人工智能時(shí)代汽車傳感器的現(xiàn)狀與展望

陳天殷

（美國亞派克機(jī)電（杭州）有限公司，浙江 杭州 310013）

1 新時(shí)代需要新型傳感器

眾所周知，人工智能時(shí)代的發(fā)展速度取決于數(shù)據(jù)的規(guī)模和采集能力，而眾多的數(shù)據(jù)采集，主要依靠傳感器。

隨著收集數(shù)據(jù)需求的增長，汽車行業(yè)、各個(gè)門類產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線所裝載的傳感器數(shù)量劇增。權(quán)威部門依據(jù)年復(fù)合增長率（CAGR， Compound annual growth rate ）15%預(yù)計(jì)，車載傳感器市場會(huì)從2016年的82億美元的規(guī)模遞增至2025年的290億美元，即9年翻近3.5倍。

汽車的控制系統(tǒng)早已快速進(jìn)入電子控制時(shí)代，而傳感器應(yīng)用技術(shù)作為基石，是電子控制系統(tǒng)中極為重要的。進(jìn)入人工智能時(shí)代，汽車傳統(tǒng)的傳感器正逐步被淘汰，智能化、微型化、多功能化和集成化的新型傳感器正被奉為圭臬。

1.1 ADAS系統(tǒng)

眼下能達(dá)到的實(shí)際水平還僅是高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），而ADAS僅是汽車智能控制的初級階段，被視為實(shí)現(xiàn)無人駕駛的前提。從ADAS到全自動(dòng)駕駛汽車還有一段復(fù)雜漫長的路要走。ADAS以傳感器作為起點(diǎn)，其應(yīng)具備的功能與要求如圖1所示。ADAS的處理程序總是由傳感器開始，最終到制動(dòng)器，如圖2所示。

可將ADAS技術(shù)應(yīng)用分為3個(gè)類別，見表1。各開發(fā)商的專用器件面向ADAS專業(yè)平臺(tái)須具有感知、識別、理解和控制的功能，采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器的架構(gòu)能與合作方（汽車制造商）集成，根據(jù)開發(fā)商的深度學(xué)習(xí)算法專用設(shè)計(jì)，運(yùn)算時(shí)效相對通用平臺(tái)有數(shù)量級的提升，實(shí)現(xiàn)L3級別的自動(dòng)控制。

圖1 ADAS傳感器應(yīng)具備的功能與要求

圖2 始于傳感器終于制動(dòng)器的ADAS系統(tǒng)

其他功能的硬件還有車距檢測預(yù)警、前車起動(dòng)提醒、溜車提醒、北斗高精度定位、車載熱點(diǎn)、云電子狗和語言導(dǎo)航等。

表1 ADAS技術(shù)應(yīng)用

1.2 汽車的圖像傳感器

汽車正在向著一臺(tái)安全聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)駕駛機(jī)器人快速演進(jìn)，它能夠感測環(huán)境、進(jìn)行思考，且會(huì)自主采取應(yīng)對客觀環(huán)境的措施，安全行駛到達(dá)目的地——這需要攝像頭、雷達(dá)、視覺傳感器來工作。配備5～8個(gè)視頻攝像頭是ADAS系統(tǒng)所必需的。

當(dāng)前，全景攝像頭正迅速普及，成為各型乘用車和SUV的標(biāo)準(zhǔn)配置。車輛前方及后置全景倒車攝像頭需要高靈敏度和快速響應(yīng)以幫助監(jiān)測交叉路口，避免碰撞。所有全景攝像頭的組合為緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)、盲點(diǎn)檢測、倒車盲點(diǎn)報(bào)警系統(tǒng)、車道偏離報(bào)警/自動(dòng)車道保持，即時(shí)提供可靠信息。ADAS還將支持交通標(biāo)識識別系統(tǒng)，協(xié)助永不超越速度限制的要求。

