挽救生命的傳感器：半導(dǎo)體如何改變汽車(chē)安全

隨著世界上人口增多和道路上行駛的車(chē)輛增多，交通安全的改善還不能很快實(shí)現(xiàn)。盡管自2000年以來(lái)死亡率已降低了一半以上，從每100,000輛車(chē)輛中的135例降低到64例，但死亡總數(shù)仍在繼續(xù)攀升。今天，有94％的事故歸因于駕駛員的行為。

現(xiàn)在的汽車(chē)比以往任何時(shí)候都更安全。安全氣囊、強(qiáng)制安全帶以及車(chē)輛結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)的改進(jìn)讓駕駛員和乘客更有可能從撞車(chē)事故中離開(kāi)。更好的制動(dòng)和轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)，以及防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）或電子穩(wěn)定控制（ESC）等常見(jiàn)的創(chuàng)新，都依靠精確的傳感器來(lái)提高安全性，而先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）使得交通事故的可能性更低。隨著汽車(chē)變得更加自主，其目的是進(jìn)一步降低這種風(fēng)險(xiǎn)。最終目標(biāo)是全自動(dòng)駕駛，即“5級(jí)”，這可有效地消除人為錯(cuò)誤。零傷亡愿景是一項(xiàng)多國(guó)計(jì)劃，其設(shè)想沒(méi)有道路交通事故導(dǎo)致死亡或重傷。改善汽車(chē)安全性的主要因素之一是提高汽車(chē)中電子器件的水平。例如，目前全球平均每輛汽車(chē)中有超過(guò)230個(gè)安森美半導(dǎo)體器件。

如果我們要實(shí)現(xiàn)零愿景，就不能自滿，還有許多工作要做。盡管汽車(chē)更安全了，但至少在發(fā)達(dá)國(guó)家，道路交通傷害仍然是5至29歲人群最普遍的死亡原因，根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）報(bào)告，每年因道路交通事故造成的死亡已達(dá)135萬(wàn)人。

Blind-Spot Detection：盲點(diǎn)檢測(cè)，Backup Camera：后視攝像頭，Car DVR：行車(chē)記錄儀，Driver Monitoring：駕駛員監(jiān)控，Lane Departure Warning：車(chē)道偏離警告，Pedestrian/Object Detection：行人/物體檢測(cè)，Collision Mitigation：緩解碰撞，Adaptive Cruise Control：自適應(yīng)巡航控制，Smart Headlight/Mirror：智能大燈/車(chē)鏡，Night Vision：夜視

圖1 圖像傳感器在汽車(chē)上的應(yīng)用

傳感器整合

二十年前，您汽車(chē)中的任何傳感器都非常簡(jiǎn)單。您有一個(gè)測(cè)量油箱內(nèi)液位的燃油表，還有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度表。連同您的速度計(jì)和一些警告燈，也許還有轉(zhuǎn)速表，可能就是這樣。

如今，眾多電子傳感器幫助您確保安全。例如，相機(jī)和成像傳感器有很多用途，包括ADAS、安全倒車(chē)和停車(chē)的后視圖以及車(chē)內(nèi)監(jiān)控。這意味著對(duì)于汽車(chē)制造商、整車(chē)廠商（OEM）和Tier-1來(lái)說(shuō)，與具有廣泛產(chǎn)品的供應(yīng)商合作非常重要，以便他們可以為每種應(yīng)用選擇最佳的傳感器。傳感器還應(yīng)設(shè)計(jì)用于關(guān)鍵任務(wù)，并能夠在擴(kuò)展的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。

性能也很重要-傳感器必須具有足夠高的分辨率以捕獲ADAS和其他系統(tǒng)的足夠細(xì)節(jié)，并且必須提供出色的圖像質(zhì)量以應(yīng)對(duì)黑暗、惡劣的天氣、眩光和其他問(wèn)題。例如，出色的動(dòng)態(tài)范圍可以極大地改變從傳感器發(fā)送到ADAS系統(tǒng)處理器的圖像（見(jiàn)圖2）。可以毫不夸張地說(shuō)，這是生與死之間的區(qū)別，如果這意味著汽車(chē)可以更快地識(shí)別前方的問(wèn)題。

除圖像傳感器外，雷達(dá)和激光雷達(dá)（LiDAR）是當(dāng)今汽車(chē)的必備工具。雷達(dá)可用于短距離、中距離和遠(yuǎn)距離應(yīng)用，例如躲避轉(zhuǎn)向、交匯點(diǎn)輔助和自適應(yīng)巡航控制，可望向前250 m。對(duì)于每種使用情況，選擇合適的雷達(dá)收發(fā)器將確保最佳性能。

