汽车电子热门应用技术解读

汽车电子热门应用技术入门手册

　汽车电子技术的发展已进入系统整合阶段，未来汽车电子的发展将主要集中在动力总成、主被动安全、汽车网络、信息娱乐系统、安全与防盗等方面，并呈现出功能多样化、技术一体化、系统集成化和通信网络化的特点。
 
 
 
汽车市场需求差异化活跃了汽车技术和个性化的应用，这将给汽车电子产业市场带来积极的影响。IMS Research预测，2007年中国每辆汽车中的电子成本将达404美元，市场规模达到23亿美元。这也将进一步激发业界对汽车热点技术应用的开发与投入。

　　发动机控制技术升级

　　随着市场对节能与环保的要求越来越高，要求发动机电子控制系统的控制参数越来越多，越来越精确，毕竟节能高效是发动机永恒的追求。

　　中国汽车工程学会发动机分会秘书长陈上华介绍，在发动机技术领域，技术关注点一方面是在智能控制方面，如今发动机要求控制越来越精确如可变气门正时技术等，因而对相应的硬件、传感器及控制软件提出更高要求，发动机ECU中MCU的集成度越来越高。目前市场上的趋势是无论是合资品牌还是自主品牌都投入很多精力在技术开发上，一些国际巨头也将国外的先进技术同步引入中国，这是市场竞争的必然结果。在发动机ECU领域，国内已有一些厂家研制出来，目前在小批量试车阶段。

　　二是发动机缸体和缸套的轻量化，诸如铝、镁、塑料等材料在降低重量、节能方面效果显著，国内已有厂商在开发应用，吉利、奇瑞等已开发出全铝合金气缸体，技术已相对成熟。

　　三是进气管以前应用铸铁、铸钢材料，现在转向用工程塑料，因其轻量化、可回收、成本低等优点，也是一种发展趋势。

　　在柴油机方面，小排量和大排量的应用技术有所区别，从目前来看，泵喷嘴技术适用于大排量柴油机，而共轨技术应用于小排量柴油机较多。从目前市场需求来看，大排量柴油机的市场需求量大。目前玉柴、潍柴等已自主开发出大排量柴油机，欧Ⅲ机型已推出。

　　陈上华还指出，针对商用车市场，由于其批量较小，如从国外进口发动机，价位会很高，而国内厂商则可以供货快、价格低、服务好等优势来切入，这是国内厂商的机会。通过在这一领域的积累，可逐步向轻型车、轿车领域的动力系统开发过渡。

　　主被动安全集成呼之欲出

　　汽车安全性近年来已经得到了很大提高，政府法规的保障、消费者对更安全的汽车的偏爱、新应用技术成本及市场接受度之间的趋于平衡，将使得汽车安全性不断提高。而APIA(主被动集成方案)与视觉技术将成为发展热点。

　　APIA可利用网络覆盖所有主动及被动安全系统，并集成了环境传感器。德国大陆集团有关人士介绍，APIA系统非常复杂，包括自适应巡航控制、组合传感器、侧面传感器、数据网关、相应的控制单元等等。它的核心是危险控制模块，它能意识到潜在的碰撞，并引入预先设定的措施，在各种交通情况下保护车上的乘员以及其他行人的安全。这项技术已在国外汽车中得到应用，国内市场目前需求较少，但这是未来的发展趋势。

　　目前APIA可识别车辆侧方及后方的潜在危险，并提示驾驶者驶离危险。在反光镜上采用了最先进的摄像头技术，以监测车辆侧方及后方的空间。如果后方驶来的车辆进入了临界危险区域，驾驶员就会接收到不同级别的报警，先是视觉报警，接着是声音报警，最后是触觉报警。如果在这种情况下，驾驶员仍无法避免车祸，APIA会收紧安全带，关闭车窗并将座椅调到最佳位置，为可能发生的碰撞做好准备。气囊会根据环境传感器提供的信息弹出。此外，该系统还可实现自动泊车功能。

　　“未来借助图像处理技术，APIA可以对道路使用者进行分类，再结合雷达技术，提高交通状况分析的可靠度，结合了转向控制的制动系统将帮助驾驶员避免车祸的发生。”大陆相关人士介绍，“并且，APIA还将引入新的车载通讯技术提供的新功能，如提供定位信息和事故损伤分析的紧急中心自动呼叫功能，将为APIA带来新的发展机遇。”

