新型傳感器提高汽車座艙舒適性

汽車制造商和供應(yīng)商開始采用新型傳感器，在自動執(zhí)行一些任務(wù)的同時提高座艙的舒適性和安全性。
座艙舒適性是高級汽車技術(shù)的一個關(guān)鍵目標(biāo)，但是這點(diǎn)常常會被忽視。設(shè)計(jì)小組采用越來越多的傳感器來幫助提高駕駛員及乘客的乘坐舒適度。這些傳感器用來提升汽車空調(diào)（HVAC）的性能、監(jiān)控空氣濕度，甚至阻止怪味或異味進(jìn)入車廂內(nèi)。

讓車廂內(nèi)的乘客可以處于清涼舒適的環(huán)境中是汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)的最大挑戰(zhàn)。開發(fā)人員希望在保持乘坐人員舒適度的同時， 可以盡可能地減少HVAC壓縮機(jī)的運(yùn)行時間，從而減輕發(fā)動機(jī)的負(fù)荷。要達(dá)到這個目的，控制系統(tǒng)需要依賴大量的傳感器。

保持清涼

雖然目前的HVAC系統(tǒng)可以提供精確的溫度控制，但是在不久的未來，汽車上會采用越來越多的先進(jìn)系統(tǒng)，通過濕度、空氣質(zhì)量、光線以及輻射傳感器來控制整個座艙的環(huán)境，意法半導(dǎo)體汽車業(yè)務(wù)部MEMS傳感器技術(shù)市場部Michele Portico說道。輻射和光線傳感器可以幫助判斷何時及向哪里為駕駛員或乘客施加額外的空調(diào)氣流。

多年來，車廂內(nèi)空氣溫度都采用熱敏電阻來測量，但是現(xiàn)在許多汽車制造商和供應(yīng)商都開始放棄這種技術(shù)。紅外傳感器具有指向性，可以對準(zhǔn)駕駛員及前座乘客，檢測他們的熱信號。

這種技術(shù)可以針對個人的舒適度提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。這樣不僅可以讓人感覺更加舒適，還可以縮短HVAC系統(tǒng)的工作。工程師也在采用新一代的設(shè)計(jì)，采用更先進(jìn)的傳感器，提供更加精確的測量數(shù)據(jù)。

紅外傳感器用來監(jiān)測車內(nèi)人體的溫度，而不像熱敏電阻是用來測量通過風(fēng)扇的空氣溫度，Melexis傳感器市場經(jīng)理Vincent Hiligsmann說道。Melexis提供4x 16紅外陣列，從整體上對車內(nèi)溫度進(jìn)行監(jiān)控。該陣列可以用于乘員的感應(yīng)，監(jiān)測駕駛員和乘客的體表溫度，甚至通過前排座椅之間的空隙來監(jiān)測后排乘員的溫度。

雖然紅外傳感器具有諸多優(yōu)勢，但是熱敏電阻供應(yīng)商和用戶并沒有放棄其已有的市場地位。保時捷、奧迪和寶馬采用Preh熱敏電阻陣列，不用使用風(fēng)扇就可以工作。

如果省去風(fēng)扇和進(jìn)氣口所需的空間，傳感器就可以放在中控臺內(nèi)。此外，噪音對內(nèi)飾設(shè)計(jì)人員來說也是一個大問題，省去風(fēng)扇后，噪音也會相應(yīng)減少。

日間行車，陽光對乘員舒適度有很大的影響。掌握光線進(jìn)入車廂內(nèi)的方式，將有助于HVAC系統(tǒng)更好地工作，為駕駛員和乘客提供最為舒適的溫度。越來越多的HVAC系統(tǒng)都開始采用傳感器來幫助系統(tǒng)根據(jù)陽光光線調(diào)節(jié)風(fēng)扇和制冷檔位。