今天已慣于將車載雷達(dá)、視覺攝像頭和激光雷達(dá)系統(tǒng)皆納入自動(dòng)駕駛車輛的傳感器體系的范疇。常見的先進(jìn)輔助駕駛有兩家領(lǐng)先的公司：特斯拉運(yùn)用視覺攝像頭實(shí)現(xiàn)高速公路上的自動(dòng)駕駛；而谷歌為力求精確，首先依靠激光雷達(dá)和3D地圖數(shù)據(jù)，并由雷達(dá)系統(tǒng)來負(fù)責(zé)探測其他車輛和障礙物。系統(tǒng)由車載導(dǎo)航系統(tǒng)，并由GPS和TMC（Traffic Movement Control，交通控制頻道）提供交通實(shí)時(shí)信息。

相關(guān)自動(dòng)駕駛汽車的傳感器體系，例如運(yùn)用圖像處理IP核匯集傳感器獲得的大量數(shù)據(jù)，傳遞至傳感器數(shù)據(jù)處理融合模塊的器件里，集成了豐富的IP資源。CPU具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)圖像處理的中央控制功能，今天每秒處理百萬級的機(jī)器語言指令數(shù)MIPS已達(dá)到3～5百萬。

汽車圖像傳感器具有微光、動(dòng)態(tài)范圍寬廣等卓越性能，更因其先進(jìn)的圖像處理能力，極大提高行車安全，也提升了用戶駕乘安全自信和舒適性的體驗(yàn)。預(yù)測表明，自2014至2018年，汽車CMOS傳感器市場的生產(chǎn)收益規(guī)模的CAGR將達(dá)28%以上，正是因?yàn)樗贏DAS里涵蓋自適應(yīng)巡航控制、正向碰撞報(bào)警、車道偏離報(bào)警、自適應(yīng)前照燈控制、交通信號識別、行人檢測、盲點(diǎn)檢測、夜視等，也包括視覺應(yīng)用，如前視、后視、俯視、倒車影像、全景泊車影像車鏡取代等；而車艙之內(nèi)，疲勞駕駛監(jiān)控、乘客監(jiān)控儀表板、控制安全氣囊系統(tǒng)和行車記錄儀（DVR）皆包括其中。

圖像的成像品質(zhì)取決于圖像傳感器如下6項(xiàng)品質(zhì)因素。

1）高動(dòng)態(tài)范圍（HDR≥120dB）的特性。保證在強(qiáng)光和弱光寬闊的光線范圍及黑暗和強(qiáng)光照對比度大的情況下能清晰呈現(xiàn)場景細(xì)節(jié)，有足夠高的圖像信息精確度，因而安全性得以提升。如白天200 lux（勒克斯）至夜晚9.5 lux的照度，體現(xiàn)出極佳的DR-Pix像素技術(shù)。

2）在微光條件下有更高的能見度?！霸诎堤幠軌蚨床煲磺小笔莻鞲衅髦圃焐虨橹畩^斗的目標(biāo)。優(yōu)良的微弱光線性能能提高在暗夜或光線亮度微弱情況下行車的安全?？芍С职抵?0lux的工況下有卓越的能見度。

3）廣角魚眼畸變校正（DEWARP）。車載影像傳感器雖因應(yīng)用廣角魚眼鏡頭而具有寬闊的視野，達(dá)到180°的場景覆蓋，但圖像信息會(huì)造成自中心到邊角一些規(guī)律性的失真，需采用DEWARP技術(shù)對這些視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)校正修復(fù)，將圖像展平復(fù)原，避免倒車轉(zhuǎn)向時(shí)的事故隱患，ASX廣角魚眼畸變校正前后的圖像對比如圖3所示。

圖3 ASX廣角魚眼畸變校正前后的圖像對比

4）圖像有高達(dá)4層及以上精準(zhǔn)的疊加功能，能為顯示系統(tǒng)提供更多的倒車泊車信息。做到縮放、延伸、右視、兩版左/右視、三聯(lián)式畫面和倒車動(dòng)態(tài)輔助線，需經(jīng)圖像傳感器和圖像處理輔助系統(tǒng)級芯片（SoC）結(jié)合運(yùn)用。該功能可輔助駕駛員更清晰地洞察周圍環(huán)境，降低事故發(fā)生率，確保安全。SoC皆為全集成。