　　此外视觉技术成为提高汽车安全性的又一利器。目前欧、美、日等汽车业发达国家及国际汽车巨头们，都在按照自己选定的方向研发车载视觉产品，并已在高端车型上开始装备使用，有些已成为标准配置。北京锦恒佳晖汽车电子系统有限公司朱江滨介绍，视觉技术在汽车上已成为智能感知车况最重要的技术手段之一，视觉技术在车辆上的应用将是近两年的热门课题。

　　朱江滨表示，视觉系统从硬件上讲，主要包括四个部分：1.满足车载环境条件和使用性能的摄像机(图像传感器)；2.对图像信息进行处理和目标识别的硬件平台；3.处理后的图像显示和警告系统；4.图像信息的存储。这将带动对图形传感器、数字图像处理器等器件的需求。目前半导体厂商也已开发出各种符合车载使用条件的专用器件，如汽车专用的图形传感器、汽车专用的数字图像处理器等，成为半导体厂商的又一角逐之地。

　　与消费电子加快融合

　　而汽车电子技术与消费电子的日趋融合将为汽车电子业注入新的活力。驾驶信息系统(DIS)、车载通讯日益体现出消费电子业与汽车电子业的融合。移动电话、PDA、蓝牙、GPS、游戏机和其他一些个人设备都可以通过与现有汽车电子系统相集成，而越来越适合汽车应用。而所有这些需求都需要更加先进的电子元器件的支持，并为相关厂商带来了新的设计挑战。

　　据业内人士表示，由于通信标准不同，软硬件平台不同，车内环境要求非常苛刻，又必须与车内的现有网络相兼容，因此设计人员需要满足所有这些标准。

　　迄今为止，无线技术在汽车中的应用已发生变化，Wi-Fi技术、蓝牙技术已经从设想成为现实。德国大陆集团相关人士表示，大陆未来的研究和开发工作将集中在怎样将车载通讯系统连接到其他车内安全系统如安全气囊、电子制动和安全系统、传感器、雷达和摄像头。并将与客户合作共同开发下一代车载通讯系统，使其能结合第三代手机(3G)、Wi-Fi、数码影音播放(DVB-H)、网状网络及专用短程通信(DSRC)技术。

　　“移动视频、更高质量的导航系统、更快的网络接入、汽车防盗与安全系统等，将更广泛地应用在汽车中。”恩智浦半导体(NXP)汽车和智能识别产品大中华区高级市场总监张焕麟表示，“这类应用将在2007年设计和开发，也将成为未来的市场增长点。”

　　此外，其他值得关注的诸如遥控车门开关(RKE)、ESP、FlexRay网络控制等应用亦值得关注。

　　越来越多的高新电子技术产品应用到汽车领域，其中视觉技术在车辆上的应用就是近两年的热门课题。在2006年北京国际汽车展上，国外厂商展示了他们已经装车使用的产品，如奔驰S系列轿车标配的近红外夜视系统,宝马公司配备的远红外夜视系统等；国内汽车制造厂也展示了采用视觉技术的产品，如长春一汽的HQ3红旗轿车，配备了近红外夜视系统，并采用风挡玻璃投影显示；上海大众的中国概念车——“哪吒”，也使用了视觉技术系统。

　　视觉技术在汽车上已成为智能感知车况最重要的技术手段之一，它可以全方位、全天候、全时段地监视、分析和记录车内外的情况，为告警系统、控制系统和安全系统提供最直观的状态信息；也为车辆和乘员的安全保护提供了事前告之、过程记录和事后重现的技术手段。特别是在复杂的道路环境下，通过全面的视觉技术可以使驾驶员的观察得以延伸和扩大，真正做到“眼观六路”，掌控全局。

　　视觉技术:汽车应用新宠

　　■北京锦恒佳晖汽车电子系统有限公司总经理 朱江滨

　　六大方面应用

　　视觉系统按功能可分成以下几个方面的应用：

　　一是前方监测。包括道路识别监测：通过前视摄像机获取道路信息：标志线、车道线、直行和转弯标志等，并判断车辆是否处在正确的车道轨迹上；如果发现偏离，即发出警告，系统控制车辆自动恢复到正确的轨迹上。

　　障碍物识别：通过前视摄像机，识别前方道路上的机动车辆、非机动车辆、行人等，并对其进行测距、测速，通过计算分析，判断是否有碰撞或其他危险情况，根据不同情况，可采取提醒、告警和辅助控制、强行控制等措施，确保车辆和乘员的安全。