光線傳感器可以探測到車廂內(nèi)熱量的紅外強(qiáng)度，從而判斷光線從哪個方向射進(jìn)來。利用這一點(diǎn)完全可以幫助HVAC系統(tǒng)更好地工作，使車廂內(nèi)氣溫保持在舒適的水平，海拉項(xiàng)目管理總監(jiān)Marc Rosenmayr說道。

節(jié)能與保護(hù)

雖然車廂內(nèi)許多傳感器都是用來提高駕乘舒適度的，但是這些傳感器還可以用來提高車輛安全性，并幫助設(shè)計(jì)小組達(dá)到新的燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)要求。隨著技術(shù)的發(fā)展，專注于內(nèi)飾的工程師也在對安全系統(tǒng)做出調(diào)整。在整車設(shè)計(jì)師殫精竭力想盡一切辦法滿足CAFE法規(guī)要求時，他們也可以參與進(jìn)來，盡一份力。

空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)消耗大量燃料，任何可以減少其運(yùn)轉(zhuǎn)時間的辦法都可以幫助提升燃油效率。一些汽車制造商的設(shè)計(jì)小組不斷采用新的傳感器來維持車廂舒適性和安全性，同時降低燃油消耗。

隨著新的燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)的實(shí)施， 濕度傳感器將起到非常重要的作用，Rosenmayr說道。如果天氣涼爽但是濕度很高，你可能需要開啟空調(diào)來消除擋風(fēng)玻璃上的霧氣。濕度傳感器可以用來檢測空氣濕度，判斷擋風(fēng)玻璃是否有霧氣。如果霧氣已經(jīng)消除，壓縮機(jī)就可以關(guān)閉。

還有一些傳感器還可以為車內(nèi)駕駛員和乘客提供安全保護(hù)。電動車窗常常通過扭矩監(jiān)控傳感器來判斷何時反向移動，避免夾到兒童的手指或脖子。

在過去幾年內(nèi)，許多汽車制造商都已經(jīng)開始采用觸覺開關(guān)。這些觸覺開關(guān)還可以整合到密封條內(nèi)。觸覺傳感器可以在車窗、車門或行李箱蓋對擋在前面的物體施加壓力前作出反饋。

此外，工程師還開發(fā)了一些新技術(shù)， 在人或?qū)櫸飺踉谝苿硬考懊鏁r可以使其停止繼續(xù)移動，比如行李箱蓋、移動車門或車窗。這種近距離感應(yīng)技術(shù)已經(jīng)用于觸摸屏上，以后也有望用于車門密封條上。

將電容傳感器設(shè)計(jì)在密封條里，關(guān)鍵是要滿足車門的公差設(shè)置，把這樣一個傳感器放到密封條內(nèi)意味著要滿足已有空間大小的要求，同時還要提供更多的功能。我們認(rèn)為這樣一個系統(tǒng)在夾住活的物體比如人或?qū)櫸飼r能夠發(fā)出停止指令，可以帶來許多好處，Otremba說道。

還有一些汽車制造商從氣味方面入手來提高乘員的舒適度——防止有味氣體進(jìn)入車廂。通過對空氣中化學(xué)成份的監(jiān)控， 一些來自周邊環(huán)境的刺激性或有難聞氣味的氣體可以被輕易檢測出來。一旦這些氣體被檢測出來，車輛的進(jìn)氣通風(fēng)口就會被關(guān)閉或開啟，具體根據(jù)氣體傳過來的位置決定。

空氣質(zhì)量傳感器可以檢測出車內(nèi)以及車外難聞的氣體或氣味，然后自動啟動執(zhí)行器來調(diào)節(jié)車內(nèi)或車廂外的氣流，Portico說道。

位置是關(guān)鍵

隨著越來越多的傳感器進(jìn)入車廂內(nèi)， 工程師面臨的最大挑戰(zhàn)就是如何放置這些傳感器。通常的做法是將這些傳感器集成在一起，放在一個擋風(fēng)玻璃中間的位置， 隱藏在后視鏡的后面。

