電子技術(shù)助力打造對(duì)人類(lèi)和環(huán)境友好的汽車(chē)

　　影像處理的進(jìn)化趨勢(shì)

　　圖像識(shí)別技術(shù)今后還將不斷進(jìn)化(見(jiàn)圖4)。富上重工業(yè)介紹了僅通過(guò)立體攝像頭便可檢測(cè)前方障礙物并控制制動(dòng)器的新一代ADA(主動(dòng)駕駛輔助)系統(tǒng)。即使是在夜間起霧、下雪等情況下，通過(guò)攝像頭的靈敏度處理和影像處理，汽車(chē)就能夠識(shí)別出前方的障礙物，其識(shí)別能力超出了大多數(shù)人的想像。

　　富士重工業(yè)預(yù)定在2008年春將該系統(tǒng)集成到力獅(Legacy)車(chē)內(nèi)。該系統(tǒng)不需要毫米波雷達(dá)，圖像處理工作可由專(zhuān)用ASIC和普通微處理器完成，而且，這些專(zhuān)用ASIC和微處理器均內(nèi)置于攝像頭模塊內(nèi)。因此，與以往由立體攝像頭和毫米波雷達(dá)構(gòu)成的系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)的銷(xiāo)售價(jià)格大約能夠減少一半。以前的價(jià)格大約為35萬(wàn)日元(約合2.3萬(wàn)元人民幣)。

　　影像處理的特點(diǎn)在于，制作三維圖像時(shí)要使用攝像頭模塊內(nèi)部的ASIC進(jìn)行處理。該公司的解說(shuō)員表示："盡管三維處理的運(yùn)算量較大，但算法較為簡(jiǎn)單，可以像傳送帶流水作業(yè)那樣，通過(guò)并聯(lián)電路進(jìn)行處理。"利用三維化影像數(shù)據(jù)對(duì)前方車(chē)距、障礙物、白線(xiàn)、車(chē)輛擺動(dòng)等進(jìn)行識(shí)別的運(yùn)算處理，全部由該公司獨(dú)立開(kāi)發(fā)的圖像處理軟件在微處理器上完成。

　　日本電裝公司發(fā)布了一種在行駛過(guò)程中利用一個(gè)攝像頭對(duì)交通標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別的技術(shù)。該技術(shù)可根據(jù)影像的濃淡，尋找標(biāo)志中的特征點(diǎn)，然后將該特征點(diǎn)與保存于存儲(chǔ)器內(nèi)的圖像進(jìn)行比較，從而識(shí)別出前方的交通標(biāo)志。該技術(shù)估汁將在5～10年后實(shí)現(xiàn)實(shí)用，目前需要的是提高微處輝器的影像處理性能。

　　有效地傳遞危險(xiǎn)信息

　　如果能夠在汽車(chē)上安裝可收集周?chē)畔⒌母鞣N傳感器，那么這些信息便可在顯示屏上顯示，從而將信息傳遞給駕駛者。尤其是在緊急情況下，通過(guò)這些傳感器，就可以將多種信息中提示回避危險(xiǎn)的重要信息立即傳遞給駕駛者。在此次車(chē)展上，有幾家公司展出了可將危險(xiǎn)信息高效傳遞給駕駛者的系統(tǒng)。

　　CALSONIC KANSEI公司進(jìn)行了信息投射演示，即采用抬頭顯示器(HUD)技術(shù)，可在前車(chē)窗的下部顯示行車(chē)速度、行人檢測(cè)警報(bào)、道路限速等交規(guī)限制內(nèi)容及路線(xiàn)引導(dǎo)的箭頭標(biāo)志等信息(見(jiàn)圖5a)。250×40像素的黑白液晶面板配置在儀表盤(pán)上，所顯示的圖像將被投射到前車(chē)窗下部。投射光源采用了多個(gè)白光LED，顯示尺寸為128mm×20mm，抬頭顯示器模塊的外形尺寸為150mm×150mm×40mm。該公司的解說(shuō)員介紹說(shuō)："駕駛者只需在最小限度內(nèi)移動(dòng)視線(xiàn)便可獲得各種信息，并小會(huì)影響到駕駛者透過(guò)車(chē)窗觀察車(chē)外情況的通常駕駛狀態(tài)。"

　　將顯示信息集中在最小范圍內(nèi)，駕駛者便可很容易地獲得必要的信息，而不會(huì)產(chǎn)生混亂。另外，在警報(bào)的顯示方法上也有所進(jìn)步。比如，當(dāng)檢測(cè)到行人時(shí)，如果行人位于車(chē)前方右側(cè)，那么行人檢測(cè)警報(bào)就會(huì)出現(xiàn)在顯示器的右側(cè)；如果行人位于車(chē)前方左側(cè)，警報(bào)就將出現(xiàn)在顯示器的左側(cè)。這樣，駕駛者便能夠更直觀地獲取警報(bào)。

