汽车智能座舱内部的“传感之道”

如何直观感受一辆汽车的“智能化”水平？很简单，坐进驾驶室里面感受一下。

上面描述的两句话，是一般消费者对于汽车智能化这一趋势最为直观的感受，这也解释了汽车智能座舱技术市场近几年火爆的真实原因。从单纯的驾驶工具，到人们生活的“第三空间”，汽车在定位上的转变也催生了智能座舱这一概念的诞生与快速发展。在全新的智能化汽车中，座舱这一空间已经初步具备了思考学习、人机交互、情绪感知等拟人化功能，能够为驾驶者与乘客提供更加多元化的用车体验。

那么，什么才是真正的“智能座舱”呢？关于这一概念，其实业界也没有一个明确的定论，可以说，智能座舱的形态是伴随着消费者需求的变化不断发生改变的。从硬件上来说，智能座舱系统是以座舱域控制器为核心，以显示屏、HMI（人机交互）、座舱声学、视觉追踪等多个部件共同组成的，其中包含大量感知与AI技术的集中运用。

“感知、理解与表达”将是未来智能座舱系统重要的三大发展方向。在近日艾迈斯半导体（ams）与欧司朗（OSRAM）举办的《汽车智能驾舱传感》在线技术研讨会上，光电半导体传感事业部市场经理涂少碧详细阐述了汽车智能座舱中感知系统的原理及应用。

1 感知即安全——车载驾驶员监控系统（DMS）

有研究表明，超过六成的交通事故是由于驾驶员注意力分散或疲劳驾驶所导致，其中追尾事故的占比更为恐怖，高达94%。为了确保行驶安全，智能座舱中的一大重要系统——驾驶员监控系统（driver monitoring system）应运而生。

DMS系统是一种汽车安全系统，是丰田于2006年首次为其雷克萨斯（Lexus）新车型推出的。该系统包括一个摄像头，位于转向柱上，可以通过红外摄像机进行眼球跟踪或面部识别。如果驾驶员没有注意前方道路且检测到危险情况，系统将通过闪光灯和警告声警告驾驶员。如果不采取任何措施，车辆将制动（警报响起，然后短暂自动制动）。

DMS系统内部集成了多种技术，包括头部追踪、眼动追踪、驾驶员识别、疲劳驾驶检测、视线追踪/分神提醒等。从工作原理上讲，DMS系统是通过摄像头获取图像，采用图像识别技术与算法分析能力对驾驶员的驾驶行为及生理状态进行检测。常见的红外摄像頭光源波长为850 nm和940 nm，目前的智能汽车DMS系统主要采用940 nm波长的红外摄像头光源（如图1）。

采用940 nm波长的主要原因在于：

● 阳光直射会干扰采用红外光线的DMS相机操作；

● 940 nm红外光源可吸收H2O，从而更好地抑制周围的阳光（如图2）；

● （900～1 000）nm之间的太阳总辐照度在60 W/m2 的范围内（如果阳光直射驾驶员的脸）；

● 相机前面的附加带通滤光片可以进一步改善对阳光的抑制。

艾迈斯半导体与欧司朗在DMS应用中的有IRLED和VCSEL两种发射器供客户选择（如图3），这两种方案各有优势。客户可以根据研发需求进行选择。

作为940 nm红外组件中非常具有代表性的一款产品，SFH 4180S A01 IRED组件的尺寸为1.6 mm×1.6 mm， 封装高度为0.81 mm，非常适用于内部空间狭小的交互式汽车应用。该组件在电流为1 A时，直流功率为1.15 W条件下，开关非常快，只需10 ns，既适用于摄像头应用的恒定光源，也适用于调制或快速脉冲光的3D图像采集功能。艾迈斯半导体与欧司朗还针对性地推出SFH 4181S A01的透镜版本SFH 4181S A01，将在未来全面量产。

艾迈斯半导体与欧司朗的VCSEL 940 nm红外激光器TARA2000在性能方面也有优势：超窄的波长输出可在DMS接收端使用窄带滤波，效率更高，抗阳光干扰更强，散热性能更好。其瞬态功率可达4 W，且保证高照度和良好的均匀度。在模块层面，只需要使用一颗器件，具有小型化优势，可植入汽车A柱等对模块体积较敏感的位置。应用方面，可以使DMS同时拥有状态监测和人脸识别多种功能。

人眼安全也是个重要的课题，尤其是在夜视场景下，过于靠近人眼的红外光源监测容易造成伤害。在某些场景中，DMS系统摄像头光源可能会被杂物遮挡，通过距离检测、1D TOF以及接近传感器等产品与解决方案，可以有效保证DMS系统良好运行。

2 感知即控制——手势识别

一直以来，人机交互都是智能驾舱技术发展的重点，从实体按键发展到触屏控制，再到如今的语音控制等方式。虽然车内人机交互方式一直在更迭，但其遵从的逻辑却是亘古不变的，那就是如何让驾驶员的操作更加方便和安全。手势控制这一全新技术正在迅速崛起，成为一种让大众期待的车内人机交互方式。

在研讨会中，涂少碧列举了德国艾尔默斯半导体公司（ELMOS）推出的手势控制解决方案LC E909.06（如图4）。该方案能实现非接触式手势识别与控制，方案采用多款ams OSRAM的产品，如外部IR-LED SFH4258、补偿发射器SFH4254及PD检测器SFH2400FA。

3 感知即收集——雨水与环境光传感器

在雨水与环境光传感器领域，艾迈斯半导体与欧司朗拥有强大的市场占有率和产品实力（如图5）。该公司是lR-LED和雨量传感器用检测器的市场领导者，市场份额超过60%，同时，公司还与大多数Tier1有着非常良好的合作关系。随着汽车小型化趋势愈演愈烈，其应用于消费电子的超小型高精度屏下传感器也将在车载领域呈现非常光明的未来。

4 感知即体验——环境光传感器（ALS）呈现最佳视觉

未来的汽车驾驶舱中，智能助手、多屏互动、座舱监控、生物识别等新功能正在改变下一代新车的座舱布局。艾迈斯半导体与欧司朗可以全面提供未来汽车内部所需的关键技术，如用于手势控制、驾驶员状态监测和车内监控的IRED、VCSEL发射器和传感器元器件；用于内部智能照明的LED；用于动态显示屏亮度调整的环境光传感器；用于下一代增强现实型平视显示器的EEL。所有这些都旨在改善驾驶员和乘客的体验。

例如，中控多媒体显示屏采用环境光传感器（ALS）能够更好地还原真实色彩，给与用户最佳的视觉感受。艾迈斯半导体与欧司朗的环境光传感器AS7350可以通过光谱重建识别光源，准确识别环境光条件，在各种光照条件下都能自动实现出色、精准的白平衡，即使在色彩反差极大的环境下，也能提供准确的光源信息，保证出色的图像质量。

此外，艾迈斯半导体与欧司朗的颜色传感器内置滤波器，可以阻挡可见光谱范围内的无用红外光，从而实现高度精确的颜色测量。高灵敏度结合宽动态范围，使其非常适合显示管理系统中环境光的连续色温测量，以及摄像头应用中的自动白平衡辅助。

5 结束语

智始于知，汽车的智慧开启于感知，而后才会实现自动乃至自主操作和控制。“传感即生活”，在汽车智能化的道路上，艾迈斯半导体与欧司朗将利用领先的技术阐释智能座舱的“传感之道”。