挽救生命的傳感器：半導體如何改變汽車安全

Joseph Notaro

隨著世界上人口的增多和道路上行駛的車輛激增，交通安全的改善還不能很快實現。盡管自2000年以來死亡率已降低了一半以上，從每10萬輛車輛中的135例降低到64例，但死亡總數仍在繼續攀升。 今天，有94%的事故歸因于駕駛員的行為。

現在的汽車比以往任何時候都更安全。安全氣囊、強制安全帶以及車輛結構和功能設計的改進讓駕駛員和乘客更有可能從撞車事故中離開。更好的制動和轉向子系統，以及防抱死制動系統（ABS）或電子穩定控制（ESC）等常見的創新，都依靠精確的傳感器來提高安全性，而先進駕駛輔助系統（ADAS）使得交通事故的可能性更低。隨著汽車變得更加自主，其目的是進一步降低這種風險。最終目標是全自動駕駛，即“5級”，這可有效地消除人為錯誤。零傷亡愿景是一項多國計劃，其設想沒有道路交通事故導致死亡或重傷。改善汽車安全性的主要因素之一是提高汽車中電子器件的水平。例如，目前全球平均每輛汽車中有超過230個安森美半導體器件。

如果我們要實現零愿景，就不能自滿，還有許多工作要做。盡管汽車更安全了，但至少在發達國家，道路交通傷害仍然是5至29歲人群最普遍的死亡原因，根據世界衛生組織（WHO）報告，每年因道路交通事故造成的死亡已達135萬人。

傳感器整合

二十年前，汽車中的所有傳感器都非常簡單，包含有一個測量油箱內液位的燃油表，還有一個發動機溫度表，連同速度計和一些警告燈，也許還有轉速表，可能僅此而已。

如今，眾多電子傳感器正在幫助駕駛員以確保安全。例如，相機和成像傳感器有很多用途，包括ADAS、安全倒車和停車的后視圖以及車內監控。這意味著對于汽車制造商、整車廠商（OEM）和Tier-1來說，與具有廣泛產品的供應商合作非常重要，以便他們可以為每種應用選擇最佳的傳感器。傳感器還應設計用于關鍵任務，并能夠在擴展的溫度范圍內運行。

性能也很重要。傳感器必須具有足夠高的分辨率以捕獲ADAS和其他系統的足夠細節，并且必須提供出色的圖像質量以應對黑暗、惡劣的天氣、眩光和其他問題。 例如，出色的動態范圍可以極大地改變從傳感器發送到ADAS系統處理器的圖像（見圖2）。 可以毫不夸張地說，這是生與死之間的區別，如果這意味著汽車可以更快地識別前方的問題。

除圖像傳感器外，雷達和激光雷達（LiDAR）是當今汽車的必備工具。雷達可用于短距離、中距離和遠距離應用，例如躲避轉向、交匯點輔助和自適應巡航控制，可望向前250米。對于每種使用情況，選擇合適的雷達收發器將確保最佳性能。

LiDAR補足雷達，其光子探測器能夠基于測量飛行時間（ToF）生成圖像以及3D地圖。這使LiDAR能夠提供高分辨率的深度數據，從而實現僅使用雷達或攝像機無法實現的目標檢測能力。

實際上，最好的方案通常是在一種車輛中結合多種感知模式：成像、雷達和LiDAR，以及超聲波感知。使用多種類型的傳感器，它們的優勢可以一起發揮作用，并且內置了冗余。

付諸實踐 ：1億次

讓我們看一個示例系統：S U B A R U的EyeSight駕駛員輔助系統，使用安森美半導體的120萬像素AR0132AT CMOS圖像傳感器。EyeSight系統于2014年首次安裝在SUBARU的Levorg模型中，隨后又在Legacy、Forester、Impreza和SUBARU XV模型中提供。

EyeSight在其立體相機系統中使用圖像傳感器，以實現安全功能，包括自適應巡航控制、車道保持輔助和搖擺警告、預碰撞制動和預碰撞油門管理。該系統已獲眾多獎項，包括日本新車評估計劃（JNCAP）的高級安全車三重加（ASV +++）最高評價。

現在，ADAS已成為一種主流技術，而不僅僅是高端汽車的保護。事實證明，安森美半導體已付運超過1億個AR0132AT圖像傳感器用于駕駛員輔助應用，包括EyeSight。似乎沒有其他供應商達到這種數量（并且在2018年，安森美半導體在用于駕駛員輔助的感知攝像頭擁有81%的市場份額），這表明了技術采用的規模。

駕駛時打瞌睡是交通事故的另一個主要原因。技術可以幫助監控駕駛員的表現，并在他們似乎駕駛不穩時發出警報或警告。 另一種選擇是使用基于攝像頭的系統來觀察駕駛員，并在發現疲勞跡象（如閉眼或頭部下垂）時觸發警報。例如，最近的演示系統集成了多個圖像傳感器，包括安森美半導體的AR0144AT 100萬像素傳感器，為運行人工智能（AI）軟件的車載系統提供圖像。

安全駕駛的未來

如今，僅美國就有28%的交通事故可以通過ADAS來防止，而安森美半導體的傳感器每年已經挽救了8.1萬多條生命。這很好，但必須更好，我們將繼續努力改進傳感器，并與合作伙伴合作，使汽車和道路更安全。成本也很重要；在低收入國家，交通事故的發生率要高得多，因此任何安全創新都應該可以廣泛地負擔得起。

展望未來，我們還必須確保安全系統不僅能保護駕駛員和乘客，還需要幫助減少行人、摩托車手和騎自行車者的傷亡率。法規和標準正在認識到這一點，例如歐洲新車評估計劃（EuroNCAP 2020），傳感器技術可以在保護弱勢道路使用者方面發揮重要作用。

行業的長期目標必須是努力朝著零死亡、甚至零傷害和零事故的方向努力。這條路還有一段路要走，但我們正在努力盡快實現。