該位置不會被遮擋，因此陽光和雨水也可以被監(jiān)測到。此外，這個位置還可以監(jiān)測濕度情況，防止車窗上霧而影響整體的舒適性。封裝的尺寸約為1.5in，可以將光線、雨水、日照以及濕度傳感器都整合在一起，Rosenmayr說道。

將這么多傳感器封裝在一個很小的空間內(nèi)對Cooper Standard公司來說也是一個較大的挑戰(zhàn)。車窗和車門密封條必須能夠容入有限的空間，而且還要有足夠的彈性，這樣可以緊密地關(guān)閉，防止風(fēng)燥的出現(xiàn)。

在密封條中加?xùn)|西總不是一件容易的事，你需要一定的空間才能夠保證系統(tǒng)的正常工作，Otremba說道。密封條在生產(chǎn)的時候只能給傳感器留有很小的空隙，只能采用細(xì)長的傳感器。

不管傳感器放置在哪個位置，它都要與微控制器進(jìn)行通訊。傳感器的傳輸速率很低，因此不需要通過LIN或CAN網(wǎng)絡(luò)。

大多數(shù)傳感器都采用點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議，比如SCI 或PSI，Hiligsmann說道。座椅傳感器會采用LIN網(wǎng)絡(luò)，不過其他傳感器都采取與微控制器直接相連的方式，而微控制器再通過CAN總線進(jìn)行通訊。

手勢識別技術(shù)受追捧

“隔空取物”一直是魔術(shù)師在舞臺上常用的手法，但是這種通過手勢來完成一項(xiàng)任務(wù)的方式很快就將成為汽車上的一種功能。一些汽車制造商和供應(yīng)商在努力開發(fā)手勢識別功能，希望可以幫助駕駛員在不分心的情況下執(zhí)行一些復(fù)雜的任務(wù)。

現(xiàn)代公司在其一些概念車上展示了通過手勢識別來控制音響系統(tǒng)的方式，駕駛員可以通過簡單的手勢來調(diào)節(jié)音量大小。豐田和微軟也在開發(fā)類似的技術(shù)。沃爾沃的Concept You通過紅外攝像頭來捕捉駕駛員的眼神，當(dāng)駕駛員盯著系統(tǒng)看時顯示屏?xí)詣哟蜷_。

零部件制造商也在開發(fā)相關(guān)的技術(shù)，使這些姿勢識別概念轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實(shí)。意法半導(dǎo)體和Melexis公司都在推廣ToF（time-of-flight）攝像頭的應(yīng)用。這種紅外攝像頭與雷達(dá)有點(diǎn)像，只不過雷達(dá)是生成圖像的，而它是探測動作的變化的。

ToF攝像頭采用模塊化的紅外LED，在每次脈沖時都會添加一個時間戳，Melexis傳感器市場經(jīng)理Vincent Hiligsmann說道。通過測量光線抵達(dá)一個物體以及折返回來的時間，這些LED可以通過三角測量法來確定物體位置。其原理與動作捕捉系統(tǒng)探測人體移動類似。

雖然以上這些研究項(xiàng)目都是用于較大動作識別的，但是還有一些類似的技術(shù)可以用于觸摸控制中。一些觸摸屏現(xiàn)在都有了近距離感應(yīng)功能，當(dāng)傳感器探測到有手或其他物體接近時，顯示屏可以從睡眠模式喚醒。凱迪拉克用戶體驗(yàn)（CUE）系統(tǒng)和2014款雪佛蘭Corvette車型的觸摸屏都帶有手勢識別功能。

零部件供應(yīng)商也在增加這些近距離傳感器的感應(yīng)范圍，這樣駕駛員就不必動作很大，靠得很近，這對操控距離相對較遠(yuǎn)的中控臺上的顯示屏還是非常有幫助的。賽普拉斯半導(dǎo)體CapSense觸摸屏傳感器在一英尺（約30cm）遠(yuǎn)的地方就可以探測到手指。這樣就可以實(shí)現(xiàn)讓駕駛員通過上下翻動的手勢進(jìn)行菜單翻頁等功能。(end)