工智能，车辆可以识别驾驶员可能看到的物体（例如建筑场地），并在驾驶员提出诸如“这是什么建筑？”之类的问题时自动提供信息。3D 图像传感器和飞行时间接近传感器对于更高级别的自动驾驶（SAE 定义的 4 级和 5 级）也很重要。

在驾驶员行为量表的另一端，诸如时间压力之类的压力会转化为超速和不稳定驾驶。使用红外感应来检测过度压力迹象的技术可以与其他车辆系统联系起来，以试图对抗这些影响。随着基于 LED 的可调式车内照明的出现，车辆可以自主调整光强度和光谱内容，使其趋向于平静的蓝色波长，以促进更安全的驾驶。

提高舒适度和帮助注意力的进一步创新包括所谓的健康座椅。传感器构成了此类创新的核心，使用先进技术实现对驾驶员心率或呼吸等重要生命体征的无创监测。压力传感器已经广泛用于辅助腰部支撑，事实上，它被用于整个车辆的许多地方，例如安全气囊控制和 LPG（液化石油气）燃料压力监测。

感应非接触式 HMI

通过使驾驶员能够与信息娱乐或照明等车内设备自然交互，可以进一步提高安全性。中控台触摸屏的出现为调谐收音机、选择音乐或调节气候设置提供了新的、更直观的方式，但显然还有改进的余地。可以应用 2D 甚至 3D 手势感应来帮助驾驶员专注于道路，而不是伸手去触摸屏幕上的选定区域。诸如窗户打开或屋顶位置之类的附加控制也可以被引入这种手势控制系统。

2D 传感技术使系统制造商能够在方向盘中嵌入小型触摸传感器，这些传感器能够检测诸如单指轻敲或滑动，或更复杂的两指捏合和旋转等手势，让驾驶员无需调整各种设置将他们的手从方向盘上移开。

另一方面，3D 传感更进一步，使驾驶员能够使用更大的空中手势进行选择，而无需将视线从道路上转移开。技术挑战包括使这些类型的系统能够区分一般的手部动作和应被解释为命令的故意手势。一些供应商已经使用隐马尔可夫模型在软件中解决了这个问题。

改良品种

虽然驾驶员监控系统和更好的 HMI 有助于提高驾驶安全性，但对现有传感器的进一步改进有助于提高准确性并最大限度地减少自动化功能（如雨刷控制和 X-by-wire 系统（如制动和加速器控制））的尺寸。

例如，为了改进雨刮器控制，先进的测量算法成功地提高了对诸如闪烁光源等干扰和老化或表面污染等影响的抗扰度，改进的监测技术增强了湿度检测并允许更小的传感器外形尺寸。

3D 磁感应有助于缩小整个车辆的外形尺寸，例如踏板、变速杆和变速器中的运动部件的位置感应。通过使用电位计或光学系统取代传统的位置传感机制，非接触式 3D 磁传感器消除了由于磨损或污染而导致错误的可能性，确保在高温下进行稳定测量，并节省空间。

对包括加速度计、陀螺仪和压力传感器在内的汽车 MEMS（微机电系统）传感器的需求持续强劲增长。当今车辆中大约 100 个传感器节点中约有三分之一基于 MEMS 技术，通过 ResearchAndMarkets.com 发布的全球汽车 MEMS 传感器市场分析和预测预测，到 2022 年，复合年增长率将持续增长约 13%。这些设备是关键TPMS、轮速传感或电子驻车制动系统、稳定性控制以及碰撞检测和记录等系统的促成因素。

这些只是传感器制造商和汽车一级供应商创造先进、高价值传感解决方案的几个机会，这些解决方案可以提高安全性和可靠性以及车辆提供的整体车主/驾驶员体验。当然，跟上标准的最新发展是至关重要的。现代汽车电气化程度的提高将注意力集中在 ISO 11452-08 等标准上，该标准管理系统对车辆内部或外部磁场的免疫能力。重要的新连接规范也正在出现，例如 PSI5 传感器接口。PSI5 同时通过高达 125kbit/s 的运行速度（比 LIN 更快）实现更高性能的传感器连接，同时还通过其经济的 2 线协议实现成本和重量节省。

再往前走

展望未来，智能传感器进一步提高车辆安全性和可靠性的令人兴奋的可能性正在出现，利用无线连接将额外的传感器引入车辆，而不会增加铜线和连接器的重量和成本。

仅举一个例子，弗劳恩霍夫研究所正在进行众多汽车研究项目，包括用于监测轮胎或车辆皮肤状况的嵌入式表面传感器，以便在潜在故障出现之前很久就检测异常。除了已建立的无线轮胎压力监测系统（通过将 LF 接收器、RF 发射器和微控制器组合在一个封装中，它们本身正在朝着更高的集成度方向发展）之外工作，Fraunhofer 的嵌入式皮肤表面传感可以通过检测潜在的在发生故障或放气之前对轮胎壁或胎面造成危险的损坏。

安富利与领先的传感器制造商合作，使用最新的传感器技术帮助开发尖端的客户解决方案。这些传感器不仅包括光学、磁性和电容式传感器，还包括广泛用于泊车辅助和自动泊车系统的超声波传感器、用于整个车辆的运动和位置传感的 MEMS 传感器，以及传统的霍尔效应和光学传感，以及压力传感器。涵盖从工程到供应链的生命周期，对于选择和设计最合适的部件非常重要，同时考虑到长期可用性和获得制造商支持的途径。

结论

通过以可承受的价格增加更高的智能和便利性，连续几代的车辆显着提高了乘员和其他道路使用者的安全性。当今的主要需求是旨在提高安全性和舒适性的驾驶辅助功能。通过先进的传感技术，以及对传统传感器和传感机制的改进，更好的性能、更高的准确性和可靠性以及宝贵的空间节省都触手可及。

审核编辑：郭婷