浅谈光电技术在汽车领域的应用现状与方向

李克爽

(武汉大学,湖北武汉 430072)

浅谈光电技术在汽车领域的应用现状与方向

李克爽

(武汉大学,湖北武汉 430072)

随着汽车技术的发展与汽车工业化的成熟化,光电技术在汽车领域的应用也由过去的单一格局发展为综合运用,光电技术的可靠性正被厂商及消费者所认可,国内光电科技企业也迎来了相应的契机。本文从国内与国外两个视角概括了光电技术在汽车领域的应用现状,同时从目前光电技术的新发展总结出其在汽车领域的发展方向。

光电技术 汽车生产 技术应用

1 引言

随着国内经济形势的稳定与蓬勃发展，百姓生活更加丰富多样，而收入的增加也使得车辆拥有量逐年上升，对于普通大众而言车辆已经不仅仅是简单的出行工具，更表现出了私人物品的特质，经济性、品牌、安全性能等因素也正在越来越多地影响着人们的选车方向，同时也影响着厂商的发展方向。

而现如今石油问题正日趋严峻，油价成了左右经济的一个推手，应用石油作为驱动力的汽车也迎来了新的挑战，又随着科学技术在电子领域及材料领域的发展，电动车混动车已经不仅仅限于概念的范畴，似乎已经成为近五年甚至十年之内新能源汽车的主要发展方向。然而在五年前曾经轰动一时的太阳能汽车计划却正被大众逐渐遗忘，光电技术近年来更多的是被应用于传感器及被动与主动安全方面。然而近年来随着超级电容等技术与相应材料的日趋完善、装备量产车上的红外、激光、LED、透镜、摄像及雷达成熟化应用，使得更加成熟的光电技术走出实验室进入工厂车间实现流水连生产的机遇越来越多。

2 光电技术在汽车领域的应用现状

2.1 国内应用现状

在汽车的技术应用上，传感器作为收集信号、为处理器提供信息来源的责任是其他汽车部件不可比拟的。它作为一种检测装置，将其感知到的所有信息与信号按照特定规律转化为各种形式的信息输出，给汽车在行驶过程中提供多种形态及内容的信息。而目前厂商已经用于生产的传感器主要分为三种，即雷达传感器、红外光束以及视频摄像头。信号处理器负责将传感器接收到的信息进行数字处理，最后由控制模块处理收集到的信息进行控制。

但是目前市面上的传感器都存在着不同程度的缺陷，比如雷达，它区分垂直方向重叠物体的能力较弱，需要规避许多波段(比如军用、广播等)，来达到信号的稳定；而红外线的缺点就在于对环境要求高，容易受到如雨、雪、沙尘等不良天气影响，一旦天气情况不稳定，其受到干扰的几率也会加大；单一摄像头探测视角相比另外两种更加有限、也容易受制于摄像头硬件限制，而造成信号收集的不完善。

随着道路情况愈加复杂化，以及自然环境的污染，目前单一传感器应用出现失误的几率也越来越高，所以对于传感器的综合应用以及更加精准的技术支持无疑成为了国内汽车发展的方向，也成为了厂商们所追求的目标，更是技术人员的未来研究方向。

2.2 国外应用情况

国外现有的汽车光电产品有激光防撞雷达、在夜间和雾天行驶的红外夜视装置、测量发动机燃料特性和压力变化的光纤传感器、用于导航的光纤陀螺、车内传递信息用的光纤通信系统、方便驾驶员的平视显示器以及应用激光光盘的激光音响和光盘数据存储等。在这里笔者重点说明的是EyeSight行车安全辅助系统和ACC自适应巡航技术。

EyeSight行车安全辅助系统源于20世纪90年代日本某工业企业对于摄影镜头的研究，其前身是“主动驾驶辅助系统(Active Driving Assist，缩写成ADA)”，它可针对车间距离、弯路、行驶路线偏移等状况提供警报给驾驶人。当设定巡航定速时，万一与前车的距离过近，系统还会自动减速，对于驾驶员走神、疲劳的情况会起到精确的提醒作用。EyeSight目前已发展至第三代，其依靠的彩色摄像头光电装置可以手机更为丰富的路面信息，对于障碍物的甄别也更加精确，根据官方公布的信息，其侦测范围也将更宽、侦测距离更远，相比现款能够提升40%。对于摄像头技术的改进使得传感器感知范围更广、也更加精确，无疑这也会是未来传感器的一个重要的应用。

ACC自动巡航技术是一个允许车辆巡航控制系统通过调整速度以适应交通状况的汽车功能。它应用雷达这一传感器装置来检测在本车前进道路上是否存在速度更慢的车辆。通过车距传感器的反馈信号，ACC控制单元可以根据靠近车辆物体的移动速度判断道路情况，并控制车辆的行驶状态；通过反馈式加速踏板感知的驾驶者施加在踏板上的力，ACC控制单元可以决定是否执行巡航控制，以减轻驾驶者的疲劳。这一技术的应用促成了自动驾驶技术的实现，还有可能降低车辆的油耗、减少对道路资源不必要的占用以及提高整体城市的通行效率。目前这一技术已经在瑞典某著名汽车厂商所开发的汽车上率先使用，其所倡导的理念也越来越被更多的人所认可。

3 光电技术在汽车领域的发展方向

由于环境的复杂化和环保理念的更加深入，汽车改革势在必行，而作为汽车零件中必不可少的光电装置的革新也日益被人们提上议程。未来的汽车发展一定是朝着更加安全、环保、便捷的方向发展。

首先，传感器的精确化。从国外目前汽车领域对于光电器件的应用上来看，不难总结出这一发展趋势，无论是运用彩色摄像装置代替传统黑白摄像头，还是雷达的综合运用代替传统的单一运用，传感器在汽车领域的发展上必定是朝着更加精确的方向发展。

其次，光传感器的普遍应用。感应环境光并不是一个新的构想。在数十年前就已经利用光电二极管和光敏电阻来实现这一构想。所谓新构想，是指对环境光感应的同时还能消减无用的红外线和紫外线光，而且在支持汽车规格AECQ-1000严格要求的同时还可以实现小封装，尤其是能够保证在-40度至+105度(2级)温度范围内的操作，以满足其余的规格要求。光传感器在提供更舒适的显示质量方面已经成为最有效的解决方案之一，它具有与人眼相似的特性，这对于汽车应用而言至关重要，因为这些应用要求在所有环境光条件下都能达到完全的背光效果。

光电技术在汽车领域向来是重要的组成部分，而随着大众对于汽车性能的多重考量，厂商也在面临着新型汽车的挑战，这也让光电技术有了从实验室走向生产线的机会，不仅给了汽车新发展以充足的技术支持，也更加满足人们对于汽车的软性需求。

另外，从国内外应用现状上我们也能看到光电技术已经在传感器、红外及雷达方面有了较高的建树，但在能源领域却尚未找到突破口，然而近期国内对新能源汽车的相应政策又给了光电技术在能源领域带来了新的机遇，想必未来这将是技术人员及厂商争夺的一片高地。