汽車安全技術如何實現(xiàn)零傷亡
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被動安全和主動安全
被動安全中的安全氣囊市場發(fā)展極為迅速，并將成為當前以及未來幾年間最廣泛使用的安全技術。“2015年，中國汽車市場安全氣囊的普及率將超過90%，安全氣囊技術正在日趨成熟。”飛思卡爾全球汽車營銷經理Marc Osajda表示。
目前，包含正面氣囊的輔助防護安全系統(tǒng)(SRS)已經成為很多中檔轎車的標準配置。隨著側面安全氣囊、簾式安全氣囊等氣囊數的增多，SRS正在向更先進的氣囊系統(tǒng)發(fā)展。“未來的趨勢，將是低檔轎車中將兩個正面氣囊作為標準配置，而中高檔轎車中將出現(xiàn)六個或更多氣囊以及安全帶預緊器。”英飛凌科技亞太有限公司汽車電子事業(yè)部安全系統(tǒng)市場高級經理Francis Foo說。
上世紀90年代早期，汽車安全氣囊系統(tǒng)大量采用MEMS加速計，這也促成了MEMS設計的第一波發(fā)展浪潮。作為安全氣囊加速計領域的領先企業(yè)，飛思卡爾近期推出了多款MEMS產品，包括MMA5xxxW衛(wèi)星碰撞加速度計、業(yè)內首款以QFN封裝形式提供的PSI5 X或Z軸衛(wèi)星慣性傳感器、針對安全氣囊ECU的MMA68xxQ雙軸碰撞傳感器以及MC33789安全氣囊系統(tǒng)基礎芯片(SBC)。而ADI也表示，其高集成MEMS(加速度傳感器和陀螺儀集成到一起的ADXRS8XX，低g值和高g值的加速度傳感器集成到一起的ADXL2XX)也將于不久的將來研發(fā)完成。
“未來MEMS傳感器的發(fā)展趨勢仍然是減小體積、增強可靠性和提高靈敏度。”Marc Osajda表示，“這是一個被稱為‘傳感器融合’或‘系統(tǒng)級封裝’的新時代。主、被動安全系統(tǒng)的融合帶來了新的挑戰(zhàn)，可以通過把不同傳感器集成到單個封裝中(如陀螺儀加低加速度傳感器)來解決這些問題。”飛思卡爾所使用的全面集成的TPMS系統(tǒng)級封裝，包括4個晶片：壓力傳感器、加速度傳感器、一個8位微控制器(MCU)和RF發(fā)射器。
“同安全氣囊一樣，防抱死制動系統(tǒng)(ABS)雖然在發(fā)達國家中已經被公認為是標準配置，但是在中國等發(fā)展中國家的發(fā)展?jié)摿θ匀皇志薮蟆?rdquo;Francis Foo補充道，“而如EPS、TPMS等其他安全系統(tǒng)也獲得了足夠的市場重視。這四個主要的安全系統(tǒng)目前占據了全球汽車安全系統(tǒng)的絕大部分份額。”
未來汽車安全技術需要給車輛提供前、后、左、右360度的安全保護，用德爾福公司的說法，就是需要給車輛提供360度的安全屏障(Safety Cocoon)。其所使用到的技術包括：
1. 自適應巡航系統(tǒng)ACC、前向碰撞預告警系統(tǒng)FCW、碰撞緩解和避撞系統(tǒng)AB/ABA；
2. 車道偏離告警系統(tǒng)LDW、駕駛員車道保持能力告警LKP、主動夜視系統(tǒng)ANV、前大燈控制系統(tǒng)AHC、交通標志識別系統(tǒng)TSR；
3. 車輛盲區(qū)檢測、換道輔助、車輛追尾預告警；
4. 車輛后視影像系統(tǒng)、智能泊車輔助系統(tǒng)。
在上述眾多先進技術中，最典型的是車道偏離和前撞預警，其技術基礎是視頻和雷達。據ADI大中華區(qū)汽車電子商務經理李防震介紹，目前中國本土的安全模塊供應商以及大學，已經研發(fā)出以視頻技術為基礎的車道偏離和夜視功能，不過采用雷達技術還處在一個開始階段。
“確實，目前使用新式雷達和成像技術的防撞型預防式安全技術，在采用方面仍處在初期階段，”Atmel亞太區(qū)及日本RFA業(yè)務營銷總監(jiān)Goh Yan表示，“僅有幾家主要OEM廠商開始將該技術作為一項安全選配。”