　　红外夜视图像：采用红外成像技术，对车辆灯光照射的可见光范围之外或对面车辆前大灯强光照射时阴暗区域障碍物的探测和识别。采用红外成像技术，可帮助驾驶员“看清”盲区的情况，并用上述障碍物识别技术来保证车辆夜间行驶的安全。

　　目前国内外研发中的夜视系统有三种：基于远红外(FIR)的夜视系统、基于近红外(NIR)的夜视系统以及基于多传感器融合(雷达、FIR和NIR融合)的夜视系统。汽车上目前采用较多的是近红外(NIR)夜视系统。

　　前方路口、道路交通红绿灯、标志牌、告警牌等的识别：通过前视摄像机，识别各种道路的交通标志，提示给驾驶员，起到辅助观察和引导的作用。

　　二是车身两侧监测。包括车身两侧及左右反光镜死角监测：行驶过程时，用来弥补传统光学后视镜的死角问题，进行全方位的监视；停车时，可辅助观察车位等，还可用于车辆的盗抢防范；辅助车辆换道：监测车身两侧的道路标线和车辆、行人等障碍物，为行驶过程中的车道变换提供辅助观察和预警。

　　三是车内监测。包括智能安全气囊乘员位置识别：用两个或三个摄像镜头监视车内情况，区分乘员高矮胖瘦及坐姿、位置等，确定头部位置距方向盘、仪表板的距离，提供给智能气囊控制器，在发生碰撞事故时合理地起爆安全气囊，对乘员进行有效保护。

　　驾驶员疲劳、瞌睡的识别：用车内的摄像头监视驾驶者的面部，通过统计眨眼和点头的频率及间隔等特征，判断其是否进入疲劳或瞌睡状态，并及时发出声光电和振动警告。

　　此外还可实现驾车者身份的识别和车内安全监控等作用。

　　四是车后监测。包括倒车后视图像及自动泊车：用两个镜头对车辆后方进行监视，倒车时，对车辆周边及后方的障碍物进行分析、测距，计算车辆的转向和倒车距离，辅助驾驶员进行泊位，也可进行自动泊位。

　　车辆后方接近监测：用后视镜头监视车辆后方的道路和车辆情况，用前面所述的视觉技术对后方车辆进行分析判断，如果有追尾的危险，进行双向告警，一面提示驾驶员注意后方，一面闪烁刹车灯，对后方车辆告警。

　　五是地形图像匹配。GPS卫星导航系统与道路、地标特征匹配组合导航。GPS在市区高楼群中容易丢失卫星信号，过去的办法是用惯性导航的办法进行补偿。现在可以利用高大建筑的形状特征做地标及对交通标识牌的识别，作为丢失卫星信号的补偿和回程道路引导。这需要将图像信息与地理信息对应起来，对硬件的处理速度和数据的存储量都有很高的要求。

　　六是事件记录回放。全方位的车辆视觉系统，可记录事件发生前后设定时间内的图像信息，为事后分析和法律鉴定提供可靠依据。还可实时将图像发回总部或指挥基地，确保车辆和乘员始终在受监控的状态，一旦出现情况，可及时采取措施。

　　在以上提到的各方面应用中，可以看出，无论是车辆的主动安全还是被动安全，车辆的前后左右、里里外外，视觉技术都大有可为。

　　推广条件成熟

　　视觉系统基本上是由以下几个部分组成的：图像信息的获取、图像信息的传输、图像信息的处理、处理后的图像和警告信息的显示、自动控制系统的执行命令和执行动作，以及图像信息的存储和管理等。

　　从硬件上讲，主要包括四个部分：1.满足车载环境条件和使用性能的摄像机(图像传感器)；2.对图像信息进行处理和目标识别的硬件平台；3.处理后的图像显示和警告系统；4.图像信息的存储。

　　从软件技术看，有以下几个方面：1.图像的预处理：反差，灰度和伽玛曲线等，使图像达到最好的效果；2.图像的特征识别和数据处理，从得到的图像中识别出与行车安全有关的目标信息，计算出相关的参数并进行判断；3.在原图像上叠加提示或告警信息的生成与显示；4.图像数据的存储和管理。

　　从技术上讲，视觉技术在军事和航空航天领域以及电子工业领域已经发展很多年，在保安监控领域也已广泛使用。图形识别技术近些年也发展迅速，特别是随着IT行业的多媒体技术的发展，图像处理已在各个领域里得到应用，专用芯片和图像传感器都已成熟，专门为车载使用的芯片和处理器也已推出，软件也日趋完善。所需的软硬件成本已大大降低，具备了在民用汽车上使用的条件。

