挽救生命的传感器：半导体如何改变汽车安全

newlife · 发表于 2020-10-22 09:11:16

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二十年前，您汽车中的任何传感器都非常简单。您有一个测量油箱内液位的燃油表，还有一个发动机温度表。连同您的速度计和一些警告灯，也许还有转速表，可能就是这样。如今，众多电子传感器帮助您确保安全……

随着世界上人口增多和道路上行驶的车辆增多，交通安全的改善还不能很快实现。尽管自2000年以来死亡率已降低了一半以上，从每100,000辆车辆中的135例降低到64例，但死亡总数仍在继续攀升。今天，有94％的事故归因于驾驶员的行为。现在的汽车比以往任何时候都更安全。安全气囊、强制安全带以及车辆结构和功能设计的改进让驾驶员和乘客更有可能从撞车事故中离开。更好的制动和转向子系统，以及防抱死制动系统（ABS）或电子稳定控制（ESC）等常见的创新，都依靠精确的传感器来提高安全性，而先进驾驶辅助系统（ADAS）使得交通事故的可能性更低。
随着汽车变得更加自主，其目的是进一步降低这种风险。最终目标是全自动驾驶，即“5级”，这可有效地消除人为错误。零伤亡愿景是一项多国计划，其设想没有道路交通事故导致死亡或重伤。改善汽车安全性的主要因素之一是提高汽车中电子器件的水平。

例如，目前全球平均每辆汽车中有超过230个安森美半导体器件。

如果我们要实现零愿景，就不能自满，还有许多工作要做。尽管汽车更安全了，但至少在发达国家，道路交通伤害仍然是5至29岁人群最普遍的死亡原因，根据世界卫生组织（WHO）报告，每年因道路交通事故造成的死亡已达135万人。

传感器整合

二十年前，您汽车中的任何传感器都非常简单。您有一个测量油箱内液位的燃油表，还有一个发动机温度表。连同您的速度计和一些警告灯，也许还有转速表，可能就是这样。如今，众多电子传感器帮助您确保安全。例如，相机和成像传感器有很多用途，包括ADAS、安全倒车和停车的后视图以及车内监控。这意味着对于汽车制造商、整车厂商（OEM）和Tier-1来说，与具有广泛产品的供应商合作非常重要，以便他们可以为每种应用选择最佳的传感器。传感器还应设计用于关键任务，并能够在扩展的温度范围内运行。

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Blind-Spot Detection：盲点检测
Backup Camera：后视摄像头Car DVR：行车记录仪
Driver Monitoring：驾驶员监控Lane Departure Warning：车道偏离警告
Pedestrian/Object Detection：行人/物检测Collision Mitigation：缓解碰撞
Adaptive Cruise Control：自适应巡航控制Smart Headlight/Mirror：智能大灯/车镜
Night Vision：夜视图1：图像传感器在汽车上的应用
性能也很重要-传感器必须具有足够高的分辨率以捕获ADAS和其他系统的足够细节，并且必须提供出色的图像质量以应对黑暗、恶劣的天气、眩光和其他问题。例如，出色的动态范围可以极大地改变从传感器发送到ADAS系统处理器的图像（见图2）。可以毫不夸张地说，这是生与死之间的区别，如果这意味着汽车可以更快地识别前方的问题。

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Competition：竞争对手

ON Semiconductor：安森美半导体

图2：动态范围对比 - 请注意，左侧图片中缺少隧道尽头的详细信息

除图像传感器外，雷达和激光雷达（LiDAR）是当今汽车的必备工具。雷达可用于短距离、中距离和远距离应用，例如躲避转向、交汇点辅助和自适应巡航控制，可望向前250 m。对于每种使用情况，选择合适的雷达收发器将确保最佳性能。LiDAR补足雷达，其光子探测器能够基于测量飞行时间（ToF）[1]生成图像以及3D地图。这使LiDAR能够提供高分辨率的深度数据，从而实现仅使用雷达或摄像机无法实现的目标检测能力。
实际上，最好的方案通常是在一种车辆中结合多种感知模式：成像、雷达和LiDAR，以及超声波感知。使用多种类型的传感器，它们的优势可以一起发挥作用，并且内置了冗余。

付诸实践 - 1亿次

让我们看一个示例系统：SUBARU的EyeSight驾驶员辅助系统，使用安森美半导体的120万像素AR0132AT CMOS图像传感器[2]。EyeSight系统于2014年首次安装在SUBARU的Levorg模型中，随后又在Legacy、Forester、Impreza和SUBARU XV模型中提供。EyeSight在其立体相机系统中使用图像传感器，以实现安全功能，包括自适应巡航控制、车道保持辅助和摇摆警告、预碰撞制动和预碰撞油门管理。该系统已获众多奖项，包括日本新车评估计划（JNCAP）的高级安全车三重加（ASV +++）最高评价。
现在，ADAS已成为一种主流技术，而不仅仅是高端汽车的保护。事实证明，安森美半导体已付运超过1亿个AR0132AT图像传感器用于驾驶员辅助应用，包括EyeSight。似乎没有其他供应商达到这种数量（并且在2018年，安森美半导体在用于驾驶员辅助的感知摄像头拥有81％的市场份额[3]），这表明了技术采用的规模。驾驶时打瞌睡是交通事故的另一个主要原因。技术可以帮助监控驾驶员的表现，并在他们似乎驾驶不稳时发出警报或警告[4]。另一种选择是使用基于摄像头的系统来观察驾驶员，并在发现疲劳迹象（如闭眼或头部下垂）时触发警报。例如，最近的演示系统集成了多个图像传感器，包括安森美半导体的AR0144AT 100万像素传感器，为运行人工智能（AI）软件的车载系统提供图像[5]。

安全驾驶的未来

如今，仅美国就有28％的交通事故可以通过ADAS来防止，而安森美半导体的传感器每年已经挽救了81,000多条生命。这很好，但必须更好，我们将继续努力改进传感器，并与合作伙伴合作，使汽车和道路更安全。成本也很重要；在低收入国家，交通事故的发生率要高得多，因此任何安全创新都应该可以广泛地负担得起。展望未来，我们还必须确保安全系统不仅能保护驾驶员和乘客，还需要帮助减少行人、摩托车手和骑自行车者的伤亡率。法规和标准正在认识到这一点，例如欧洲新车评估计划（EuroNCAP 2020），传感器技术可以在保护弱势道路使用者方面发挥重要作用。
行业的长期目标必须是努力朝着零死亡、甚至零伤害和零事故的方向努力。这条路还有一段路要走，但我们正在努力尽快实现。