“主動安全產品與其它汽車電子產品相比很大的不同，在于前者的性能與路況、交通狀況特別是駕駛員的駕駛習慣有關。”德爾福(中國)科技研發(fā)中心安全系統(tǒng)新產品開發(fā)部門經理沈駿強博士在這里特別強調，“因此，將一個在北美和歐洲開發(fā)完善的主動安全系統(tǒng)原封不動拿到中國市場來，不一定是最佳方案。供應商必須針對中國的實際情況進行二次開發(fā)，不僅調整標定參數，還要修改核心算法。同時，也需要在中國的路面上進行大量試驗和數據采集及分析。”
德爾福目前的電子掃描雷達ESR和智能前視視頻系統(tǒng)IFV，能夠提供對車輛的前向安全保護。ESR雷達是多模式電子掃描雷達，提供長距離和中距離兩種覆蓋范圍。基于ESR雷達可以構建具備起停功能的ACC系統(tǒng)、FCW系統(tǒng)、AB/ABA系統(tǒng)。IFV是一個集成了攝像頭和處理器的視頻系統(tǒng)，尺寸小但功能強大，可以安裝在擋風玻璃后，提供LDW、LKP、ANV以及基于視頻的FCW系統(tǒng)。同時，ESR雷達信號和IFV的視頻信號還可以進行融合，提供基于數據融合的FCW和AB/ABA系統(tǒng)。據Marc Osajda介紹，飛思卡爾在該領域也在不斷創(chuàng)新，其針對盲點監(jiān)測(BSP)或自適應巡航控制的RF雷達解決方案正在開發(fā)中。
安全系統(tǒng)的復雜性毫無疑問為芯片供應商帶來的更多的挑戰(zhàn)。“關鍵的需求和挑戰(zhàn)將集中在提供技術方面。”德州儀器汽車電子產品中國區(qū)高級經理顧雷表示，“故障安全設計特性(如：冗余和內置安全自查)要求我們提供更高的集成度和復雜度。”
不可或缺的高性能微處理器
在主動安全技術中，信號處理同上面提到的信號采集同樣重要。主動安全技術大量采用了復雜的數字和模擬信號處理，以及圖像處理和模式識別技術。要處理這些復雜的算法，需要高性能的微處理器或DSP作為軟件運行的平臺。
目前，英飛凌的16位MCU XC2300系列被廣泛應用于包括EPS、ABS以及安全氣囊等各種安全系統(tǒng)中，該系列MCU性能從低端的38引腳64K閃存到高端144引腳1MB閃存。XC2300系列具有可擴展性及涵蓋眾多汽車電子安全系統(tǒng)的兼容性，而且軟硬件可重復使用。該產品系列配備高性能的CPU，在80MHz時每秒可處理高達8,000萬條指令。XC2300靈活的USIC(通用串行接口通道)可配置為UART、LIN、緩沖SPI、I2C總線或I2S接口。而MultiCAN(CAN 2.0B現(xiàn)行版本)則可通過三個CAN節(jié)點提供最多64個可靈活分配的消息對象，并具有網關功能。此外，英飛凌針對該領域還提供8位XC800和32位TriCore MCU系列。
飛思卡爾針對安全氣囊、助力轉向和ABS/ESP應用，提供一整套Power Architecture微控制器，其中MPC564xL是其最新產品，專門優(yōu)化電子助力轉向、車輛穩(wěn)定控制及駕駛員輔助等安全應用。雙核MPC564xL包含兩個“通道”，其中每個通道都包括一個內核、總線、中斷控制器、內存控制器和其他內核相關的模塊。與當前采用的雙MCU方法相比，成本更低。此外，針對ADAS應用的MCU目前也正在開發(fā)中。
Atmel的MCU能夠在嚴苛的Grade 0條件下工作，非常適合汽車引擎蓋下的應用。其功能強大的8位或者32位微控制器可為安全系統(tǒng)提供處理能力，而一款通信控制器則可用于汽車電子系統(tǒng)內不同傳感器模塊之間的重要通信。
李防震表示：“當前客戶對輔助駕駛系統(tǒng)的開發(fā)需求不僅限于芯片技術層面，應用和系統(tǒng)軟件層面的資源與支持也必不可少。”為此，ADI特意開發(fā)了新一代DSP(BF6XX)芯片，很多數據處理由硬件完成，從而減少了客戶的軟件編程工作量。