　　可以预计，一种以视觉技术为主要感知手段，配合其他传感器技术，能够自动行驶的智能汽车将会在未来的几年出现在我们的面前。

　　ITS:关注先进公交及安全技术

　　■清华大学汽车电子研究所副所长 杨殿阁

　　2006年年底，科技部发布了“十一五”现代交通技术领域的研究课题，共计52项。清华大学、同济大学、北京交通大学等高等院校与交通部、公安部的相关研究所是这批科研课题的研究主力。

　　先进公交技术受重视

　　从今年的智能交通领域的立项课题进行汇总，可以看到，在今后几年中，智能交通系统中的先进公交技术以及与行驶相关的安全技术将成为新的研究热点。如同济大学和北京交通大学等就承担了“基于需求特征的多种交通方式组合运能优化技术”、“大城市快捷公交客运交通系统设计技术”、“大城市快捷客运交通系统设计关键技术的研究”等三项与公交相关的课题。而清华大学承担的“智能环境友好型车辆新概念系统技术”、“驾驶人安全状态监测及预警技术”；武汉理工大学承担的“雾天驾驶员视觉增强系统”；中国天津技术中心承担的“车辆道路安全信息感知增强及危险预警系统”四项课题均与行驶安全相关。

　　随着汽车拥有量的迅速增加，我国各大城市交通日益恶化，而且有进一步发展和恶化的趋势，发展和建设快速公交已成为共识。近年来，众多的先进公交的系统技术、关键技术纷纷投入应用。我国公交系统也开始进入快速发展阶段，北京2006年也开始在南中轴路尝试BRT(快速公交)，并计划在奥运期间进一步发展。

　　随着公交问题的日益重要，围绕公交系统的一些新技术的研究将成为我们近一阶段的一个研究重点。先进的大容量公交运输工具、多种公交运输形式的资源最优化配置、智能化的公交动态调度管理、先进的公交车载设备及技术、清洁能源公交车辆等，这都将成为未来五年国内的重点研究内容。

　　安全技术成研究重点

　　智能交通系统中的安全技术则是今后五年中ITS领域中的另外一个研究重点，本领域的研究将集中在以下几个领域：

　　一是与驾驶员相关的安全辅助技术：驾驶员安全状态检测及报警、驾驶员夜间及不良环境中的视觉增强、更为先进的人机交互系统、事故前的驾驶员及乘员保护等。

　　二是与车相关的技术：车辆自动避撞技术(横向及侧向)、车间通信、危险报警、驾驶安全辅助系统、智能车辆等。

　　三是车路系统技术：基于车路通信的路口防撞预警、道路状况监控、道路信息系统提供、智能公路等。

　　应该说，未来的车将是一种智能车辆，而未来的道路将是一种智能道路，而人与车之间的交互也会越来越智能化。未来的交通系统将使人的驾车过程更加安全、更加简单、更加舒适。而交通系统的效率也会因为车、路的智能化而不断得到提高。

　　导航应用将提速

　　在“十一五”期间，以上技术将会成为研发重点的同时，我国在“九五”、“十五”期间大力投入研究的一些内容将在“十一五”期间得到普及应用，将在社会上发挥重大的作用。

　　“十一五”期间，预计最具社会效应的ITS成果就是智能导航系统的应用。在过去几年中，以高德公司、四维图新公司为代表的中国导航电子地图厂商做出了不凡的努力，得到苛刻的国际一流厂商的认同，这代表着中国导航电子地图正步入成熟期。在电子地图成熟后，预计中国的导航系统市场将进入一个爆发的时代。

　　在今后的五年中，电子收费系统的逐步推广应用也将是一个亮点。电子收费是解决高速公路收费拥堵的一个最佳方案，目前在日本已经得到了很大程度的普及。我国历经“九五”、“十五”两个阶段的研究，该技术目前已经比较成熟，正在进入推广应用阶段。此外，电子收费技术的应用已经出现了黎明。

　　今后几年里，在北京和上海等大型城市中，交通信息的发布也将逐步得到应用。北京目前交通信息采集传感器的铺设以及加工技术已经日趋成熟，据悉将在2008年以RDS的方式对社会进行开放，这也将是我国ITS发展的一个重要标志。

　　除以上技术外，更为先进的交通管理技术、商用车辆的运营调度系统等技术预计在“十一五”期间也会得到推广应用。