5）分辨率和像素達(dá)VGA：3.75～5.6 μm；幀頻常選用60 fp/s，朝高清趨勢靠近。

6）自- 40～+105℃寬闊的工作溫度范圍。

目前在業(yè)界常見的圖像傳感器尺寸皆為英制，以1/5～1/4英寸為多。這些器件還具備減少LED閃爍（LFM）的尖端技術(shù)，給ADAS的應(yīng)用奠定了一個(gè)新基準(zhǔn)。LFM技術(shù)能消除汽車照明及交通信號燈的LED光照高頻閃爍，使交通信號燈閱讀算法在所有光照條件下皆可正常工作。LFM克服了由LED前照燈或后照燈在傳感器視場中對場景誤判的失察。如安森美的AR0231AT圖像傳感器具備高達(dá)4重曝光的HDR，有出色的噪聲性能，可捕捉大于120 dB的動(dòng)態(tài)范圍；并可同步支持多個(gè)攝像機(jī)，便于在汽車應(yīng)用中可有多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，且能通過簡單的雙線串行接口做到用戶可編程。還有多路接口，如移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口MIP、高速串行像素接口HiSP和并行接口等。另一卓越的特性還有：由用戶控制的黑電平控制或可選自動(dòng)化，支持?jǐn)U頻時(shí)鐘輸入以及提供可選用的多色濾波陣列。

正是具備上述6項(xiàng)卓越功能的圖像傳感器使整體優(yōu)勢更加顯著。連同車艙內(nèi)性能卓越的疲勞駕駛監(jiān)控、乘員和儀表板監(jiān)控的全局快門方案，皆需符合汽車電子資格認(rèn)證測試AEC-Q100。為持續(xù)推動(dòng)傳感器新品研發(fā)，滿足市場趨勢和客戶需求，提高分辨率，增加接口，符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 26262中安全完整性能等級ASIL評估。如安森美半導(dǎo)體公司（ON Semiconductor）的AR0321AT便是支持ASIL B級合規(guī)的230百萬像素CMOS圖像傳感器。

汽車安裝攝像機(jī)既是迅猛發(fā)展的車聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的基礎(chǔ)，也是為了消除汽車傳統(tǒng)車鏡視野盲區(qū)，降低交通事故率。

1.3 汽車雨量傳感器

汽車在下雨下雪的天氣狀況下行車時(shí)，裝置在擋風(fēng)玻璃后的雨量傳感器會(huì)檢測到下雨與否和雨量大小的信息，向ECU傳送。雨量傳感器是工作在紅外波段的光學(xué)傳感器，由一組發(fā)送二極管（LED發(fā)光二極管）與接收的光電二極管構(gòu)成。接收二極管交替接收來自發(fā)射二極管在擋風(fēng)玻璃上的各組反射光。當(dāng)各組反射光數(shù)量相同，接收電路無電壓輸出；而當(dāng)有雨滴或雪花降落在雨量傳感器感受的敏感區(qū)域，反射光便會(huì)不均衡，引起產(chǎn)生某一時(shí)鐘頻率之電壓信息，輸出數(shù)字脈沖。脈沖的個(gè)數(shù)指示雨滴的數(shù)量；而脈沖的周期指示雨滴的尺寸。玻璃上雨量越大，反射回來的光線就越少，ECU依此來控制雨刷速度。上述屬于紅外散射式雨量傳感器。

雨量傳感器傳遞給ECU的信息，還被用來控制天窗系統(tǒng)的自動(dòng)關(guān)閉，自動(dòng)調(diào)整前照燈的明暗度、遠(yuǎn)近和寬度。圖4為雨量傳感器在工作。

圖4 雨量傳感器在工作

另一種雨量傳感器是電容式雨量傳感器，是依據(jù)水和玻璃介電常數(shù)有著40倍巨大差異（水介電常數(shù)80，玻璃為2）的原理而設(shè)計(jì)的。常見的是將兩條狀的金屬極板平行放入擋風(fēng)玻璃的內(nèi)外兩層之間，擋風(fēng)玻璃處于干燥、潮濕或浸濕各種不同程度時(shí)，會(huì)反映出各不相同的介電常數(shù)。這種雨量傳感器有較高的靈敏度，缺點(diǎn)是雨刷長期工作會(huì)影響金屬涂層的牢度，時(shí)效性較差，影響使用面。