事實上，幾乎所有電子解決方案都會涉及到軟件開發(fā)，而擁有更多后臺運行軟件的情況也正在不斷增加。對于傳統(tǒng)的被動安全，由于系統(tǒng)的集成度越來越高，ECU的開發(fā)會比以往復雜，但是由于所用的芯片具有一定的兼容性，而且都采用了標準協(xié)議，所以雖然復雜程度提高，但是卻帶來了更高級的安全功能以及更低的成本，而且這也是技術發(fā)展的趨勢。
此外，Goh Yan還認為，在汽車內增加模塊化系統(tǒng)，并不會像很多人想的那樣增加ECU算法的復雜性，反之，采用模塊化概念可以降低復雜性。因為在這種情況下，每個控制盒都管理自己的電子裝置和軟件。而采用CAN等數字總線和LIN總線，這些模塊之間的通信亦被簡化。
汽車安全法規(guī)情況
按照Marc Osajda的想法，現(xiàn)代汽車中部署安全系統(tǒng)主要源于兩個因素的驅動：一是嚴格的法規(guī)要求車輛制造商實施電子安全系統(tǒng)。例如，F(xiàn)MVSS要求在美國必須安裝電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)和胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，歐洲也將強制執(zhí)行。而考慮到所有車輛和道路使用者的利益，預計類似法規(guī)也將在中國實施。
二是客戶需要更安全的車輛。NCAP規(guī)定，按照法律要求，車輛安全得分是做出買車決定時必須考慮的一個因素。對于正在打算購買車輛的消費者來說，安全氣囊和ABS/ESP是最基本的要求。
事實上，電子安全系統(tǒng)以及它們對人類福祉所具有的直接影響，開始面臨日益嚴苛的要求。即將推出的功能性安全標準ISO26262將應用到汽車行業(yè)，以確保汽車的電子系統(tǒng)完全安全。這些新要求影響著整個產品開發(fā)流程，并且對汽車電子協(xié)會(AEC)AEC-Q100或ISO-9000質量要求也同樣產生著影響。工程師從一開始設計流程，就必須收集證據來證明該產品是根據法規(guī)標準進行開發(fā)的。
李防震表示，作為芯片供應商，ADI的所有產品一定要通過國際認可的測試標準，如TS16949/AEC-Q100等標準；芯片在做成模塊后還要有一系列測試如EMI/EMC等，車子在出場之前還有很多安全的測試，如NCAP等。為了使安全得到保證，各國政府也出臺了相應法規(guī)去強制企業(yè)安裝相應的功能。
“從系統(tǒng)標準方面來講有ISO標準，”沈駿強介紹，“所以德爾福開發(fā)主動安全系統(tǒng)的一個最基本前提是滿足ISO標準。從法規(guī)方面來講，北美和歐洲都有相關主動安全方面的法規(guī)和車輛安全評價標準。譬如NCAP標準針對前向預碰撞告警等都有相關的測試要求和通過標準。中國汽車電子市場在法規(guī)方面在緊跟歐美，除了已經實施的被動安全方面的法規(guī)外，在主動安全特別是在行人保護方面有相關的建議性法規(guī)出臺。”
雖然中國汽車電子行業(yè)目前已經全面啟動了“汽車電子標準化”工作，在新能源汽車方面國家也將出臺相應的政策法規(guī)鼓勵和規(guī)范這個正在發(fā)展中的行業(yè)，但事實上，中國汽車電子標準化工作與國外相比仍明顯滯后，產品開發(fā)缺少規(guī)范，這也影響著整個產業(yè)的發(fā)展。
除了安全法規(guī)，中國汽車市場還有一些獨到的特色。“中國市場與其它新興市場的一個主要區(qū)別就是，中國消費者期望每一輛汽車都擁有所有最新電子器件和功能，而其它一些市場只希望有基本配置的汽車。”顧雷表示，“這反過來也會推動中國市場開發(fā)數量驚人的新產品，與成熟西方市場相比，產品開發(fā)周期也非?？?。”
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