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)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，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)。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器（例如飛行時(shí)間接近傳感器），它們比傳統(tǒng)的基于對比度的接近傳感器更準(zhǔn)確地測量到物體的距離，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？”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)間接近傳感器對于更高級別的自動(dòng)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，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 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，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)對駕駛員心率或呼吸等重要生命體征的無創(chuàng)監(jiān)測。壓力傳感器已經(jīng)廣泛用于輔助腰部支撐，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。

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，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。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)的測量算法成功地提高了對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)測技術(shù)增強(qiáng)了濕度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)定測量，并節(jié)省空間。

對包括加速度計(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。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)測預(yù)測，到 2022 年，復(fù)合年增長率將持續(xù)增長約 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)對車輛內(nèi)部或外部磁場的免疫能力。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)之前很久就檢測異常。除了已建立的無線輪胎壓力監(jiān)測系統(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^檢測潛在的在發(fā)生故障或放氣之前對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