汽車(chē)安全技術(shù)如何實(shí)現零傷亡
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被動(dòng)安全和主動(dòng)安全
被動(dòng)安全中的安全氣囊市場(chǎng)發(fā)展極為迅速，并將成為當前以及未來(lái)幾年間最廣泛使用的安全技術(shù)。“2015年，中國汽車(chē)市場(chǎng)安全氣囊的普及率將超過(guò)90%，安全氣囊技術(shù)正在日趨成熟。”飛思卡爾全球汽車(chē)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Marc Osajda表示。
目前，包含正面氣囊的輔助防護安全系統(SRS)已經(jīng)成為很多中檔轎車(chē)的標準配置。隨著(zhù)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(jìn)的氣囊系統發(fā)展。“未來(lái)的趨勢，將是低檔轎車(chē)中將兩個(gè)正面氣囊作為標準配置，而中高檔轎車(chē)中將出現六個(gè)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(chē)電子事業(yè)部安全系統市場(chǎng)高級經(jīng)理Francis Foo說(shuō)。
上世紀90年代早期，汽車(chē)安全氣囊系統大量采用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(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，飛思卡爾近期推出了多款MEMS產(chǎn)品，包括MMA5xxxW衛星碰撞加速度計、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(lái)研發(fā)完成。
“未來(lái)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(gè)被稱(chēng)為‘傳感器融合’或‘系統級封裝’的新時(shí)代。主、被動(dòng)安全系統的融合帶來(lái)了新的挑戰，可以通過(guò)把不同傳感器集成到單個(gè)封裝中(如陀螺儀加低加速度傳感器)來(lái)解決這些問(wèn)題。”飛思卡爾所使用的全面集成的TPMS系統級封裝，包括4個(gè)晶片：壓力傳感器、加速度傳感器、一個(gè)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(dòng)系統(ABS)雖然在發(fā)達國家中已經(jīng)被公認為是標準配置，但是在中國等發(fā)展中國家的發(fā)展潛力仍然十分巨大。”Francis Foo補充道，“而如EPS、TPMS等其他安全系統也獲得了足夠的市場(chǎng)重視。這四個(gè)主要的安全系統目前占據了全球汽車(chē)安全系統的絕大部分份額。”
未來(lái)汽車(chē)安全技術(shù)需要給車(chē)輛提供前、后、左、右360度的安全保護，用德?tīng)柛９镜恼f(shuō)法，就是需要給車(chē)輛提供360度的安全屏障(Safety Cocoon)。其所使用到的技術(shù)包括：
1. 自適應巡航系統ACC、前向碰撞預告警系統FCW、碰撞緩解和避撞系統AB/ABA；
2. 車(chē)道偏離告警系統LDW、駕駛員車(chē)道保持能力告警LKP、主動(dòng)夜視系統ANV、前大燈控制系統AHC、交通標志識別系統TSR；
3. 車(chē)輛盲區檢測、換道輔助、車(chē)輛追尾預告警；
4. 車(chē)輛后視影像系統、智能泊車(chē)輔助系統。
在上述眾多先進(jìn)技術(shù)中，最典型的是車(chē)道偏離和前撞預警，其技術(shù)基礎是視頻和雷達。據ADI大中華區汽車(chē)電子商務(wù)經(jīng)理李防震介紹，目前中國本土的安全模塊供應商以及大學(xué)，已經(jīng)研發(fā)出以視頻技術(shù)為基礎的車(chē)道偏離和夜視功能，不過(guò)采用雷達技術(shù)還處在一個(gè)開(kāi)始階段。
“確實(shí)，目前使用新式雷達和成像技術(shù)的防撞型預防式安全技術(shù)，在采用方面仍處在初期階段，”Atmel亞太區及日本RFA業(yè)務(wù)營(yíng)銷(xiāo)總監Goh Yan表示，“僅有幾家主要OEM廠(chǎng)商開(kāi)始將該技術(shù)作為一項安全選配。”
“主動(dòng)安全產(chǎn)品與其它汽車(chē)電子產(chǎn)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(guān)。”德?tīng)柛?中國)科技研發(fā)中心安全系統新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部門(mén)經(jīng)理沈駿強博士在這里特別強調，“因此，將一個(gè)在北美和歐洲開(kāi)發(fā)完善的主動(dòng)安全系統原封不動(dòng)拿到中國市場(chǎng)來(lái)，不一定是最佳方案。供應商必須針對中國的實(shí)際情況進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，不僅調整標定參數，還要修改核心算法。同時(shí)，也需要在中國的路面上進(jìn)行大量試驗和數據采集及分析。”
德?tīng)柛Ｄ壳暗碾娮訏呙枥走_ESR和智能前視視頻系統IFV，能夠提供對車(chē)輛的前向安全保護。ESR雷達是多模式電子掃描雷達，提供長(cháng)距離和中距離兩種覆蓋范圍?；贓SR雷達可以構建具備起停功能的ACC系統、FCW系統、AB/ABA系統。IFV是一個(gè)集成了攝像頭和處理器的視頻系統，尺寸小但功能強大，可以安裝在擋風(fēng)玻璃后，提供LDW、LKP、ANV以及基于視頻的FCW系統。同時(shí)，ESR雷達信號和IFV的視頻信號還可以進(jìn)行融合，提供基于數據融合的FCW和AB/ABA系統。據Marc Osajda介紹，飛思卡爾在該領(lǐng)域也在不斷創(chuàng )新，其針對盲點(diǎn)監測(BSP)或自適應巡航控制的RF雷達解決方案正在開(kāi)發(fā)中。