LiDAR補(bǔ)足雷達(dá)，其光子探測(cè)器能夠基于測(cè)量飛行時(shí)間（ToF）生成圖像以及3D地圖。這使LiDAR能夠提供高分辨率的深度數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)僅使用雷達(dá)或攝像機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)檢測(cè)能力。

實(shí)際上，最好的方案通常是在一種車(chē)輛中結(jié)合多種感知模式：成像、雷達(dá)和LiDAR，以及超聲波感知。使用多種類(lèi)型的傳感器，它們的優(yōu)勢(shì)可以一起發(fā)揮作用，并且內(nèi)置了冗余。

Competition：競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，ON Semiconductor：安森美半導(dǎo)體

圖2 動(dòng)態(tài)范圍對(duì)比 - 請(qǐng)注意，左側(cè)圖片中缺少隧道盡頭的詳細(xì)信息

付諸實(shí)踐 - 1億次

讓我們看一個(gè)示例系統(tǒng)：SUBARU的EyeSight駕駛員輔助系統(tǒng)，使用安森美半導(dǎo)體的120萬(wàn)像素AR0132AT CMOS圖像傳感器。EyeSight系統(tǒng)于2014年首次安裝在SUBARU的Levorg模型中，隨后又在Legacy、Forester、Impreza和SUBARU XV模型中提供。

EyeSight在其立體相機(jī)系統(tǒng)中使用圖像傳感器，以實(shí)現(xiàn)安全功能，包括自適應(yīng)巡航控制、車(chē)道保持輔助和搖擺警告、預(yù)碰撞制動(dòng)和預(yù)碰撞油門(mén)管理。該系統(tǒng)已獲眾多獎(jiǎng)項(xiàng)，包括日本新車(chē)評(píng)估計(jì)劃（JNCAP）的高級(jí)安全車(chē)三重加（ASV +++）最高評(píng)價(jià)。

現(xiàn)在，ADAS已成為一種主流技術(shù)，而不僅僅是高端汽車(chē)的保護(hù)。事實(shí)證明，安森美半導(dǎo)體已付運(yùn)超過(guò)1億個(gè)AR0132AT圖像傳感器用于駕駛員輔助應(yīng)用，包括EyeSight。似乎沒(méi)有其他供應(yīng)商達(dá)到這種數(shù)量（并且在2018年，安森美半導(dǎo)體在用于駕駛員輔助的感知攝像頭擁有81％的市場(chǎng)份額），這表明了技術(shù)采用的規(guī)模。

駕駛時(shí)打瞌睡是交通事故的另一個(gè)主要原因。技術(shù)可以幫助監(jiān)控駕駛員的表現(xiàn)，并在他們似乎駕駛不穩(wěn)時(shí)發(fā)出警報(bào)或警告。另一種選擇是使用基于攝像頭的系統(tǒng)來(lái)觀察駕駛員，并在發(fā)現(xiàn)疲勞跡象（如閉眼或頭部下垂）時(shí)觸發(fā)警報(bào)。例如，最近的演示系統(tǒng)集成了多個(gè)圖像傳感器，包括安森美半導(dǎo)體的AR0144AT 100萬(wàn)像素傳感器，為運(yùn)行人工智能（AI）軟件的車(chē)載系統(tǒng)提供圖像。

安全駕駛的未來(lái)

如今，僅美國(guó)就有28％的交通事故可以通過(guò)ADAS來(lái)防止，而安森美半導(dǎo)體的傳感器每年已經(jīng)挽救了81,000多條生命。這很好，但必須更好，我們將繼續(xù)努力改進(jìn)傳感器，并與合作伙伴合作，使汽車(chē)和道路更安全。成本也很重要；在低收入國(guó)家，交通事故的發(fā)生率要高得多，因此任何安全創(chuàng)新都應(yīng)該可以廣泛地負(fù)擔(dān)得起。

展望未來(lái)，我們還必須確保安全系統(tǒng)不僅能保護(hù)駕駛員和乘客，還需要幫助減少行人、摩托車(chē)手和騎自行車(chē)者的傷亡率。法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)正在認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，例如歐洲新車(chē)評(píng)估計(jì)劃（EuroNCAP 2020），傳感器技術(shù)可以在保護(hù)弱勢(shì)道路使用者方面發(fā)揮重要作用。

行業(yè)的長(zhǎng)期目標(biāo)必須是努力朝著零死亡、甚至零傷害和零事故的方向努力。這條路還有一段路要走，但我們正在努力盡快實(shí)現(xiàn)。