人工智能背景下汽車傳感器發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢

張 潔

（福建師范大學(xué)協(xié)和學(xué)院， 福建 福州 350100）

0 引言

在城市建設(shè)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展持續(xù)深入發(fā)展的背景下，人民群眾的物質(zhì)生活水平得到了進(jìn)一步的提高。在此背景下，汽車需求量持續(xù)提升，現(xiàn)階段汽車已經(jīng)演變成人們在日常生活、工作中的主要交通工具之一。 其中，傳感器屬于汽車主要組成部分之一，在傳感器的作用下，可即時(shí)獲取汽車在行駛過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)， 然后將此類數(shù)據(jù)向汽車控制系統(tǒng)進(jìn)行傳輸， 讓駕駛員能夠及時(shí)掌握有用的參考信息。在人工智能時(shí)代背景下，車用傳感器功能逐漸增多，自動(dòng)化以及智能化程度也得到了進(jìn)一步的提升，在車用傳感器中運(yùn)用人工智能技術(shù)， 能夠確保汽車行駛過程的安全性以及提高汽車制造水平， 進(jìn)而讓我國汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展目標(biāo)。

1 汽車傳感器概述

現(xiàn)階段， 汽車在發(fā)展過程中主要將以下兩點(diǎn)作為重點(diǎn)：第一，解決環(huán)保與新能源汽車動(dòng)力問題，促進(jìn)能源使用效率的提高。 通過分析汽車制造業(yè)有關(guān)報(bào)告可知，汽車未來的發(fā)展方向?yàn)檫\(yùn)用氫燃料的電池；第二，促進(jìn)汽車安全性、舒適性的提高，讓汽車電子系統(tǒng)能夠朝著智能化的方向不斷發(fā)展。 作為汽車技術(shù)的重點(diǎn)之一，傳感器應(yīng)用程度得到了全面的提升， 讓汽車功能等得到了進(jìn)一步的完善。 同時(shí)，通過對(duì)底盤制動(dòng)以及操作功能的改善，有利于加強(qiáng)汽車在行駛過程中的可靠性。 立足于電子系統(tǒng)角度進(jìn)行分析，其在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)方面，需要將探測獲得的信號(hào)作為基礎(chǔ)，所以電子系統(tǒng)發(fā)展的重點(diǎn)為傳感器精準(zhǔn)度、一致性以及穩(wěn)定性。 在汽車測量系統(tǒng)中，汽車傳感器屬于前置部件，能夠?qū)⑤斎肓哭D(zhuǎn)換為可以測量的數(shù)據(jù)信號(hào)[1]。

另外，結(jié)合能量在轉(zhuǎn)換過程中的形式，可將汽車傳感器分成有源型、無源型，前者可以將不同形式的非電量轉(zhuǎn)換成電量，后者需與電源進(jìn)行連接，傳感器還應(yīng)測非電量對(duì)其中的能量進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)。

2 汽車傳感器的特點(diǎn)分析

2.1 實(shí)時(shí)性

作為汽車的主要構(gòu)成部分之一， 傳感器分布在汽車的各個(gè)部位，以便于對(duì)汽車結(jié)構(gòu)、形式等狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，進(jìn)而隨時(shí)獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳遞到汽車控制系統(tǒng)中，確保駕駛員能夠得到準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)參考[2]。 例如，將傳感器安裝在汽車車身、發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)等部位，可以結(jié)合傳感器監(jiān)測對(duì)車內(nèi)溫度、風(fēng)速等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，進(jìn)而促進(jìn)汽車舒適度的提高，并準(zhǔn)確判斷汽車間隔障礙物的實(shí)際距離，有利于汽車行駛風(fēng)險(xiǎn)的降低。另外，傳感器可結(jié)合汽車安全系數(shù)，判斷是否需要彈出安全氣囊，進(jìn)而保護(hù)駕駛員。

