淺談光電技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與方向

李克爽

(武漢大學(xué),湖北武漢 430072)

淺談光電技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與方向

李克爽

(武漢大學(xué),湖北武漢 430072)

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展與汽車工業(yè)化的成熟化,光電技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用也由過去的單一格局發(fā)展為綜合運用,光電技術(shù)的可靠性正被廠商及消費者所認可,國內(nèi)光電科技企業(yè)也迎來了相應(yīng)的契機。本文從國內(nèi)與國外兩個視角概括了光電技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀,同時從目前光電技術(shù)的新發(fā)展總結(jié)出其在汽車領(lǐng)域的發(fā)展方向。

光電技術(shù) 汽車生產(chǎn) 技術(shù)應(yīng)用

1 引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟形勢的穩(wěn)定與蓬勃發(fā)展，百姓生活更加豐富多樣，而收入的增加也使得車輛擁有量逐年上升，對于普通大眾而言車輛已經(jīng)不僅僅是簡單的出行工具，更表現(xiàn)出了私人物品的特質(zhì)，經(jīng)濟性、品牌、安全性能等因素也正在越來越多地影響著人們的選車方向，同時也影響著廠商的發(fā)展方向。

而現(xiàn)如今石油問題正日趨嚴峻，油價成了左右經(jīng)濟的一個推手，應(yīng)用石油作為驅(qū)動力的汽車也迎來了新的挑戰(zhàn)，又隨著科學(xué)技術(shù)在電子領(lǐng)域及材料領(lǐng)域的發(fā)展，電動車混動車已經(jīng)不僅僅限于概念的范疇，似乎已經(jīng)成為近五年甚至十年之內(nèi)新能源汽車的主要發(fā)展方向。然而在五年前曾經(jīng)轟動一時的太陽能汽車計劃卻正被大眾逐漸遺忘，光電技術(shù)近年來更多的是被應(yīng)用于傳感器及被動與主動安全方面。然而近年來隨著超級電容等技術(shù)與相應(yīng)材料的日趨完善、裝備量產(chǎn)車上的紅外、激光、LED、透鏡、攝像及雷達成熟化應(yīng)用，使得更加成熟的光電技術(shù)走出實驗室進入工廠車間實現(xiàn)流水連生產(chǎn)的機遇越來越多。

2 光電技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

在汽車的技術(shù)應(yīng)用上，傳感器作為收集信號、為處理器提供信息來源的責任是其他汽車部件不可比擬的。它作為一種檢測裝置，將其感知到的所有信息與信號按照特定規(guī)律轉(zhuǎn)化為各種形式的信息輸出，給汽車在行駛過程中提供多種形態(tài)及內(nèi)容的信息。而目前廠商已經(jīng)用于生產(chǎn)的傳感器主要分為三種，即雷達傳感器、紅外光束以及視頻攝像頭。信號處理器負責將傳感器接收到的信息進行數(shù)字處理，最后由控制模塊處理收集到的信息進行控制。

但是目前市面上的傳感器都存在著不同程度的缺陷，比如雷達，它區(qū)分垂直方向重疊物體的能力較弱，需要規(guī)避許多波段(比如軍用、廣播等)，來達到信號的穩(wěn)定；而紅外線的缺點就在于對環(huán)境要求高，容易受到如雨、雪、沙塵等不良天氣影響，一旦天氣情況不穩(wěn)定，其受到干擾的幾率也會加大；單一攝像頭探測視角相比另外兩種更加有限、也容易受制于攝像頭硬件限制，而造成信號收集的不完善。

隨著道路情況愈加復(fù)雜化，以及自然環(huán)境的污染，目前單一傳感器應(yīng)用出現(xiàn)失誤的幾率也越來越高，所以對于傳感器的綜合應(yīng)用以及更加精準的技術(shù)支持無疑成為了國內(nèi)汽車發(fā)展的方向，也成為了廠商們所追求的目標，更是技術(shù)人員的未來研究方向。

2.2 國外應(yīng)用情況

國外現(xiàn)有的汽車光電產(chǎn)品有激光防撞雷達、在夜間和霧天行駛的紅外夜視裝置、測量發(fā)動機燃料特性和壓力變化的光纖傳感器、用于導(dǎo)航的光纖陀螺、車內(nèi)傳遞信息用的光纖通信系統(tǒng)、方便駕駛員的平視顯示器以及應(yīng)用激光光盤的激光音響和光盤數(shù)據(jù)存儲等。在這里筆者重點說明的是EyeSight行車安全輔助系統(tǒng)和ACC自適應(yīng)巡航技術(shù)。

