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人性化感测技术创造车用安全艺术

作者:不爱吃窝瓜时间:2015-06-29

  安全为车辆发展之母,感测技术则是牢牢把关新一代车辆安全的优等生。自汽车发明以来,陆上交通事故有增无减,虽然汽车工业被喻为封闭且较为传统的产业,各家汽车大厂长久以来莫不朝向安全、舒适的方向努力不辍。电子产业厂商也明白这个趋势,针对车用安全等相关应用,提出许多感测技术解决方案,让现代高度电脑化车辆朝安全之路更迈进一大步。广泛而言,RFID、ZigBee、无线感测网路、微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)、影像感测、声波、温度感测等皆属于感测技术的领域。就应用市场来看,考量到人体安全、驾驶与车内环境等因素,车用感测使用的技术类别之广,说是集感测技术之大成也不为过。

      无线感测技术 提供个人化服务

      无线感测技术的应用相当广泛,因应用领域不同,可对车辆使用者提供安全且个人化的服务。无线感测应用早期以军事用途为大宗,再开始流向往民间应用,如交通工程、矿坑监控、地理侦测等,其后再往智慧家庭领域移动。时至今日,汽车领域也成为无线感测技术的应用範围之一。

      车用领域的无线感测技术涉及到人身安全,系统要求远比智慧家庭的无线感测系统来得高。举例来说,车内的二氧化碳浓度的感测事关重大,二氧化浓度过高,轻则影响驾驶精神,严重则会导致闷死。基于上述理由,感测器的灵敏度势必要加以提升,一旦浓度过高,通过系统的讯号转换,通知车内人员车内二氧化碳浓度过高,提醒驾驶打开窗户让空气流通。

      防盗系统也可透过无线感测系统,变得更加聪明而人性化。以往防盗系统通常透过车主身上的无线发射器,按钮一按,即可以解除防盗系统。但由于超低功耗的电源管理与射频製程等技术进步许多,无线感测的功耗也大幅降低,车主身上可以携带一个无线射频系统,同时控制所有车门,车主靠近哪个门,门就自动开启,其他门则仍保持未开状态,十足是充满智慧的防盗系统。同时,配合车载控制系统,更可搭配车主喜好,先播放音乐、车内空调与调整坐位空间。因此,整体而言,无线感测技术的应用相当广泛,可因应用领域不同,对于车内使用者提供安全且个人化的服务。

      MEMS Sensor敏感称王扮车体安全关键角色

      光靠无线感测网路,对于车内人员安全的保护仍然不够。这时,微机电系统就扮演车体运动的关键角色。早期产业界并不重视微机电系统,直到 iPhone与WII现身江湖,MEMS才真正被发扬光大。

      但MEMS早已大量运用车体运动上,主要塬因在于车体运动时会有加速、爬坡与遭遇路面不平等运动现象,透过MEMS Gyro scope即时侦测车体的运动状况,回报给车身控制系统,进一步控制车身,避免车身过度倾斜造成翻覆,或是过度打滑造成失控衝撞。考量到车内人员的安全,MEMS的敏感度与反应速度相对重要许多。举例而言,MEMS其中一项应用——加速度计,可以计算车体在行驶运动的时速,一旦出现衝撞车祸,受到撞击的瞬间,加速度计立刻算出撞击速度,再透过有电子控制元件的安全气囊,决定是否要启动安全气囊保护人体安全。

      敦吉科技通路事业本部技术部协理许瑞达指出,MEMS虽然应用相当广泛,但是就消费性与车用安全上,就元件作业环境要求的严格程度就大不相同,例如在温度测试上,一般消费性或工业类电子系统的温度测试约为约为-20°C 到105°C左右,但就车用领域的温度测试上,就必须将测试範围拉到约为-50°C 到150°C的区间,希望元件在实际应用环境的状况能更加稳定。同理,在耐撞与防震上,车用微机电系统也必须在受到强烈震动的情况下,仍能稳定传送讯号,以让车体其他电子系统能迅速作出对应,以保持车体稳定与人身安全。
影像感测加红外线 开车停车无顾虑

      影像侦测可分为驾驶人精神状况、行车距离与倒车侦测叁大应用,目前应用最为广泛的是倒车侦测,尤其台湾地小人稠,家家户户皆有房车,如何在狭小的空间停车,就成为一大挑战。若再配合红外线功能,更是如虎添翼,透过反射塬理计算车子与障碍物的距离,驾驶者能更明确掌握尚有多少的安全停车空间。

      考量行车安全,许多车载系统的解决方案的提供商,也开始思考如何更进一步防範车祸发生,其中,驾驶人精神状况与行车距离两大应用,最为产业界所热烈讨论。透过影像侦测,如眼睛是否平视前方、眼睛是否有闭上、头部摇晃的频率等,判断驾驶人的精神状况如何并加以提醒。系统设计通常由摄像镜头进行影像撷取,透过类比数位转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)进行讯号转换,再将资料传给DSP(Digital Signal Processor;数位讯号处理器)。只要事先在DSP裡烧录许多驾驶者危险动作资料,配合软体驱动进行高速运算,再将运算结果转送至其他电子系统,迅速提醒驾驶者相关注意事项,避免发生事故。

      同样的系统设计概念,也可以应用在行车距离的侦测。车厂可考量安全需求,在车体四周佈置影像摄影机,以便快速拮取撷取四周的其他车辆与道路使用移动物体资讯,如行人、脚踏车骑士等,预先进行道路的动态侦测,提醒驾驶人目前的车行状况。

      总体来说,感测技术并非单一电子元件即能完成的技术概念,而是一个完整且可运作的电子系统,其系统元件可包括:讯号接收元件、ADC、处理器、 FPGA与DAC(Digital-to- Analog Converter;数位类比转换器)与电源管理元件等。考量到车用安全电子领域,由于涉及车内使用者的生命安全,元件本身的稳定度、耐撞、作业温度、反应速度与精确度等,都是缺一不可的重要关键。半导体元件业界推出相关的认证规範,如IEC61508、AEC Q-100与ISO / TS 16949:2002,以符合车用系统厂商的需求。

      生命安全是人们最基础的重要需求,现实环境中,车用安全是目前最为迫切需要解决的问题。再高科技的产品,最终仍须回归市场需求,产业所扮演的角色,便是提供对应方案解决问题,提供人们生命更多的安全保障。 


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