1.4 24 GHz防撞雷達(dá)傳感器

通過發(fā)射24.125 GHz厘米波波段的微波，來判斷前方物體的大小、距離和移動(dòng)速度，避免與前方車輛或物體相撞。雷達(dá)波頻率可調(diào)節(jié)的范圍在50 kHz左右，精度達(dá)mm級別。

若輔以車聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，車輛間能相互交流信息，了解周圍近處汽車的行駛方向、速度等信息，利用計(jì)算機(jī)算法和預(yù)測模式，甚至可知曉臨近車輛駕駛員的駕車水平和習(xí)慣。傳感器還能協(xié)助駕駛員繞過障礙物進(jìn)行探測。

1.5 激光雷達(dá)傳感器

激光雷達(dá)（LiDAR）的目標(biāo)識別精度和分辨率極高，但造價(jià)昂貴，是一種利用發(fā)射一系列波長905 nm的脈沖激光來測定目標(biāo)距離的傳感器技術(shù)系統(tǒng)，能精確判定目標(biāo)物體的尺寸與形狀?，F(xiàn)正由笨重的機(jī)械旋轉(zhuǎn)掃描裝置向集成多元件更小尺寸的固態(tài)單元發(fā)展，也降低一直高昂的制造成本。

汽車應(yīng)用中的雷達(dá)和LiDAR（激光雷達(dá)）傳感器皆為在同一器件上整合多元件的雷達(dá)芯片模組。

LiDAR和雷達(dá)不同，LiDAR通過發(fā)射一系列脈沖激光，然后測量激光反射回來的飛行時(shí)間，再利用這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建周圍環(huán)境的3D高分辨率地圖。圖5為大陸集團(tuán)最先進(jìn)的ADAS激光雷達(dá)SRL1，圖6是Velodyne公司目前的主力LiDAR產(chǎn)品。

圖5 大陸集團(tuán)最先進(jìn)的ADAS激光雷達(dá)SRL1

LiDAR所采用的核心組件包括激光二極管、光電探測器及處理單元等。憑藉GaN（氮化鎵）器件極高的開關(guān)速度、高電壓和高電流性能，激光器每次脈沖的時(shí)間更短，發(fā)射的光子數(shù)量就更多，以獲取更優(yōu)質(zhì)的3D高分辨率地圖。LiDAR系統(tǒng)中另一關(guān)鍵組件是光電二極管，它是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件。LiDAR應(yīng)用中，眼下主要有4類光電二極管：pin光電二極管、單光子雪崩二極管（SPAD）、硅光電倍增管（SiPMs）和雪崩光電二極管（APD）。

LiDAR、雷達(dá)和圖像傳感器是未來自動(dòng)駕駛汽車的核心支柱。

2 傳感器技術(shù)在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的信息來源，因而它是車輛電子控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)關(guān)鍵部件。普通的一輛家用轎車會(huì)裝有數(shù)十到近百個(gè)傳感器，而豪華轎車上的傳感器200個(gè)以上！這些用于汽車的傳統(tǒng)傳感器依功能分有壓力傳感器、電流傳感器、電容傳感器、位置傳感器、速度傳感器和溫度傳感器等6類。

傳統(tǒng)的車輛傳感器不僅應(yīng)用于動(dòng)力總成系統(tǒng)，也在車身、底盤/安全系統(tǒng)發(fā)揮著不可或缺的作用。車輛運(yùn)行中，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況、底盤工況、車速、燃油與各種介質(zhì)的溫度壓力流量等信息依一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可測定的電信號，經(jīng)過處理輸入器件或裝置，以保證汽車處于最佳的工作狀態(tài)，改善燃油經(jīng)濟(jì)性、降低污染排放、提高安全性和舒適度以及整車綜合性能。傳感器在汽車上應(yīng)用的布局如圖7所示。

