試析人工智能時代汽車傳感器的現(xiàn)狀與發(fā)展

鐘靖東 林啟航 張發(fā)暉

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展帶動了城市的建設(shè)水平，同時提高了人民物質(zhì)生活水平，人們對汽車的需求逐漸增加，從而推動著汽車行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)階段，汽車是人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦胁豢纱娴慕煌üぞ摺６鴤鞲衅魇瞧嚨闹饕獦?gòu)成部分，當(dāng)傳感器應(yīng)用更加科學(xué)先進(jìn)的技術(shù)手段后，能夠全面感知汽車的行駛狀態(tài)，同時獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，并向汽車控制系統(tǒng)傳輸對應(yīng)的數(shù)據(jù)，讓駕駛員擁有更加精準(zhǔn)的參考依據(jù)。在人工智能技術(shù)發(fā)展背景下，汽車傳感器的類型越來越多，其自動化和智能化程度不斷提升，在汽車傳感器當(dāng)中有效使用人工智能技術(shù)，能夠保證汽車行駛的穩(wěn)定性和安全性，增強汽車生產(chǎn)制造效果，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)科學(xué)發(fā)展。

2 淺析汽車傳感器的涵義

現(xiàn)如今，汽車發(fā)展的核心主要圍繞兩個方面，其一是為了將環(huán)保和能源問題引起的有關(guān)新能源汽車動力問題合理解決好，根據(jù)汽車制造業(yè)相關(guān)報告可知，在未來將會使用氫燃料電池作為汽車的發(fā)展方向；其二是為了提高汽車的安全性和舒適度，發(fā)展更加智能的汽車電子系統(tǒng)。而傳感器是汽車相應(yīng)技術(shù)的關(guān)鍵點，并且在如今的汽車電子技術(shù)發(fā)展背景下，傳感器的應(yīng)用程度進(jìn)一步提升了，汽車的配方功能和發(fā)動機(jī)制也在不斷強化中。另外，改進(jìn)底盤制動、操作功能可以保證汽車行駛的可靠性。從電子系統(tǒng)層面而言，在它運行過程中，其探測出的信號是主要的參照基礎(chǔ)，因此提高傳感器的精準(zhǔn)度、一致性和穩(wěn)定性是電子系統(tǒng)發(fā)展中的關(guān)鍵點，換言之傳感器技術(shù)直接反映了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平。

汽車傳感器，就是汽車測量系統(tǒng)中的前置部件，它可以將輸入量變換成可以測量的數(shù)據(jù)信號，并且傳感器包含了很多學(xué)科原理，必須要結(jié)合各種高新技術(shù)和學(xué)科內(nèi)容，這樣才能呈現(xiàn)完整的傳感器工作轉(zhuǎn)態(tài)。根據(jù)能量的轉(zhuǎn)換形式，可以將汽車傳感器劃分為有源型和無源型兩種；其中，無源型需要連接電源，傳感器還需要測非電量來控制和調(diào)節(jié)其中的能量；而有源型能夠把各種形式的非電量轉(zhuǎn)變成電量。帶比例放大接口的傳感器原理圖，見圖1。

圖1 傳感器原理圖

3 汽車傳感器的主要特征

3.1 實時性

因為汽車的構(gòu)成離不開傳感器的支持，在汽車每個部位安置相應(yīng)的傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測汽車結(jié)構(gòu)和汽車形式情況，并且可以隨時獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)狡嚳刂葡到y(tǒng)后，駕駛員就得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考。在汽車的車身、導(dǎo)航系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)等各種部位應(yīng)用傳感器，在傳感器的監(jiān)測的下自動調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度和風(fēng)速，以此提升汽車的舒適度；同時還可以準(zhǔn)確判斷汽車和障礙物之間的距離，以此降低汽車行駛中的相關(guān)風(fēng)險；另外，傳感器還可以根據(jù)汽車安全系數(shù)自動彈出安全氣囊，確保駕駛員的生命安全。