安全系統的復雜性毫無(wú)疑問(wèn)為芯片供應商帶來(lái)的更多的挑戰。“關(guān)鍵的需求和挑戰將集中在提供技術(shù)方面。”德州儀器汽車(chē)電子產(chǎn)品中國區高級經(jīng)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(dòng)安全技術(shù)中，信號處理同上面提到的信號采集同樣重要。主動(dòng)安全技術(shù)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(shù)。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(chē)電子安全系統的兼容性，而且軟硬件可重復使用。該產(chǎn)品系列配備高性能的CPU，在80MHz時(shí)每秒可處理高達8,000萬(wàn)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(xiàn)或I2S接口。而MultiCAN(CAN 2.0B現行版本)則可通過(guò)三個(gè)CAN節點(diǎn)提供最多64個(gè)可靈活分配的消息對象，并具有網(wǎng)關(guān)功能。此外，英飛凌針對該領(lǐng)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(chǎn)品，專(zhuān)門(mén)優(yōu)化電子助力轉向、車(chē)輛穩定控制及駕駛員輔助等安全應用。雙核MPC564xL包含兩個(gè)“通道”，其中每個(gè)通道都包括一個(gè)內核、總線(xiàn)、中斷控制器、內存控制器和其他內核相關(guān)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(kāi)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(chē)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提供處理能力，而一款通信控制器則可用于汽車(chē)電子系統內不同傳感器模塊之間的重要通信。
李防震表示：“當前客戶(hù)對輔助駕駛系統的開(kāi)發(fā)需求不僅限于芯片技術(shù)層面，應用和系統軟件層面的資源與支持也必不可少。”為此，ADI特意開(kāi)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(hù)的軟件編程工作量。
事實(shí)上，幾乎所有電子解決方案都會(huì )涉及到軟件開(kāi)發(fā)，而擁有更多后臺運行軟件的情況也正在不斷增加。對于傳統的被動(dòng)安全，由于系統的集成度越來(lái)越高，ECU的開(kāi)發(fā)會(huì )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(lái)了更高級的安全功能以及更低的成本，而且這也是技術(shù)發(fā)展的趨勢。
此外，Goh Yan還認為，在汽車(chē)內增加模塊化系統，并不會(huì )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(gè)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(xiàn)和LIN總線(xiàn)，這些模塊之間的通信亦被簡(jiǎn)化。
汽車(chē)安全法規情況
按照Marc Osajda的想法，現代汽車(chē)中部署安全系統主要源于兩個(gè)因素的驅動(dòng)：一是嚴格的法規要求車(chē)輛制造商實(shí)施電子安全系統。例如，FMVSS要求在美國必須安裝電子穩定控制系統和胎壓監測系統，歐洲也將強制執行。而考慮到所有車(chē)輛和道路使用者的利益，預計類(lèi)似法規也將在中國實(shí)施。
二是客戶(hù)需要更安全的車(chē)輛。NCAP規定，按照法律要求，車(chē)輛安全得分是做出買(mǎi)車(chē)決定時(shí)必須考慮的一個(gè)因素。對于正在打算購買(mǎi)車(chē)輛的消費者來(lái)說(shuō)，安全氣囊和ABS/ESP是最基本的要求。
事實(shí)上，電子安全系統以及它們對人類(lèi)福祉所具有的直接影響，開(kāi)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(chē)行業(yè)，以確保汽車(chē)的電子系統完全安全。這些新要求影響著(zhù)整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，并且對汽車(chē)電子協(xié)會(huì )(AEC)AEC-Q100或ISO-9000質(zhì)量要求也同樣產(chǎn)生著(zhù)影響。工程師從一開(kāi)始設計流程，就必須收集證據來(lái)證明該產(chǎn)品是根據法規標準進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。
李防震表示，作為芯片供應商，ADI的所有產(chǎn)品一定要通過(guò)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(chē)子在出場(chǎng)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去強制企業(yè)安裝相應的功能。
“從系統標準方面來(lái)講有ISO標準，”沈駿強介紹，“所以德?tīng)柛ｉ_(kāi)發(fā)主動(dòng)安全系統的一個(gè)最基本前提是滿(mǎn)足ISO標準。從法規方面來(lái)講，北美和歐洲都有相關(guān)主動(dòng)安全方面的法規和車(chē)輛安全評價(jià)標準。譬如NCAP標準針對前向預碰撞告警等都有相關(guān)的測試要求和通過(guò)標準。中國汽車(chē)電子市場(chǎng)在法規方面在緊跟歐美，除了已經(jīng)實(shí)施的被動(dòng)安全方面的法規外，在主動(dòng)安全特別是在行人保護方面有相關(guān)的建議性法規出臺。”
雖然中國汽車(chē)電子行業(yè)目前已經(jīng)全面啟動(dòng)了“汽車(chē)電子標準化”工作，在新能源汽車(chē)方面國家也將出臺相應的政策法規鼓勵和規范這個(gè)正在發(fā)展中的行業(yè)，但事實(shí)上，中國汽車(chē)電子標準化工作與國外相比仍明顯滯后，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)缺少規范，這也影響著(zhù)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
除了安全法規，中國汽車(chē)市場(chǎng)還有一些獨到的特色。“中國市場(chǎng)與其它新興市場(chǎng)的一個(gè)主要區別就是，中國消費者期望每一輛汽車(chē)都擁有所有最新電子器件和功能，而其它一些市場(chǎng)只希望有基本配置的汽車(chē)。”顧雷表示，“這反過(guò)來(lái)也會(huì )推動(dòng)中國市場(chǎng)開(kāi)發(fā)數量驚人的新產(chǎn)品，與成熟西方市場(chǎng)相比，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期也非?？?。”
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