EyeSight行車安全輔助系統(tǒng)源于20世紀90年代日本某工業(yè)企業(yè)對于攝影鏡頭的研究，其前身是“主動駕駛輔助系統(tǒng)(Active Driving Assist，縮寫成ADA)”，它可針對車間距離、彎路、行駛路線偏移等狀況提供警報給駕駛?cè)恕．斣O(shè)定巡航定速時，萬一與前車的距離過近，系統(tǒng)還會自動減速，對于駕駛員走神、疲勞的情況會起到精確的提醒作用。EyeSight目前已發(fā)展至第三代，其依靠的彩色攝像頭光電裝置可以手機更為豐富的路面信息，對于障礙物的甄別也更加精確，根據(jù)官方公布的信息，其偵測范圍也將更寬、偵測距離更遠，相比現(xiàn)款能夠提升40%。對于攝像頭技術(shù)的改進使得傳感器感知范圍更廣、也更加精確，無疑這也會是未來傳感器的一個重要的應(yīng)用。

ACC自動巡航技術(shù)是一個允許車輛巡航控制系統(tǒng)通過調(diào)整速度以適應(yīng)交通狀況的汽車功能。它應(yīng)用雷達這一傳感器裝置來檢測在本車前進道路上是否存在速度更慢的車輛。通過車距傳感器的反饋信號，ACC控制單元可以根據(jù)靠近車輛物體的移動速度判斷道路情況，并控制車輛的行駛狀態(tài)；通過反饋式加速踏板感知的駕駛者施加在踏板上的力，ACC控制單元可以決定是否執(zhí)行巡航控制，以減輕駕駛者的疲勞。這一技術(shù)的應(yīng)用促成了自動駕駛技術(shù)的實現(xiàn)，還有可能降低車輛的油耗、減少對道路資源不必要的占用以及提高整體城市的通行效率。目前這一技術(shù)已經(jīng)在瑞典某著名汽車廠商所開發(fā)的汽車上率先使用，其所倡導(dǎo)的理念也越來越被更多的人所認可。

3 光電技術(shù)在汽車領(lǐng)域的發(fā)展方向

由于環(huán)境的復(fù)雜化和環(huán)保理念的更加深入，汽車改革勢在必行，而作為汽車零件中必不可少的光電裝置的革新也日益被人們提上議程。未來的汽車發(fā)展一定是朝著更加安全、環(huán)保、便捷的方向發(fā)展。

首先，傳感器的精確化。從國外目前汽車領(lǐng)域?qū)τ诠怆娖骷膽?yīng)用上來看，不難總結(jié)出這一發(fā)展趨勢，無論是運用彩色攝像裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)黑白攝像頭，還是雷達的綜合運用代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單一運用，傳感器在汽車領(lǐng)域的發(fā)展上必定是朝著更加精確的方向發(fā)展。

其次，光傳感器的普遍應(yīng)用。感應(yīng)環(huán)境光并不是一個新的構(gòu)想。在數(shù)十年前就已經(jīng)利用光電二極管和光敏電阻來實現(xiàn)這一構(gòu)想。所謂新構(gòu)想，是指對環(huán)境光感應(yīng)的同時還能消減無用的紅外線和紫外線光，而且在支持汽車規(guī)格AECQ-1000嚴格要求的同時還可以實現(xiàn)小封裝，尤其是能夠保證在-40度至+105度(2級)溫度范圍內(nèi)的操作，以滿足其余的規(guī)格要求。光傳感器在提供更舒適的顯示質(zhì)量方面已經(jīng)成為最有效的解決方案之一，它具有與人眼相似的特性，這對于汽車應(yīng)用而言至關(guān)重要，因為這些應(yīng)用要求在所有環(huán)境光條件下都能達到完全的背光效果。

光電技術(shù)在汽車領(lǐng)域向來是重要的組成部分，而隨著大眾對于汽車性能的多重考量，廠商也在面臨著新型汽車的挑戰(zhàn)，這也讓光電技術(shù)有了從實驗室走向生產(chǎn)線的機會，不僅給了汽車新發(fā)展以充足的技術(shù)支持，也更加滿足人們對于汽車的軟性需求。

另外，從國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀上我們也能看到光電技術(shù)已經(jīng)在傳感器、紅外及雷達方面有了較高的建樹，但在能源領(lǐng)域卻尚未找到突破口，然而近期國內(nèi)對新能源汽車的相應(yīng)政策又給了光電技術(shù)在能源領(lǐng)域帶來了新的機遇，想必未來這將是技術(shù)人員及廠商爭奪的一片高地。