3.2 便利性

在汽車各個部位安裝傳感器以后，就可以實時獲取汽車行駛數(shù)據(jù)，同時運用數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，獲得汽車行駛中的全部數(shù)據(jù)，讓駕駛員在更加安全平穩(wěn)的環(huán)境中前進(jìn)，同時駕駛員還可以根據(jù)汽車控制系統(tǒng)掌握汽車行駛狀況和相應(yīng)功能。由此可見，在汽車結(jié)構(gòu)中安裝傳感器有著極大的便利性，特別是在導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用傳感器技術(shù)，可以根據(jù)行駛路線和周邊環(huán)境進(jìn)行有效判斷，并以此選擇最佳行車路線導(dǎo)航。另外，當(dāng)駕駛員操作倒車入庫時，通過圖像傳感器和紅外線傳感器，駕駛員也可以通過汽車系統(tǒng)獲得實時倒車影像，并在語音助手幫助下順利操作好倒車入庫，這樣可以有效避免視線盲區(qū)，降低車輛剮蹭幾率。

3.3 精準(zhǔn)性

傳感器的準(zhǔn)確性直接影響著汽車行駛安全性，這和汽車控制系統(tǒng)的功能有著相應(yīng)聯(lián)系。我國汽車制造業(yè)對于汽車的傳感器精準(zhǔn)度有著嚴(yán)格的要求和標(biāo)準(zhǔn)，尤其是傳感器測量誤差規(guī)定，若汽車傳感器測量誤差較大，準(zhǔn)確率達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，就會致使傳感器獲得的數(shù)據(jù)信息不準(zhǔn)確，最終影響著汽車控制系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)的真實性和準(zhǔn)確性，嚴(yán)重影響著駕駛員的判斷。特別是在高速行駛的情況下，細(xì)小的數(shù)據(jù)誤差都會引起嚴(yán)重后果；另外，傳感器還需要準(zhǔn)確判斷汽車發(fā)動機(jī)的壓力、轉(zhuǎn)速、流量和溫度，還有汽車的時速和剩余流量，只有更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)才能保證汽車行駛的安全性，從而達(dá)到交通法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，減少不必要的交通事故。所以汽車傳感具備著超高的精準(zhǔn)性。

3.4 智能化

上文提到，在汽車行駛中，如果出現(xiàn)細(xì)小的誤差都會引起嚴(yán)重的后果，威脅著車內(nèi)人員的生命安全。但是，在傳感器結(jié)構(gòu)中科學(xué)應(yīng)用智能化控制、分析和監(jiān)測技術(shù)，可以保障汽車行駛安全性，降低交通事故的發(fā)生幾率。當(dāng)汽車在行駛中遇到相應(yīng)的障礙物，汽車傳感器就會通過激光判斷障礙物和汽車之間的距離，同時發(fā)出警報，方便駕駛員及時調(diào)整車速和緊急避讓；另外，傳感器還可以智能化監(jiān)測和控制車門關(guān)閉狀態(tài)，有效規(guī)避在車門沒有關(guān)閉鎖死的情況下發(fā)動汽車。零位，傳感器可以在汽車受到強烈撞擊時精準(zhǔn)判斷數(shù)據(jù)的變化，并將這些變動上傳到汽車控制系統(tǒng)中，以此迅速啟動安全氣囊，保護(hù)車內(nèi)人員的安全。

4 應(yīng)用現(xiàn)狀

因為在汽車中已經(jīng)廣泛使用到了傳感器，一輛汽車中安裝了大約上百個傳感器，在發(fā)動機(jī)、底盤、導(dǎo)航系統(tǒng)等各部位應(yīng)用傳感器，可以全面獲取汽車行駛數(shù)據(jù)，同時精準(zhǔn)控制車內(nèi)溫度、速度、轉(zhuǎn)速等多個指標(biāo)，并相應(yīng)數(shù)據(jù)反饋到汽車控制系統(tǒng)中，以此提高汽車行駛安全性。同時安裝傳感器還可以準(zhǔn)確判斷汽車周邊的障礙物或其他異常情況，如果存在潛在危險就會自動發(fā)出警報，減少了交通事故的產(chǎn)生。