圖7 傳感器在汽車上應(yīng)用的布局

2.1 動(dòng)力系統(tǒng)中的傳感器

下面介紹發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制中的8類傳感器。

1）壓力傳感器。在動(dòng)力總成系統(tǒng)中，在變速器燃油、潤滑油油路系統(tǒng)里，氣缸內(nèi)壓、氣缸負(fù)壓、渦輪式發(fā)動(dòng)機(jī)的升壓比等皆需壓力傳感器來測量其氣體或流體的壓力，還有柴油共軌（高壓油泵、壓力傳感器和電子控制單元ECU共同組成閉環(huán)系統(tǒng)）、GDI燃油輸送、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)EGR和柴油微粒濾清器DPF等的壓力。制動(dòng)液和乘客監(jiān)測系統(tǒng)的質(zhì)量或壓力等安全應(yīng)用也需壓力傳感器。測量進(jìn)氣歧管絕對壓力，提供發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷信息。

由于應(yīng)用檢測的環(huán)境惡劣，無論是電容性還是壓阻性皆要求傳感器元件與信號處理芯片分隔兩處。如壓阻應(yīng)變片技術(shù)方案原理基于電阻電橋，4個(gè)應(yīng)變片附著于一片薄膜上，組成薄膜式壓力傳感器?？蓽y量高達(dá)2 800 bar的壓力，其輸出信號≤10 mV。而包括機(jī)械輸出、熱輸出、容差和應(yīng)變系數(shù)誤差等的系統(tǒng)誤差，總誤差可達(dá)到100% FSR（滿量程，F(xiàn)ull Scale Range）。故處理電路必須低漂移、高精度，具備基于增益、失調(diào)、線性度和溫度等相關(guān)的多變量補(bǔ)償。壓力傳感器除適應(yīng)惡劣環(huán)境外，還需較高的電磁兼容性和診斷功能。

2）電流傳感器和電容傳感器。電流傳感器在改善燃油經(jīng)濟(jì)性和能源管理等領(lǐng)域大有作為。用來精確控制電磁閥在燃油噴射系統(tǒng)和自動(dòng)變速器里自身的工作位置，精確地監(jiān)控電機(jī)的工作電流。在惡劣的工作環(huán)境里實(shí)現(xiàn)高精度、高帶寬（高達(dá)500 kHz）、低失調(diào)（失調(diào)≤5 mV，失調(diào)漂移≤ 20 μV）、寬共模電壓范圍（≤65 V）、寬工作溫度范圍（高達(dá)125℃）等優(yōu)點(diǎn)。

電容傳感器于環(huán)境變化極為敏感，故需具備極高的分辨率和精度，可做出自適應(yīng)調(diào)整的共模電容，良好的抗電磁干擾能力也是必不可少的。在燃油液位/品質(zhì)傳感器、濕度傳感器、雨簾探測器和無鑰匙進(jìn)入的門禁系統(tǒng)的接近電容器等處，電容傳感器都有應(yīng)用，這皆是因?yàn)樗械拖到y(tǒng)成本、低功耗和不同形狀的可行性等優(yōu)勢。

3）位置與速度傳感器。用于檢測發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、曲軸的轉(zhuǎn)角位置、節(jié)氣門開度和車速等。在EPS和直流無刷電機(jī)、永磁同步電機(jī)（BLDC/PMSM）控制應(yīng)用里，位置和速度的測量皆需要高響應(yīng)速度（達(dá)1～10 ms級）、高精度（達(dá)到0.1°）、良好的穩(wěn)定性和低漂移，并有診斷功能。

凸輪軸位置傳感器與曲軸位置傳感器統(tǒng)稱為相位傳感器，檢測發(fā)動(dòng)機(jī)配氣的相位是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)刻的主要判據(jù)。由結(jié)構(gòu)和波形來區(qū)分，有磁電式和霍爾元件式兩種。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門和排氣門根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)節(jié)點(diǎn)開閉的時(shí)刻所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為配氣相位角。配氣相位的精準(zhǔn)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

4）溫度傳感器。檢測發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度及催化溫度等。有變速器控制的汽車中，因有嚴(yán)峻的高溫環(huán)境，電子器件必須具備足夠?qū)挼墓ぷ鳒囟确秶透呔?。典型的溫度范圍?40～150 ℃，特殊情況下要求175 ℃，并能達(dá)到±2 ℃，甚至±1 ℃的精度作為基本保障。

