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      隨著汽車復雜程度的提高,傳感器將加速融合
      轉載 :  zaoche168.com   2024年05月11日

      由于對自動駕駛和高能效功能的需求日益增長,傳感器融合創新將成為未來趨勢。乘用車駕駛員在變更車道、在紅燈前剎車或在高速公路上加速行駛時,可能不會考慮到傳感器。傳感器的主要作用是監控并調節油液和汽車部件的狀態變化(例如胎壓、燃油和機油水平、發動機溫度),并在適當時候發出警報。此外,傳感器還會向駕駛員報告電機部件、輪速以及防抱死制動系統的狀態,同時監測汽車內外部氣溫,以最大限度地提升乘客舒適度。

      對于采用最新 ADAS/AV 技術的車輛,即使是采用傳統內燃機的車輛,也可能有 60 到 100 個車載傳感器。(TE Connectivity)

      目前,一輛典型的非電動汽車通常配備60-100個傳感器,其中15-30個專門用于發動機管理。而商用卡車通常配備高達400個傳感器,其中70個用于發動機。

      高級駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛轉型正在推動傳感器需求高速增長。在未來幾代電動車中(尤其是自動駕駛或半自動駕駛電動車),車載傳感器的數量可能是以往同類車型的兩到三倍。此外,軟件定義汽車(SDV)的出現將進一步影響市場需求,因為該技術開啟了一種新型服務交付模式。不同于硬件定義汽車功能,SDV可助力汽車制造商打造配備預集成傳感器的基礎級、中級和豪華級汽車,并通過軟件來開啟或關閉傳感器功能,從而促進整個汽車行業的標準化。

      傳感器融合技術的開發并不局限于乘用車和商用車;對于這輛沃爾沃自動運輸車來說,精密的傳感技術確保了其安全性和可靠性。(沃爾沃)

      不僅如此,自動駕駛功能還將擴展至各種類型的汽車,無論其采用何種動力。其中,兼具內燃機和電力系統、并配備自動駕駛功能的混合動力汽車,其使用的車載傳感器的數量可能將是最多的。為推動行業發展,OEM正在從基于域的電氣架構轉向基于同構總線的分區電氣架構。

      通過傳感器融合最大限度提升效率

      通常情況下,汽車配備的傳感器越多,其智能程度就越高。然而,傳感器會占用空間,而且其成本也會隨著功能和性能的提高而大幅增加。因此基礎級和中端車型的解決方案并不是增加傳感器數量或使用頂尖傳感器,而是確保這些傳感器可以最有效地完成當前任務。相反,豪華車的客戶可能愿意花更多錢購買配備先進傳感器的車型,以獲得更高的安全性、舒適度和便利性。傳感器融合是指將多個傳感器集成至一個封裝單元中,或將多個傳感器的輸出數據進行組合的解決方案。該方案旨在消除冗余封裝,從而最大限度地降低系統成本;亦或是整合不同傳感器的輸出數據,以獲得單個傳感器的數據通常無法提供的洞察和決策能力。雖然同質技術的集成相對容易,但由于不同傳感器可能使用不同的基板,因此傳感器集成比較困難。例如,采用硅基板的傳感器難以與采用碳化硅或砷化鎵的傳感器實現集成。為了解決這個問題,零部件制造商正在探索開發多功能傳感器的新方法,以提供附加值、優化空間利用,并同時降低成本。例如,現在市場上出現了一種集溫度和濕度傳感器功能為一體的集成模塊,可使汽車的暖通空調系統自動激活擋風玻璃除霧系統和雨刮系統。

      V2V和V2X通信是車載傳感器使用的另一個考慮因素。(TE Connectivity)

      傳感器融合還指利用傳感器、高速數據互聯、人工智能和機器學習來提供態勢感知,并根據不斷變化的環境和操作狀態做出反應。對于具有SAE L2級到L5級自動駕駛功能的汽車,傳感器可以助其實現不同級別的自動化。激光雷達、攝像頭、雷達和視覺技術可促進V2V和V2X通信并提高流程效率,同時將所需的傳感器數量減少至30個以下。此外,全自動駕駛汽車還利用傳感器融合技術收集和整合數據、識別模式并自動執行受控響應,例如確定汽車的位置和速度以及進行緊急轉向或制動,以避免撞到汽車前方橫穿馬路的行人。

      探索替代傳感技術

      除了傳感器融合之外,OEM和系統供應商還在探索使用替代傳感技術來進一步降低成本的方法。例如,新興的渦流傳感技術和xMR(磁阻)傳感技術有潛力替代旋轉變壓器,后者是一種傳統上用于測量旋轉位置的無源變壓器技術。是否采用這些方案取決于其性能與成本效益評估。根據最終應用和性能要求,這些解決方案可能提供充足的功能,最終蠶食現有方案。例如,在副電機作為備用電機的系統中,性能要求可能低于主電機。在這種情況下,選擇成本效益更高但性能略低的傳感器技術可能是更好的戰略和經濟選擇。高分辨率輪速傳感器的分辨率是傳統輪速傳感器的四倍。分辨率的提高有助于在GPS不可用的區域提高汽車定位精度,并支持車道保持、車道偏離預警和汽車定位等增強型ADAS功能。精度的提高還有助于提高汽車運動狀態的更新速度,以及在狹小的空間進行自動泊車等操作。在電子制動方面,傳統制動通常是提供濕式制動的電子液壓制動系統,但現在OEM可通過將壓力傳感器換成力傳感器而實現全干式電子制動系統,以提供更高的響應能力。

      數字傳感器將占主導地位

      車輛架構也在不斷發展,以降低功耗并延長電動汽車和自動駕駛汽車的續航里程。例如,用于連接電子控制單元微處理器或電路,以及僅用于開關功能的模擬傳感器已被淘汰。借助基于總線的架構,數字傳感器可利用大帶寬來提供更多功能并實現超快響應時間。此外,它們更易于插拔,有助于降低功耗。綜上所述,數字傳感器將在新興軟件定義汽車(SDV)架構中占據主導地位。乘用車市場正在以驚人的速度發展:從燃油車向電動汽車轉型,從輔助駕駛向高級別自動駕駛邁進。隨著創新步伐的加快,OEM的關注點將轉向傳感器融合技術和替代傳感技術,因為這些技術在推動實現新的先進功能方面起著不可估量的作用。毫無疑問,領先的OEM將致力于開發新技術并進行技術試驗,以使其成為主流技術。為實現這一目標,這些OEM將嚴重依賴零部件制造商提供的專業知識來解決挑戰、定義新應用的業務和技術需求并制定傳感器解決方案,以滿足這些需求。憑借精湛的專業知識和巧妙的工程設計,傳感器融合將助力打造成本效益和性能更出色的解決方案,從而推動下一代汽車創新。

      本文作者:Lamar Ricks是泰科電子傳感器集團交通傳感器高級總監兼首席技術官。他負責為汽車和重型車輛應用傳感器解決方案制定全球工程、產品研發與創新戰略方向。他在傳感器行業擁有30多年的經驗,曾先后擔任多種技術領導職務,包括傳感器技術研發、混合信號IC和ASIC設計,以及項目管理等職務。此外,他還曾在汽車、醫療、工業、AD&M、工廠自動化、油氣和測試測量行業等多個行業擔任產品和平臺研發職務。Lamar已發布了45多項傳感器相關專利,并擁有北伊利諾伊大學電氣工程理學學士學位。

      來源:SAE International

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