4.1 動力系統(tǒng)中的傳感器

將傳感器應(yīng)用到汽車動力系統(tǒng)中，可以讓動力系統(tǒng)精準(zhǔn)呈現(xiàn)汽車位置、電容、壓力、電流和速度等各方面數(shù)值，同時還能自動整理數(shù)據(jù)信息，為駕駛員提供正確的數(shù)據(jù)指導(dǎo)。對于數(shù)據(jù)的處理和分析功能，可以讓汽車行駛更加輕松，同時可以及時發(fā)現(xiàn)汽車存在的潛在風(fēng)險和問題，從而采取有效應(yīng)對方案。在傳感器監(jiān)測和分析數(shù)據(jù)期間，如果某一項數(shù)據(jù)超出正常標(biāo)準(zhǔn)影響行駛效果，則會及時反饋到汽車控制系統(tǒng)，并呈現(xiàn)給駕駛員，方便駕駛員充分掌握這些情況，并在一定程度上降低交通事故的產(chǎn)生幾率。

比如壓力傳感器，在動力匯集系統(tǒng)當(dāng)中，變速器燃油系統(tǒng)中的渦輪式發(fā)動機(jī)、氣缸負(fù)壓不斷上升，都需要壓力傳感器進(jìn)行檢測；還有柴油微粒濾清器DPF、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)以及柴油共軌等壓力也是同樣的道理。對于系統(tǒng)壓力和質(zhì)量的檢測，制動液和駕駛員還需要借助傳感器技術(shù)，將氣管的絕對壓力精準(zhǔn)測量出來，方便駕駛員具備準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考依據(jù)，無論是壓阻性還是電容性，都需要將傳感器中的元部件和信號處理間隔開。另外，壓力傳感器可以在惡劣環(huán)境中正常使用，同時還具備了良好的診斷能力和足夠的電磁兼容性。

4.2 底盤傳感器

汽車底盤傳感器主要是控制汽車的行駛、轉(zhuǎn)動和轉(zhuǎn)向，同時還可以準(zhǔn)確收集、分析和整理汽車變速器的運行速度、車身高度、發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)動效果以及加速踏板位置，其分析結(jié)果有利于駕駛員了解汽車的實際行駛瞬時速度，避免因為超速造成違章而受到不必要的處罰。汽車底盤傳感器的使用價值可以保證汽車行駛期間充分發(fā)揮相應(yīng)的制動功能，以此提升行駛期間的應(yīng)急能力。

4.3 車身控制傳感器

車身傳感器可以強化汽車行駛中的舒適度和安全性，并且車身控制傳感器的涉及范圍很廣，例如車外的環(huán)境和溫度，車內(nèi)的濕度和溫度等，并且可以智能調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)。還有控制光照的傳感器，能夠全面掌握倒車標(biāo)準(zhǔn)中的超聲波傳感器，而安全氣囊碰撞傳感器可以正確判斷大充氣囊引爆時間；門禁控制系統(tǒng)中的車速傳感器可以測量車輛和其他事物之間的距離，為駕駛員提供視覺盲區(qū)的圖像傳感器等，這些都屬于車身傳感器。

4.4 汽車雨量傳感器

如果汽車行駛在陰雨天氣，在擋風(fēng)玻璃后面安裝雨量傳感器，可以自動檢測下雨量，并根據(jù)雨量大小向ECU 傳遞信號。雨量傳感器的工作原理是紅外波光學(xué)傳感器，主要是通過一組信息傳輸?shù)絃ED 發(fā)光二極管以及接受端光電二極管兩者相互構(gòu)成。那接收端當(dāng)中的二極管可以輪流接受擋風(fēng)玻璃位置傳輸過來的各種光線，如果這些反射光線數(shù)量一樣，接收電路會輸出無電壓；當(dāng)雨滴掉落到雨量傳感器的敏感領(lǐng)域后，就會產(chǎn)生不同的反射光現(xiàn)象，從而會發(fā)出相應(yīng)的電壓信息，并在極短時間內(nèi)輸出數(shù)字脈沖。而其中的脈沖數(shù)量代表了雨量；如果擋風(fēng)玻璃上的雨滴越來越大，則反射光就會越少，這時ECU 就會根據(jù)雨量傳感器發(fā)出的數(shù)據(jù)信息來控制雨刷速度，從而提高行駛安全性，減少雨天交通事故產(chǎn)生幾率。