2.2 便利性

在傳感器的作用下，能夠?qū)ζ囆旭倲?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，然后通過數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，得到汽車行駛的全部數(shù)據(jù)，如此駕駛?cè)藛T便能夠在平穩(wěn)、 安全的環(huán)境中進(jìn)行相關(guān)操作，且可通過汽車控制系統(tǒng)對(duì)汽車運(yùn)行狀態(tài)、相關(guān)功能使用情況進(jìn)行全面了解[3]。 所以，將傳感器安裝于汽車結(jié)構(gòu)中，具有較強(qiáng)的便捷性， 特別是將傳感器技術(shù)運(yùn)用于導(dǎo)航系統(tǒng)中，能夠準(zhǔn)確判斷行駛路線與周圍環(huán)境，然后制定最佳的行車路線。另外，駕駛員在倒車入庫的過程中，利用圖像與紅外線傳感器，如此汽車系統(tǒng)便能夠?qū)Φ管噷?shí)時(shí)影像予以獲取，在語音助手的一步步引導(dǎo)下，從而高效率、便捷地完成倒車，有利于消除視線盲區(qū)，減小車輛出現(xiàn)剮蹭的概率。

2.3 精準(zhǔn)性

傳感器準(zhǔn)確性與汽車行駛安全之間存在著緊密的聯(lián)系。針對(duì)汽車傳感器精確度，汽車制造行業(yè)提出了一系列嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是傳感器測量誤差方面，若這一誤差相對(duì)較大，準(zhǔn)確率和標(biāo)準(zhǔn)不符，如此傳感器數(shù)據(jù)便會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況，那么汽車控制系統(tǒng)就會(huì)顯示出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，不利于駕駛員的正常判斷，引起安全事故[4]。 尤其是在高速行駛的狀態(tài)下， 數(shù)據(jù)存在的極小誤差均可能造成嚴(yán)重后果。同時(shí)，傳感器應(yīng)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)壓力、轉(zhuǎn)速、溫度、流量，以及汽車時(shí)速、剩余流量等進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，只有保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)可靠，才可以讓汽車行駛過程更加安全，并符合交通法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，降低出現(xiàn)交通事故的概率。

2.4 智能化

結(jié)合前文分析可知，汽車在實(shí)際行駛過程中，細(xì)小誤差可能會(huì)造成嚴(yán)重后果，不利于駕駛員的生命安全。將智能化控制、 分析以及監(jiān)測等相關(guān)技術(shù)運(yùn)用到傳感器結(jié)構(gòu)中，可保障安全行駛。 如果汽車行駛遇到障礙物，傳感器可利用激光對(duì)汽車同障礙物之間的距離予以判斷分析，以便于及時(shí)發(fā)出警報(bào)， 引導(dǎo)駕駛員調(diào)整車速與避讓。 同時(shí)，傳感器還能夠自動(dòng)化、智能化監(jiān)控車門關(guān)閉情況，預(yù)防在車門尚未完全關(guān)閉的狀況下貿(mào)然地開動(dòng)汽車。 當(dāng)汽車遭受撞擊時(shí)，傳感器可對(duì)數(shù)據(jù)變化進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，然后向汽車控制系統(tǒng)傳輸，進(jìn)而第一時(shí)間啟動(dòng)安全氣囊，保護(hù)車內(nèi)人員安全。

