汽車(chē)安全技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)零傷亡

汽車(chē)安全一直都是大家關(guān)注的話(huà)題，隨著去年中國(guó)取代美國(guó)成為最大汽車(chē)銷(xiāo)售國(guó)，無(wú)論是汽車(chē)企業(yè)、零部件供應(yīng)商還是中國(guó)的普通消費(fèi)者，對(duì)安全問(wèn)題的關(guān)注度都在與日俱增。汽車(chē)安全性所涉及的范圍很廣，大到專(zhuān)門(mén)的安全配置，小到每個(gè)零部件、每塊鋼板，每個(gè)焊點(diǎn)甚至是焊點(diǎn)位置。從當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，從被動(dòng)安全、主動(dòng)安全、主動(dòng)安全功能集成再到主被動(dòng)安全功能集成，汽車(chē)安全技術(shù)正朝著“零傷亡”的方向不斷努力。

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(dāng)前以及未來(lái)幾年間最廣泛使用的安全技術(shù)。“2015年，中國(guó)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(hù)安全系統(tǒng)(SRS)已經(jīng)成為很多中檔轎車(chē)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(jìn)的氣囊系統(tǒng)發(fā)展。“未來(lái)的趨勢(shì)，將是低檔轎車(chē)中將兩個(gè)正面氣囊作為標(biāo)準(zhǔn)配置，而中高檔轎車(chē)中將出現(xiàn)六個(gè)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(chē)電子事業(yè)部安全系統(tǒng)市場(chǎng)高級(jí)經(jīng)理Francis Foo說(shuō)。

上世紀(jì)90年代早期，汽車(chē)安全氣囊系統(tǒng)大量采用MEMS加速計(jì)，這也促成了MEMS設(shè)計(jì)的第一波發(fā)展浪潮。作為安全氣囊加速計(jì)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(jì)、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(duì)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(lái)研發(fā)完成。

“未來(lái)MEMS傳感器的發(fā)展趨勢(shì)仍然是減小體積、增強(qiáng)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(tǒng)級(jí)封裝’的新時(shí)代。主、被動(dòng)安全系統(tǒng)的融合帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，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(tǒng)級(jí)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(tǒng)(ABS)雖然在發(fā)達(dá)國(guó)家中已經(jīng)被公認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)配置，但是在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家的發(fā)展?jié)摿θ匀皇志薮蟆?rdquo;Francis Foo補(bǔ)充道，“而如EPS、TPMS等其他安全系統(tǒng)也獲得了足夠的市場(chǎng)重視。這四個(gè)主要的安全系統(tǒng)目前占據(jù)了全球汽車(chē)安全系統(tǒng)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(hù)，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(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(chē)道偏離告警系統(tǒng)LDW、駕駛員車(chē)道保持能力告警LKP、主動(dòng)夜視系統(tǒng)ANV、前大燈控制系統(tǒng)AHC、交通標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)TSR；

3. 車(chē)輛盲區(qū)檢測(cè)、換道輔助、車(chē)輛追尾預(yù)告警；

4. 車(chē)輛后視影像系統(tǒng)、智能泊車(chē)輔助系統(tǒng)。

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(yù)警，其技術(shù)基礎(chǔ)是視頻和雷達(dá)。據(jù)ADI大中華區(qū)汽車(chē)電子商務(wù)經(jīng)理李防震介紹，目前中國(guó)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(chē)道偏離和夜視功能，不過(guò)采用雷達(dá)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(dá)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(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)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(xiàng)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(xí)慣有關(guān)。”德?tīng)柛?中國(guó))科技研發(fā)中心安全系統(tǒng)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部門(mén)經(jīng)理沈駿強(qiáng)博士在這里特別強(qiáng)調(diào)，“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(tǒng)原封不動(dòng)拿到中國(guó)市場(chǎng)來(lái)，不一定是最佳方案。供應(yīng)商必須針對(duì)中國(guó)的實(shí)際情況進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，不僅調(diào)整標(biāo)定參數(shù)，還要修改核心算法。同時(shí)，也需要在中國(guó)的路面上進(jìn)行大量試驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集及分析。”

德?tīng)柛Ｄ壳暗碾娮訏呙枥走_(dá)ESR和智能前視視頻系統(tǒng)IFV，能夠提供對(duì)車(chē)輛的前向安全保護(hù)。ESR雷達(dá)是多模式電子掃描雷達(dá)，提供長(zhǎng)距離和中距離兩種覆蓋范圍?；贓SR雷達(dá)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(gè)集成了攝像頭和處理器的視頻系統(tǒng)，尺寸小但功能強(qiáng)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(shí)，ESR雷達(dá)信號(hào)和IFV的視頻信號(hào)還可以進(jìn)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(duì)盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)(BSP)或自適應(yīng)巡航控制的RF雷達(dá)解決方案正在開(kāi)發(fā)中。