4.5 汽車圖像傳感器

在人工智能技術(shù)發(fā)展背景下，汽車行業(yè)不斷朝著安全性和自動化駕駛機(jī)器人方向發(fā)展，這樣汽車控制系統(tǒng)可以實時監(jiān)視周圍環(huán)境，并根據(jù)實際情況選擇相應(yīng)的應(yīng)對措施，以此減少周邊不良環(huán)境因素帶來的負(fù)面影響，從而達(dá)到安全性目的。而這樣的技術(shù)必須要視覺傳感器、雷達(dá)探測以及攝像頭的支持。并且在信息技術(shù)高速發(fā)展下，全景攝像頭的使用范圍不斷拓寬，成為了汽車制造的主要標(biāo)配。而汽車身后的全景倒車攝像頭必須要具備超高的答復(fù)能力和靈敏度，這樣才能減少當(dāng)車輛進(jìn)入交叉路口時和其他車輛發(fā)生碰撞或產(chǎn)生其他事故。全景攝像頭的主要構(gòu)成部分還有緊急制動輔助系統(tǒng)，可以使用在倒車盲點報警、航線控制、行駛車道偏離以及盲點檢測當(dāng)中，這樣可以及時獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并采取有效應(yīng)對措施。另外，汽車圖像傳感器具備了實時監(jiān)測范圍較廣的優(yōu)勢，同時能夠分析和處理好圖像畫質(zhì)，從一定層面而言，增強了車輛正常行駛的可靠性和安全性，也讓駕駛員可以感受到絕佳的、舒適的行駛體驗。

5 汽車傳感器的未來發(fā)展趨勢

5.1 檢測精度

在未來發(fā)展中，汽車傳感器將更加智能和精準(zhǔn)，其檢測速度也將有所提高。并且檢測精準(zhǔn)性本身也是汽車傳感器發(fā)展的中心，更是強化汽車綜合性能的有效做事。因此提升傳感器的檢測精準(zhǔn)度，還需要深入研究人工智能技術(shù)的特征和優(yōu)勢，同時還要借助其他先進(jìn)技術(shù)，才能確保汽車傳感的檢測降準(zhǔn)度得到明顯的強化，也讓碰撞預(yù)警、自動停車和智能控制車速等功能在汽車行駛中起到強大的作用。

5.2 反應(yīng)速度

提高汽車傳感器的數(shù)據(jù)信息檢測精準(zhǔn)度后，傳感器可以立即將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)上傳到總控制系統(tǒng)；然后結(jié)合總控制系統(tǒng)的相關(guān)指令進(jìn)行傳感器控制性能。這一步驟花費的時間和傳感器的反應(yīng)速度有著直接的關(guān)系。在人工智能技術(shù)不斷深入開發(fā)背景下，在未來還有研究出更多先進(jìn)的功能，并且可以有效應(yīng)用到汽車行駛中。應(yīng)用先進(jìn)功能的基礎(chǔ)條件就是不斷提升汽車傳感器的反應(yīng)速度和準(zhǔn)確率，這樣才能達(dá)到各種功能使用要求。那么就算人工智能技術(shù)再先進(jìn)，其使用功能在強大，若傳感器的反應(yīng)比較緩慢的話，也會嚴(yán)重制約這些功能效率，阻礙著汽車行業(yè)的健康發(fā)展。這說明了傳感器反應(yīng)速度不僅可以提高突發(fā)事故的處理能力，還可以充分發(fā)揮其他功能的作用，從而推動人工智能技術(shù)的發(fā)展。

6 結(jié)語

想要有機(jī)整合人工智能技術(shù)和汽車傳感器，首要任務(wù)是掌握汽車傳感的工作原理，了解傳感器的相關(guān)特征和作用，結(jié)合汽車內(nèi)容結(jié)構(gòu)分類，進(jìn)一步梳理清楚汽車內(nèi)部傳感器的功能和價值。同時還要進(jìn)一步掌握人工智能時代下汽車傳感器的實際使用，突出人工智能技術(shù)在傳感器中的作用，從而發(fā)揮傳感器在汽車行駛中的優(yōu)勢，以此改變汽車行駛環(huán)境。還要全面分析汽車整體，掌控汽車傳感器的未來發(fā)展方向，著重提升傳感器的精準(zhǔn)性和反應(yīng)速度。不斷優(yōu)化人工智能技術(shù)和傳感器的結(jié)合，才能充分發(fā)揮汽車傳感的實際作用，推動汽車行業(yè)的科學(xué)發(fā)展。