3 人工智能時(shí)代下汽車傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀

盡管汽車結(jié)構(gòu)較為簡單，但內(nèi)部涉及大量的傳感器，主要集中在汽車動(dòng)力系統(tǒng)、地盤、車身控制等部位。第一，對(duì)于汽車動(dòng)力系統(tǒng)之中的傳感器而言， 能夠監(jiān)測動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)部壓力、速度、溫度、電流、振動(dòng)幅度、位置、電容、機(jī)油粘度等相關(guān)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行整理和匯總，確保駕駛員能夠更好地操作汽車。 并且，憑借對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，除了可以讓駕駛過程更加簡單之外， 還可以協(xié)助駕駛員判斷汽車是否存在故障的情況，以便于及時(shí)維修。一旦傳感器獲取的數(shù)據(jù)不符合標(biāo)準(zhǔn)， 那么便會(huì)利用內(nèi)部信息線路向駕駛員進(jìn)行反饋， 引起駕駛員的注意， 防止出現(xiàn)交通事故；第二，安裝于汽車底盤之中的傳感器，可以讓汽車展現(xiàn)出更佳的制動(dòng)效果， 有利于提高行駛的應(yīng)急性能；第三， 車身控制傳感器的作用在于管理和控制汽車內(nèi)部風(fēng)速、溫度、門禁以及光照等。憑借對(duì)車燈亮度的合理控制，可以讓駕駛員準(zhǔn)確分辨前方存在的障礙物， 做到安全行駛。 門禁的形成與運(yùn)用， 可對(duì)汽車中的物品進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。通過科學(xué)調(diào)節(jié)與控制汽車內(nèi)部環(huán)境，則可以為駕駛員創(chuàng)設(shè)舒適、涼爽的駕駛環(huán)境。第四，汽車雨量傳感器。汽車在陰雨天氣行駛過程中， 擋風(fēng)玻璃后安裝的雨量傳感器能夠?qū)κ欠翊嬖谟甑芜M(jìn)行動(dòng)態(tài)化檢測，并監(jiān)控雨量大小，然后及時(shí)向ECU 傳達(dá)信號(hào)。 對(duì)于雨量傳感器工作原理而言，表現(xiàn)為紅外波段的光學(xué)傳感器，是由一組把信息傳輸至LED 發(fā)光二極管和接收端光電二極管構(gòu)成。 其中，接收端二極管對(duì)發(fā)光二極管在擋風(fēng)玻璃位置的各類放射光線進(jìn)行輪流接收，如果反射光線表現(xiàn)為相同數(shù)量，那么接收電路就會(huì)實(shí)施無電壓輸出，若遇到陰雨天氣，雨滴掉落至雨量傳感器敏感區(qū)域之后， 反射光會(huì)呈現(xiàn)出不均勻的情況，然后引發(fā)某種電壓信息，迅速輸出數(shù)字脈沖。 此過程中，脈沖個(gè)數(shù)反映的是雨滴掉落車窗的數(shù)量，脈沖周期則反映雨滴的規(guī)格大小。 掉落到汽車擋風(fēng)玻璃上的雨勢越大，那么返回光線就會(huì)越少，此時(shí)ECU 就會(huì)對(duì)雨刷速度進(jìn)行針對(duì)性的控制。 第五，汽車圖像傳感器。 對(duì)于此種傳感器而言，存在實(shí)時(shí)檢測范圍廣以及微光等相關(guān)特點(diǎn)，其涉及的優(yōu)勢表現(xiàn)為擁有良好的圖像分析與處理能力，可讓車輛正常行駛的可靠性、安全性得到一定的提高，并讓駕駛?cè)藛T獲得更佳的體驗(yàn)， 適用于航線控制、 盲點(diǎn)檢測、倒車盲點(diǎn)報(bào)警以及偏離行駛車道等，能夠及時(shí)提供借鑒措施與有關(guān)信息數(shù)據(jù)， 在減少車輛交叉路口碰撞與其他事故方面有一定的幫助。

另外，隨著人工智能技術(shù)的廣泛運(yùn)用，使得汽車內(nèi)部傳感器產(chǎn)生了巨大變化，從單一監(jiān)測數(shù)據(jù)，逐漸同其他技術(shù)相融合，呈現(xiàn)出了無人化、高效化的特點(diǎn)，有利于推動(dòng)汽車行業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展[5]。 例如，ADAS 系統(tǒng)屬于人工智能和汽車進(jìn)行融合的典型， 除了涉及智能車速控制與自動(dòng)泊車功能之外，還擁有碰撞預(yù)警、自動(dòng)緊急制動(dòng)以及盲點(diǎn)感應(yīng)等相關(guān)功能， 促進(jìn)了汽車整體性能與安全系數(shù)的提高。 這些功能可以在汽車行駛中展現(xiàn)出良好效果的原因除了與人工智能技術(shù)緊密相關(guān)之外， 還是各類傳感器緊密結(jié)合形成的結(jié)果。 憑借激光、圖像、防撞雷達(dá)等傳感器之間的有效配合， 能夠讓汽車在行駛中檢測周邊環(huán)境存在的障礙物，防止出現(xiàn)撞擊事故。 另外，雨量傳感器則能夠檢測汽車玻璃上的雨水量，進(jìn)而判斷是否下雨，抑或是結(jié)合車窗內(nèi)部傳感器，測算雨水量大小，然后自動(dòng)開啟雨刷系統(tǒng)，確保雨雪天氣的行車安全。