安全系統(tǒng)的復(fù)雜性毫無(wú)疑問(wèn)為芯片供應(yīng)商帶來(lái)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(chē)電子產(chǎn)品中國(guó)區(qū)高級(jí)經(jīng)理顧雷表示，“故障安全設(shè)計(jì)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(dòng)安全技術(shù)中，信號(hào)處理同上面提到的信號(hào)采集同樣重要。主動(dòng)安全技術(shù)大量采用了復(fù)雜的數(shù)字和模擬信號(hào)處理，以及圖像處理和模式識(shí)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(yùn)行的平臺(tái)。

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(kuò)展性及涵蓋眾多汽車(chē)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(shí)每秒可處理高達(dá)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(xiàn)行版本)則可通過(guò)三個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)提供最多64個(gè)可靈活分配的消息對(duì)象，并具有網(wǎng)關(guān)功能。此外，英飛凌針對(duì)該領(lǐng)域還提供8位XC800和32位TriCore MCU系列。

飛思卡爾針對(duì)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(zhuān)門(mén)優(yōu)化電子助力轉(zhuǎn)向、車(chē)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(gè)“通道”，其中每個(gè)通道都包括一個(gè)內(nèi)核、總線(xiàn)、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(duì)ADAS應(yīng)用的MCU目前也正在開(kāi)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(chē)引擎蓋下的應(yīng)用。其功能強(qiáng)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(chē)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(hù)對(duì)輔助駕駛系統(tǒng)的開(kāi)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(kāi)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(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(tái)運(yùn)行軟件的情況也正在不斷增加。對(duì)于傳統(tǒng)的被動(dòng)安全，由于系統(tǒng)的集成度越來(lái)越高，ECU的開(kāi)發(fā)會(huì)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(lái)了更高級(jí)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(shì)。

此外，Goh Yan還認(rèn)為，在汽車(chē)內(nèi)增加模塊化系統(tǒng)，并不會(huì)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?yàn)樵谶@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(shù)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(guī)情況

按照Marc Osajda的想法，現(xiàn)代汽車(chē)中部署安全系統(tǒng)主要源于兩個(gè)因素的驅(qū)動(dòng)：一是嚴(yán)格的法規(guī)要求車(chē)輛制造商實(shí)施電子安全系統(tǒng)。例如，F(xiàn)MVSS要求在美國(guó)必須安裝電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)和胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，歐洲也將強(qiáng)制執(zhí)行。而考慮到所有車(chē)輛和道路使用者的利益，預(yù)計(jì)類(lèi)似法規(guī)也將在中國(guó)實(shí)施。

二是客戶(hù)需要更安全的車(chē)輛。NCAP規(guī)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(duì)于正在打算購(gòu)買(mǎi)車(chē)輛的消費(fèi)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(tǒng)以及它們對(duì)人類(lèi)福祉所具有的直接影響，開(kāi)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(chē)行業(yè)，以確保汽車(chē)的電子系統(tǒng)完全安全。這些新要求影響著整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，并且對(duì)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)生著影響。工程師從一開(kāi)始設(shè)計(jì)流程，就必須收集證據(jù)來(lái)證明該產(chǎn)品是根據(jù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)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(guò)國(guó)際認(rèn)可的測(cè)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(cè)試如EMI/EMC等，車(chē)子在出場(chǎng)之前還有很多安全的測(cè)試，如NCAP等。為了使安全得到保證，各國(guó)政府也出臺(tái)了相應(yīng)法規(guī)去強(qiáng)制企業(yè)安裝相應(yīng)的功能。

“從系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)方面來(lái)講有ISO標(biāo)準(zhǔn)，”沈駿強(qiáng)介紹，“所以德?tīng)柛ｉ_(kāi)發(fā)主動(dòng)安全系統(tǒng)的一個(gè)最基本前提是滿(mǎn)足ISO標(biāo)準(zhǔn)。從法規(guī)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(guī)和車(chē)輛安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。譬如NCAP標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)前向預(yù)碰撞告警等都有相關(guān)的測(cè)試要求和通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)汽車(chē)電子市場(chǎng)在法規(guī)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(guī)外，在主動(dòng)安全特別是在行人保護(hù)方面有相關(guān)的建議性法規(guī)出臺(tái)。”

雖然中國(guó)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(biāo)準(zhǔn)化”工作，在新能源汽車(chē)方面國(guó)家也將出臺(tái)相應(yīng)的政策法規(guī)鼓勵(lì)和規(guī)范這個(gè)正在發(fā)展中的行業(yè)，但事實(shí)上，中國(guó)汽車(chē)電子標(biāo)準(zhǔn)化工作與國(guó)外相比仍明顯滯后，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)缺少規(guī)范，這也影響著整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

除了安全法規(guī)，中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)還有一些獨(dú)到的特色。“中國(guó)市場(chǎng)與其它新興市場(chǎng)的一個(gè)主要區(qū)別就是，中國(guó)消費(fèi)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(guó)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)數(shù)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?？?。”