5）氣體濃度傳感器。主要是氧傳感器檢測車體內(nèi)氣體與廢氣的排放，測定發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中氧氣含量，判斷燃油燃燒是否完全。實(shí)現(xiàn)以過量空氣系數(shù)λ=1為目標(biāo)的閉環(huán)控制，以保證三元催化轉(zhuǎn)換器中的HC、CO和NOx這3種污染物皆有較大的轉(zhuǎn)化效率。冷車怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的CO、HC達(dá)到峰值，氧傳感器傳遞信息讓其在15 s內(nèi)進(jìn)入閉環(huán)控制，降低阻抗，縮小加熱區(qū)，啟動(dòng)新的溫控系統(tǒng)，改善低溫性能。

6）流量傳感器。發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量和燃油流量等?？諝饬髁康臏y量用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)確立燃燒條件，控制空燃比、起動(dòng)點(diǎn)火等。

7）爆震傳感器。用于測定發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的震動(dòng)，通過調(diào)整點(diǎn)火提前角，避免發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震。由檢測發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的震動(dòng)值、燃燒的噪聲值或氣缸的壓力來實(shí)現(xiàn)，有磁致伸縮型、壓電型等數(shù)種。

8）機(jī)油粘度傳感器。有壓電式和振動(dòng)式兩種。是通過液體所傳遞的切變波形來測量機(jī)油的粘度，以確保最佳的潤滑性能。

2.2 底盤的傳感器

底盤的傳動(dòng)、行駛、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)4系皆有各種傳感器。1）變速器傳動(dòng)系有車速傳感器、加速踏板位置傳感器、油溫和水溫傳感器等。

2）懸架控制系有車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。懸架控制系的連續(xù)阻尼控制系統(tǒng)ADC由4個(gè)控制單元、CAN、4個(gè)車輪控制加速度傳感器、4個(gè)車身垂直加速度傳感器和4個(gè)阻尼器比例閥架構(gòu)組成，以對汽車懸掛元件特性進(jìn)行干預(yù)、調(diào)節(jié)，來實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力的控制。信息的數(shù)據(jù)運(yùn)算得出每個(gè)車輪懸掛阻尼器的最佳阻尼系數(shù)，然后自動(dòng)調(diào)整車高，對車輛姿勢變化進(jìn)行抑制，以使操縱可靠性、車輛乘坐舒適性、行車穩(wěn)定性得到控制。

3）動(dòng)力轉(zhuǎn)向系有車速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器和油壓傳感器等。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS、AFS和RWS皆是由駕駛員發(fā)出指令，由傳感器感知路面情況，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給電子控制器與執(zhí)行器。

4）制動(dòng)防抱死系統(tǒng)有輪速傳感器、車速傳感器、碰撞傳感器和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向傳感器等。2.3 車身控制的傳感器

車身控制傳感器用于提高安全性、舒適性和可靠性。如自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)的溫度傳感器、風(fēng)量傳感器、濕度傳感器、日照光照傳感器等。用于亮度控制的光傳感器，用于倒車控制的超聲波傳感器或激光傳感器，用于安全氣囊的加速度傳感器（碰撞傳感器）判定是否引爆充氣元件使氣囊瞬間快速充氣，用于門禁控制的車速傳感器，用于車距測定的距離傳感器，用于消除駕駛員視覺盲區(qū)的圖像傳感器等。

導(dǎo)航系統(tǒng)有判定汽車行駛方向的羅盤傳感器、陀螺儀、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器和車速傳感器等。

3 人工智能時(shí)代的汽車傳感器

今天，即使入門級的汽車亦有大量電子器件，如圖8所示。這些自動(dòng)化的功能為汽車的安全性、舒適性做出了寶貴的貢獻(xiàn)。

圖8 汽車的大量電子器件

自動(dòng)駕駛技術(shù)本質(zhì)是利用若干技術(shù)繞過障礙物，自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制速度并遵守交通規(guī)則，實(shí)現(xiàn)人工智能自主駕駛。而所需的僅是傳感器、視頻攝像頭和處理計(jì)算機(jī)三大部件。

視頻攝像頭安裝在前擋風(fēng)玻璃和后視鏡之間，或置于車輪罩拱之上、之中，以讀取路標(biāo)、限速標(biāo)志和交通燈信息，并監(jiān)視障礙物；處理計(jì)算機(jī)包含配有若干圖形處理器和多核計(jì)算機(jī)的處理站，分析處理來自各類傳感器的信息數(shù)據(jù)，對轉(zhuǎn)向盤、加速及制動(dòng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。而傳感器是一切信息的本源。