4 智能汽車傳感器的未來發(fā)展趨勢

首先，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車自動(dòng)駕駛已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，今后汽車傳感器將表現(xiàn)出數(shù)字化、微型化以及智能化等特點(diǎn)。 因此，在未來發(fā)展過程中，汽車傳感器在體積方面會(huì)逐漸縮小，響應(yīng)時(shí)間加快，功耗降低。例如，半導(dǎo)體集成電路技術(shù)將“MEMS”作為核心，其中的微型傳感器利用加工工藝，能夠?qū)⑽⒚准?jí)信號(hào)、數(shù)據(jù)等處理設(shè)備，集成封裝在一個(gè)芯片之中。憑借此種方式，使得微型傳感器功耗得到了大幅度的降低，并且生產(chǎn)成本相對(duì)較低，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。今后，汽車傳感器還會(huì)擁有多功能的特點(diǎn)，即一個(gè)器件涉及多種用途與功能，有利于減少使用的器件數(shù)量，并加強(qiáng)可靠性與有效性。汽車傳感器智能化發(fā)展表現(xiàn)為對(duì)大規(guī)模集成電路、傳感器的結(jié)合，其中包含CPU，根據(jù)實(shí)際狀況還能夠植入相關(guān)算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而展現(xiàn)出AI 功能，促進(jìn)ECU 工作量的降低，并減少成本方面的投入[6]。微處理器屬于智能化處理器的主要特點(diǎn)之一，除了能夠在信息檢測中進(jìn)行使用之外，還可以進(jìn)行信息處理和判斷，結(jié)合修正檢測獲取到的信息數(shù)據(jù)，降低由于溫度等環(huán)境因素引起的誤差， 抑或是利用軟件解決硬件難以解決的問題，諸如環(huán)境污染干擾等。

其次， 激光雷達(dá)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，但是，激光雷達(dá)并不能看到一切，深度相機(jī)將填補(bǔ)激光雷達(dá)的探測盲區(qū)。 激光雷達(dá)和3D 視覺的結(jié)合，能夠立即識(shí)別車輛的位置及其附近的物體， 以在幾分之一秒內(nèi)做出必要的反應(yīng)，以避免交通困難甚至災(zāi)難。 同時(shí)，他們將確保駕駛員在必要時(shí)能夠隨時(shí)準(zhǔn)備好接管車輛的駕駛?cè)蝿?wù)。

最后， 近年來自動(dòng)駕駛車上使用了多種多樣的傳感器，不同類型的傳感器間在功用上互相補(bǔ)充，提高自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的安全系數(shù)。為了發(fā)揮不同傳感器優(yōu)勢，融合技術(shù)起著關(guān)鍵的作用。對(duì)于融合技術(shù)而言，則是自動(dòng)化分析與綜合，高效率完成決策與估算相關(guān)信息處理的一個(gè)過程。這一點(diǎn)同人類感知較為相似， 各傳感器均擁有獨(dú)立的作用，當(dāng)多層次布置傳感器，可互相補(bǔ)充與優(yōu)化組合多空間的信息， 從而生成針對(duì)觀測環(huán)境相一致的解答。 總而言之，多傳感器數(shù)據(jù)融合與處理的重點(diǎn)在于：其一，各種類型傳感器對(duì)觀測目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面收集；其二，提取傳感器輸出的相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行針對(duì)性變換，歸納總結(jié)出具有代表性的觀察數(shù)據(jù)的特征矢量Yi；第三，把各個(gè)傳感器針對(duì)目標(biāo)的說明數(shù)據(jù)基于同一目標(biāo)進(jìn)行科學(xué)分組， 這便是關(guān)聯(lián)；其四，借助融合算法，準(zhǔn)確合成各傳感器數(shù)據(jù)，一致性描述這一目標(biāo)情況。

5 結(jié)束語

綜上所述， 在推動(dòng)人工智能技術(shù)與汽車傳感器進(jìn)行結(jié)合過程中， 應(yīng)重視對(duì)汽車傳感器工作原理的深層次研究，對(duì)其具體特征及作用進(jìn)行了解，并基于汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況，對(duì)傳感器的功能與價(jià)值進(jìn)行全面梳理。 同時(shí)，還需掌握人工智能時(shí)代背景下，汽車傳感器的具體運(yùn)用，在傳感器中彰顯人工智能技術(shù)獨(dú)特效能， 進(jìn)而更好地在汽車行駛過程中展現(xiàn)出傳感器的優(yōu)勢，優(yōu)化汽車行駛環(huán)境。另外，重視對(duì)汽車整體的分析，明確汽車傳感器未來的主要發(fā)展方向，促進(jìn)其傳感器反應(yīng)速度、精準(zhǔn)性、可靠性的提高。只有加強(qiáng)人工智能技術(shù)與傳感器之間的融合，才可以更好地展現(xiàn)出汽車傳感器的作用， 讓汽車行業(yè)順利實(shí)現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展目標(biāo)。