汽车传感器更锐化，驾驶更安全

新传感器背后的驱动力

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、帮助集中注意力和缓解压力。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能力刹车或转向以减少影响。

驾驶员监控系统倾向于测量转向行为作为疲劳指标。幸运的是，线控转向系统已经从高分辨率传感器捕获角度位置和速率信息。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，并被小而突然的修正打断。驾驶员感知算法可以将转向传感器数据与其他信息（例如转向信号灯的使用、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设阈值时生成警告： 一些驾驶员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。在机舱中使用这项技术，将相机和其他探测器（例如飞行时间接近传感器）相结合，比传统的基于对比度的接近传感器更准确地测量与物体的距离，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“这是什么建筑物？3D图像传感器和飞行时间接近传感器对于更高水平的自动驾驶（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，时间压力等压力可以转化为超速和不稳定的驾驶。使用红外传感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。随着基于可调谐LED的内部照明的出现，车辆可以自主调节光水平和光谱含量，使蓝色波长平静下来，以鼓励更安全的驾驶。

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。传感器构成了这种创新的核心，使用先进的技术来实现对重要生命体征（如驾驶员心率或呼吸）的无创监测。压力传感器已经广泛用于辅助腰部支撑，实际上已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。

非接触式人机界面检测

通过使驾驶员能够与车内设备（如信息娱乐或照明）自然交互，可以进一步提高安全性。触摸屏在中控台的到来使调谐收音机、选择音乐或调整气候设置的全新、更直观的方式成为可能，尽管显然还有改进的余地。2D甚至3D手势感应可用于帮助驾驶员专注于道路，而不是伸手触摸屏幕上的选定区域。窗户打开或车顶位置等附加控制也可以引入这样的手势控制系统。

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手势，例如单指点击或滑动，或者更复杂的捏合和旋转使用两个手指，让驾驶员无需将手从方向盘上移开即可调整各种设置。

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，而不会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解释为命令的故意手势。一些供应商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有助于实现更安全的驾驶，但对现有传感器的进一步改进有助于提高精度并最大限度地减少自动化功能的尺寸，例如雨刮器控制以及制动和加速器控制等线控X-by-wire系统。

例如，为了改善刮水器控制，先进的测量算法成功地提高了对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水分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、变速杆和变速箱中运动部件的位置传感。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磁传感器消除了因磨损或污染而导致错误的可能性，确保在高温下进行稳定的测量，并节省空间。

对汽车MEMS（微机电系统）传感器（包括加速度计、陀螺仪和压力传感器）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，到2022年将以约13%的复合年增长率持续增长。这些器件是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关键推动因素。

这些只是传感器制造商和汽车一级供应商创建先进、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至关重要。现代汽车电气化的提高将注意力集中在ISO 11452-08等标准上，这些标准规定了系统对车内或车外磁场的抗扰度。重要的新连接规范也正在出现，例如PSI5传感器接口。PSI5 同时允许更高性能的传感器连接，运行速度高达 125kbit/s，比 LIN 更快，同时还通过其经济的 2 线协议实现了成本和重量的节省。主要组件供应商现在提供带有PSI5接口的磁性传感器，这些传感器符合ISO 11452-08，当然还有汽车安全标准ISO 26262。

沿着这条路走得更远

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，利用无线连接为车辆引入额外的传感器，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开展许多汽车研究项目，包括用于监测轮胎或车辆蒙皮状况的嵌入式表面传感器，以便在故障发生之前很久就检测异常情况。除了已建立的无线轮胎压力监测系统（通过将低频接收器、射频发射器和微控制器组合在一个封装中，这些系统本身正朝着更大集成的方向发展）之外，Fraunhofer的嵌入式皮肤表面传感还可以通过在故障或放气发生之前检测轮胎壁或胎面的潜在危险损坏，使远程监测更加有效。

安富利与领先的传感器制造商合作，帮助开发使用最新传感器技术的尖端客户解决方案。这些传感器不仅包括光学、磁性和电容传感器，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、用于整个车辆移动和位置传感的MEMS传感器、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整个生命周期对于选择和设计最合适的零件非常重要，同时牢记长期可用性和获得制造商支持。

结论

连续几代车辆以实惠的价格增加了更大的智能和便利性，从而显着提高了乘员和其他道路使用者的安全性。当今的关键需求是旨在提高安全性和舒适性的驾驶员辅助功能。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，可以实现更好的性能、更高的精度和可靠性以及宝贵的空间节省。

审核编辑：郭婷