汽車安全技術(shù)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(dāng)前以及未來幾年間最廣泛使用的安全技術(shù)。“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(shù)正在日趨成熟。”飛思卡爾全球汽車營銷經(jīng)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(jīng)成為很多中檔轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著側(cè)面安全氣囊、簾式安全氣囊等氣囊數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(yù)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(jīng)理Francis Foo說。
上世紀(jì)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(shè)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(wèi)星碰撞加速度計、業(yè)內(nèi)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(chǔ)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(jīng)被公認為是標(biāo)準(zhǔn)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(jù)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(shù)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(shù)包括：
1. 自適應(yīng)巡航系統(tǒng)ACC、前向碰撞預(yù)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(biāo)志識別系統(tǒng)TSR；
3. 車輛盲區(qū)檢測、換道輔助、車輛追尾預(yù)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(shù)中，最典型的是車道偏離和前撞預(yù)警，其技術(shù)基礎(chǔ)是視頻和雷達。據(jù)ADI大中華區(qū)汽車電子商務(wù)經(jīng)理李防震介紹，目前中國本土的安全模塊供應(yīng)商以及大學(xué)，已經(jīng)研發(fā)出以視頻技術(shù)為基礎(chǔ)的車道偏離和夜視功能，不過采用雷達技術(shù)還處在一個開始階段。
“確實，目前使用新式雷達和成像技術(shù)的防撞型預(yù)防式安全技術(shù)，在采用方面仍處在初期階段，”Atmel亞太區(qū)及日本RFA業(yè)務(wù)營銷總監(jiān)Goh Yan表示，“僅有幾家主要OEM廠商開始將該技術(shù)作為一項安全選配。”
“主動安全產(chǎn)品與其它汽車電子產(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(xí)慣有關(guān)。”德爾福(中國)科技研發(fā)中心安全系統(tǒng)新產(chǎn)品開發(fā)部門經(jīng)理沈駿強博士在這里特別強調(diào)，“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(yīng)商必須針對中國的實際情況進行二次開發(fā)，不僅調(diào)整標(biāo)定參數(shù)，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(shù)據(jù)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?；贓SR雷達可以構(gòu)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(fēng)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(shù)據(jù)融合的FCW和AB/ABA系統(tǒng)。據(jù)Marc Osajda介紹，飛思卡爾在該領(lǐng)域也在不斷創(chuàng)新，其針對盲點監(jiān)測(BSP)或自適應(yīng)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(fù)雜性毫無疑問為芯片供應(yīng)商帶來的更多的挑戰(zhàn)。“關(guān)鍵的需求和挑戰(zhàn)將集中在提供技術(shù)方面。”德州儀器汽車電子產(chǎn)品中國區(qū)高級經(jīng)理顧雷表示，“故障安全設(shè)計特性(如：冗余和內(nèi)置安全自查)要求我們提供更高的集成度和復(fù)雜度。”
不可或缺的高性能微處理器
在主動安全技術(shù)中，信號處理同上面提到的信號采集同樣重要。主動安全技術(shù)大量采用了復(fù)雜的數(shù)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(fù)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(yīng)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(fù)使用。該產(chǎn)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(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(zhuǎn)向和ABS/ESP應(yīng)用，提供一整套Power Architecture微控制器，其中MPC564xL是其最新產(chǎn)品，專門優(yōu)化電子助力轉(zhuǎn)向、車輛穩(wěn)定控制及駕駛員輔助等安全應(yīng)用。雙核MPC564xL包含兩個“通道”，其中每個通道都包括一個內(nèi)核、總線、中斷控制器、內(nèi)存控制器和其他內(nèi)核相關(guān)的模塊。與當(dāng)前采用的雙MCU方法相比，成本更低。此外，針對ADAS應(yīng)用的MCU目前也正在開發(fā)中。
Atmel的MCU能夠在嚴(yán)苛的Grade 0條件下工作，非常適合汽車引擎蓋下的應(yīng)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(nèi)不同傳感器模塊之間的重要通信。
李防震表示：“當(dāng)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(shù)層面，應(yīng)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(shù)據(jù)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，所以雖然復(fù)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(shù)發(fā)展的趨勢。
此外，Goh Yan還認為，在汽車內(nèi)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(fù)雜性，反之，采用模塊化概念可以降低復(fù)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(shù)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(qū)動：一是嚴(yán)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(yù)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(yán)苛的要求。即將推出的功能性安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262將應(yīng)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(chǎn)品開發(fā)流程，并且對汽車電子協(xié)會(AEC)AEC-Q100或ISO-9000質(zhì)量要求也同樣產(chǎn)生著影響。工程師從一開始設(shè)計流程，就必須收集證據(jù)來證明該產(chǎn)品是根據(jù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進行開發(fā)的。
李防震表示，作為芯片供應(yīng)商，ADI的所有產(chǎn)品一定要通過國際認可的測試標(biāo)準(zhǔn)，如TS16949/AEC-Q100等標(biāo)準(zhǔn)；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(yīng)法規(guī)去強制企業(yè)安裝相應(yīng)的功能。
“從系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)方面來講有ISO標(biāo)準(zhǔn)，”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(biāo)準(zhǔn)。從法規(guī)方面來講，北美和歐洲都有相關(guān)主動安全方面的法規(guī)和車輛安全評價標(biāo)準(zhǔn)。譬如NCAP標(biāo)準(zhǔn)針對前向預(yù)碰撞告警等都有相關(guān)的測試要求和通過標(biāo)準(zhǔn)。中國汽車電子市場在法規(guī)方面在緊跟歐美，除了已經(jīng)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(guān)的建議性法規(guī)出臺。”
雖然中國汽車電子行業(yè)目前已經(jīng)全面啟動了“汽車電子標(biāo)準(zhǔn)化”工作，在新能源汽車方面國家也將出臺相應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)化工作與國外相比仍明顯滯后，產(chǎn)品開發(fā)缺少規(guī)范，這也影響著整個產(chǎn)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(shù)量驚人的新產(chǎn)品，與成熟西方市場相比，產(chǎn)品開發(fā)周期也非常快。”
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