汽車行業(yè)正在迅速接近ADAS向自動(dòng)駕駛的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，而通過該轉(zhuǎn)折點(diǎn)的關(guān)鍵是傳感器的有效融合，車輛各系統(tǒng)連接在一起，做出于安全至關(guān)重要而又極復(fù)雜的決策，避免可能提升導(dǎo)致事故的錯(cuò)誤冗余能力。

新材料、新工藝、新技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用和傳感器件新產(chǎn)品的開發(fā)，乃至新的傳感理論的研究都極大地推動(dòng)汽車傳感器于汽車電子控制系統(tǒng)應(yīng)用的飛速發(fā)展。人工智能時(shí)代自動(dòng)駕駛技術(shù)日臻成熟的需求，形成了汽車傳感器微型集成、數(shù)字化、多功能和智能化的4個(gè)特點(diǎn)。汽車傳感器降低功耗、縮小體積、縮短響應(yīng)時(shí)間、提高精度、提高可靠性、降低成本是總的趨向。

在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）的基礎(chǔ)上發(fā)展半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，微型傳感器便是將微米級的敏感元件、信號處理器、數(shù)據(jù)處理器利用微機(jī)械加工技術(shù)集成封裝于同一芯片之上。微型集成電路式的傳感器不僅體積縮小、功耗大幅降低、價(jià)格成本低廉，便于規(guī)模生產(chǎn)，亦顯著提高測試精度。多功能是指一個(gè)器件經(jīng)專項(xiàng)融合具備多功能多用途，一個(gè)傳感器可檢測兩個(gè)或兩個(gè)以上的理化特性參數(shù)，減少器件的數(shù)量，亦提升了可靠性。智能化涵蓋著傳感器與大規(guī)模集成電路相結(jié)合，內(nèi)設(shè)CPU，必要時(shí)還植入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)算法，兼具人工智能功能，從而降低和簡化ECU的工作量，縮減其體積，亦降低成本。

帶有微處理器是智能傳感器的特點(diǎn)，兼具檢測、判斷和信息處理等多項(xiàng)功能，能確定傳感器的工作狀態(tài)，對測量的信息數(shù)據(jù)作出修正，以減少溫度、電磁干擾等環(huán)境因素引起的誤差，完善數(shù)據(jù)及其處理，由軟件來克服硬件難以處理解決的問題，如電磁兼容性、環(huán)境污染干擾。

圖9是兩種基恩士（Keyece Co.）的數(shù)顯傳感器，它是利用法拉第定律來測定導(dǎo)電液體的流量。老式的傳統(tǒng)電磁式流量傳感器皆是采用與檢驗(yàn)管內(nèi)部液體接觸的電極來檢測液體的電動(dòng)勢，從而感知流量。FD-M型全貫穿非接觸式流量傳感器如圖10所示，此系列是通過靜電電容來測定管道內(nèi)部液體的流量。

圖9 兩種基恩士（Keyece Co.）的數(shù)顯傳感器

圖10 FD-M型全貫穿非接觸式流量傳感器

創(chuàng)新視覺與基于攝像頭的圖形處理（IP）、車聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）皆是無人駕駛車輛的基礎(chǔ)。智能傳感器和車聯(lián)網(wǎng)攝像頭等正伴隨人工智能的發(fā)展，充分發(fā)揮算法+芯片融合的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)更卓越的即時(shí)響應(yīng)，增強(qiáng)可靠性，更安全地運(yùn)行。

4 結(jié)語

傳感器是車輛電子控制的基礎(chǔ)元件，是提高汽車動(dòng)力性、操控性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和排放性能的信息源頭。沒有先進(jìn)的傳感器，就沒有現(xiàn)代化的汽車。傳感器在智能汽車中是舉足輕重的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，增強(qiáng)完善供給體系，進(jìn)一步加大中國汽車傳感器研發(fā)投入和產(chǎn)品的戰(zhàn)略規(guī)劃布局，躋身世界智能化汽車舞臺(tái)的光榮任務(wù)正落在我們這代人的肩上。