　　日本大發(fā)工業(yè)(Daihatsu)還進(jìn)行了顯示信息的實(shí)際演示，能夠在駕駛者會(huì)經(jīng)常觀察的速度計(jì)等儀表盤(pán)的顯示器上顯示各種警報(bào)信息(見(jiàn)圖5b)。顯示器可重疊顯示兩種類(lèi)型的圖像信息，速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)等儀表盤(pán)顯示的一般信息位于下層，警報(bào)等需要引起駕駛者注意的信息位于上層。在圖5(b)中，上層圖像中央的黃色物體表示本車(chē)，左邊的紅色物體表示周?chē)钠渌?chē)輛，下層顏色略淺，主要顯示速度等。

　　儀表盤(pán)的顯示器模塊上部設(shè)計(jì)有投射速度計(jì)等通常信息的面板，下部設(shè)計(jì)有投射警報(bào)等信息的面板，均采用反光鏡投影。系統(tǒng)中對(duì)兩種類(lèi)型的圖像信息部分別進(jìn)行了調(diào)整，使得各圖像與駕駛者對(duì)焦的位置不同，這樣就可以讓駕駛者容易地分辨出上層圖像和下層圖像。

　　新型用戶(hù)接口

　　除此之外，新型的用戶(hù)接口(UI)也是受到極大關(guān)注的車(chē)載零部件之一。Clarion和先鋒展出了采用紅外傳感器的汽車(chē)導(dǎo)航儀UI，日立制作所展出了采用手指靜脈認(rèn)證傳感器的UI(見(jiàn)圖6)。

  　　Clarion公司展出的UI是在汽車(chē)導(dǎo)航儀的上下左右分別設(shè)置1個(gè)紅外傳感器，通過(guò)檢測(cè)手的動(dòng)作來(lái)控制汽車(chē)導(dǎo)航儀，它是由Clarion與日立制作所的日立人機(jī)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室(Human Interaction Laboratory)共同開(kāi)發(fā)的。紅外信號(hào)可通過(guò)汽車(chē)導(dǎo)航儀的微處理器進(jìn)行處理。Clarion的目的是實(shí)現(xiàn)新型UI的實(shí)用化，以取代觸摸面板和操縱開(kāi)關(guān)。 

　　先鋒展示的是一種結(jié)合了紅外傳感器和立體影像的新型UI，它能夠通過(guò)手左右移動(dòng)立體圖標(biāo)的動(dòng)作來(lái)選擇信息，該技術(shù)曾在CEATECJAPAN 2007上展出過(guò)。

　　日立制作所在汽車(chē)的方向盤(pán)上安裝了手指靜脈認(rèn)證傳感器。通過(guò)該傳感器對(duì)駕駛者進(jìn)行認(rèn)證，汽車(chē)就能夠根據(jù)駕駛者的喜好設(shè)定座椅的位置和空調(diào)的溫度等。該系統(tǒng)能夠識(shí)別出食指、中指、無(wú)名指的差異，并可以通過(guò)手指選擇音頻、汽車(chē)導(dǎo)航儀等。

　　在該公司過(guò)去用于ATM機(jī)的手指靜脈認(rèn)證傳感器中，攝像頭位于手指下方，并主要對(duì)指腹的靜脈圖形進(jìn)行認(rèn)證。而此次的手指靜脈認(rèn)證傳感器則采用手指橫向夾入式結(jié)構(gòu)，通過(guò)LED和攝像頭對(duì)手指?jìng)?cè)面的靜脈圖形進(jìn)行認(rèn)證。因此，不再需要手指下方的攝像頭，實(shí)現(xiàn)了薄型化，提高了其在方向盤(pán)上安裝的自由度。

　　東海理化演示了用于豐田汽車(chē)的單人電動(dòng)汽車(chē)i-REAL的操作設(shè)備。在i-REAL中，駕駛者用左右手分別握住配置在座椅左右兩側(cè)的板狀操作部分，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手腕進(jìn)行操作。向下推相當(dāng)于踩油門(mén)，向上拉相當(dāng)于踩剎車(chē)，向左或向右傾斜則是向相應(yīng)方向轉(zhuǎn)彎。與豐田汽車(chē)在2005年?yáng)|京車(chē)展上發(fā)布的單人電動(dòng)汽車(chē)i-swing相比，i-REAL中增加了緊急制動(dòng)開(kāi)關(guān)，一旦握住操作部分，緊急制動(dòng)開(kāi)關(guān)便會(huì)啟動(dòng)。

　　無(wú)論是i-REAL還是i-swing，在左右兩側(cè)均設(shè)計(jì)有操作部分，只要其中一個(gè)啟動(dòng)，另一個(gè)便會(huì)隨之聯(lián)動(dòng)。但是，i-REAL的左右操作部分是通過(guò)機(jī)械連接進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，而i-swing采用的是電氣聯(lián)動(dòng)。該公司表示，目前，采用機(jī)械聯(lián)動(dòng)有利于降低成本。

　　窺視今后的汽車(chē)導(dǎo)航儀

　　在汽車(chē)導(dǎo)航儀方面，各汽車(chē)導(dǎo)航儀廠(chǎng)商和地圖廠(chǎng)商展出了多款新產(chǎn)品(見(jiàn)圖7)。Clarion公司展示了新一代PND(個(gè)人／便攜導(dǎo)航?jīng)]備)的模型。在其展示出的產(chǎn)品中，有的像手機(jī)那樣可以折疊；有的帶有攝像頭；有的具有很高的抗沖擊性和防水性，適于室外使用；還有的具有較高的娛樂(lè)性，可利用各種各樣的圖案進(jìn)行周?chē)h(huán)境的檢索等。

　　Xanavi Informatics公司推出了一種被稱(chēng)為Petit Navigation的參考產(chǎn)品，產(chǎn)品中集中了幾種常用功能，使用很方便。比如，只顯示沿途施設(shè)中必要信息的"沿途施設(shè)信息"，以及顯示從當(dāng)前所在地到最近的干線(xiàn)道路的詳細(xì)路線(xiàn)的"干線(xiàn)道路向?qū)?quot;等功能。

　　Zenrin公司明確表示將會(huì)致力于日本海外城市的汽車(chē)導(dǎo)航儀地圖目錄的制作和銷(xiāo)售。該公司認(rèn)為，由于日本國(guó)內(nèi)的汽車(chē)導(dǎo)航儀地圖目錄的需求已經(jīng)達(dá)到飽和，因此必須開(kāi)拓海外市場(chǎng)。具體來(lái)說(shuō)，就是針對(duì)全球各大城市，大力開(kāi)發(fā)和銷(xiāo)售結(jié)合了詳細(xì)的二維地圖和三維數(shù)字地圖的地圖目錄GCM(指導(dǎo)性城市模型)。Zenrin首先從柏林、巴黎、紐約等城市入手，計(jì)劃到2010年末，完成北美和歐洲各40多個(gè)城市地圖目錄的制作上作。

　　先鋒以IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，制定了車(chē)載接口標(biāo)準(zhǔn)IDB-1394。在此次展會(huì)上，先鋒演示了采用這種接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的影像傳輸。該系統(tǒng)是由IBEX技術(shù)公司、TI及矢崎總業(yè)共同開(kāi)發(fā)的。演示中，藍(lán)光光盤(pán)播放器與2臺(tái)大型PDP由1根電纜進(jìn)行連接，播放器播放的全高清圖像以50Mbps的速度傳輸?shù)礁鱌DP上進(jìn)行顯示。通常情況下，兩個(gè)PDP之間會(huì)出現(xiàn)通信延遲的現(xiàn)象，兩者顯示的影響大約會(huì)相差1秒。但此次，通過(guò)結(jié)合IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)與MPEG-2編解碼器，通信延遲現(xiàn)象得到了有效抑制。

　　使用SiC的逆變器閃亮登場(chǎng)

　　此次展會(huì)中，逆變器模塊也倍受關(guān)注。日本電裝公司對(duì)其面向混合動(dòng)力車(chē)開(kāi)發(fā)的安裝了SiC器件的逆變器模塊進(jìn)行了實(shí)際演示，即利用該逆變器模塊驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，并轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)輪(見(jiàn)圖8)。該逆變器模塊中包含了用SiC材料制作的肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)和MOSFET。另外，SiC襯底也是由電裝公司試制的。

 
　　在演示中，向逆變器模塊提供72V的電源，用來(lái)驅(qū)動(dòng)3相交流馬達(dá)。模塊內(nèi)包含有6組MOSFET和SBD器件(每組包括2個(gè)MOSFET和1個(gè)SBD)，每2組構(gòu)成1相。SBD和MOSFET的耐壓均為1200V。MOSFET的大小為5mm2，輸出電流為30A～40A；SBD的大小為8mm2，輸出電流約為200A。

　　今后，公司計(jì)劃進(jìn)一步降低電阻、提高輸出電流密度，并增大器件尺寸，實(shí)現(xiàn)大功率化。此次的SiCMOSFET的輸出電流密度約為200A／cm2，今后計(jì)劃將超過(guò)SiIGBT，提高到2倍以上，達(dá)到400A／cm2～800A／cm2；導(dǎo)通電阻目前為8mΩ·cm2～10mΩ·cm2，今后計(jì)劃將降低約2／3。為了減小導(dǎo)通電阻，必須在保持1200V耐壓的基礎(chǔ)上，減薄漂移層，并對(duì)MOS結(jié)構(gòu)中氧化物和SiC的界面進(jìn)行改進(jìn)。