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车用安全之人性化感测技术解析
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2017-11-22
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安全为车辆发展之母，感测技术则是牢牢把关新一代车辆安全的优等生。自汽车发明以来，陆上交通事故有增无减，虽然汽车工业被喻为封闭且较为传统的产业，各家汽车大厂长久以来莫不朝向安全、舒适的方向努力不辍。电子产业厂商也明白这个趋势，针对车用安全等相关应用，提出许多感测技术解决方案，让现代高度电脑化车辆朝安全之路更迈进一大步。广泛而言，RFID、ZigBee、无线感测网路、微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）、影像感测、声波、温度感测等皆属于感测技术的领域。就应用市场来看，考量到人体安全、驾驶与车内环境等因素，车用感测使用的技术类别之广，说是集感测技术之大成也不为过。
无线感测技术 提供个人化服务
无线感测技术的应用相当广泛，因应用领域不同，可对车辆使用者提供安全且个人化的服务。无线感测应用早期以军事用途为大宗，再开始流向往民间应用，如交通工程、矿坑监控、地理侦测等，其后再往智慧家庭领域移动。时至今日，汽车领域也成为无线感测技术的应用範围之一。
车用领域的无线感测技术涉及到人身安全，系统要求远比智慧家庭的无线感测系统来得高。举例来说，车内的二氧化碳浓度的感测事关重大，二氧化浓度过高，轻则影响驾驶精神，严重则会导致闷死。基于上述理由，感测器的灵敏度势必要加以提升，一旦浓度过高，通过系统的讯号转换，通知车内人员车内二氧化碳浓度过高，提醒驾驶打开窗户让空气流通。
防盗系统也可透过无线感测系统，变得更加聪明而人性化。以往防盗系统通常透过车主身上的无线发射器，按钮一按，即可以解除防盗系统。但由于超低功耗的电源管理与射频製程等技术进步许多，无线感测的功耗也大幅降低，车主身上可以携带一个无线射频系统，同时控制所有车门，车主靠近哪个门，门就自动开启，其他门则仍保持未开状态，十足是充满智慧的防盗系统。同时，配合车载控制系统，更可搭配车主喜好，先播放音乐、车内空调与调整坐位空间。因此，整体而言，无线感测技术的应用相当广泛，可因应用领域不同，对于车内使用者提供安全且个人化的服务。
MEMS Sensor敏感称王扮车体安全关键角色
光靠无线感测网路，对于车内人员安全的保护仍然不够。这时，微机电系统就扮演车体运动的关键角色。早期产业界并不重视微机电系统，直到 iPhone与WII现身江湖，MEMS才真正被发扬光大。
但MEMS早已大量运用车体运动上，主要塬因在于车体运动时会有加速、爬坡与遭遇路面不平等运动现象，透过MEMS Gyro scope即时侦测车体的运动状况，回报给车身控制系统，进一步控制车身，避免车身过度倾斜造成翻覆，或是过度打滑造成失控衝撞。考量到车内人员的安全，MEMS的敏感度与反应速度相对重要许多。举例而言，MEMS其中一项应用——加速度计，可以计算车体在行驶运动的时速，一旦出现衝撞车祸，受到撞击的瞬间，加速度计立刻算出撞击速度，再透过有电子控制元件的安全气囊，决定是否要启动安全气囊保护人体安全。
敦吉科技通路事业本部技术部协理许瑞达指出，MEMS虽然应用相当广泛，但是就消费性与车用安全上，就元件作业环境要求的严格程度就大不相同，例如在温度测试上，一般消费性或工业类电子系统的温度测试约为约为-20°C 到105°C左右，但就车用领域的温度测试上，就必须将测试範围拉到约为-50°C 到150°C的区间，希望元件在实际应用环境的状况能更加稳定。同理，在耐撞与防震上，车用微机电系统也必须在受到强烈震动的情况下，仍能稳定传送讯号，以让车体其他电子系统能迅速作出对应，以保持车体稳定与人身安全。
影像感测加红外线 开车停车无顾虑
影像侦测可分为驾驶人精神状况、行车距离与倒车侦测叁大应用，目前应用最为广泛的是倒车侦测，尤其台湾地小人稠，家家户户皆有房车，如何在狭小的空间停车，就成为一大挑战。若再配合红外线功能，更是如虎添翼，透过反射塬理计算车子与障碍物的距离，驾驶者能更明确掌握尚有多少的安全停车空间。
考量行车安全，许多车载系统的解决方案的提供商，也开始思考如何更进一步防範车祸发生，其中，驾驶人精神状况与行车距离两大应用，最为产业界所热烈讨论。透过影像侦测，如眼睛是否平视前方、眼睛是否有闭上、头部摇晃的频率等，判断驾驶人的精神状况如何并加以提醒。系统设计通常由摄像镜头进行影像撷取，透过类比数位转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）进行讯号转换，再将资料传给DSP（Digital Signal Processor;数位讯号处理器）。只要事先在DSP裡烧录许多驾驶者危险动作资料，配合软体驱动进行高速运算，再将运算结果转送至其他电子系统，迅速提醒驾驶者相关注意事项，避免发生事故。
同样的系统设计概念，也可以应用在行车距离的侦测。车厂可考量安全需求，在车体四周佈置影像摄影机，以便快速拮取撷取四周的其他车辆与道路使用移动物体资讯，如行人、脚踏车骑士等，预先进行道路的动态侦测，提醒驾驶人目前的车行状况。
总体来说，感测技术并非单一电子元件即能完成的技术概念，而是一个完整且可运作的电子系统，其系统元件可包括：讯号接收元件、ADC、处理器、 FPGA与DAC（Digital-to- Analog Converter;数位类比转换器）与电源管理元件等。考量到车用安全电子领域，由于涉及车内使用者的生命安全，元件本身的稳定度、耐撞、作业温度、反应速度与精确度等，都是缺一不可的重要关键。半导体元件业界推出相关的认证规範，如IEC61508、AEC Q-100与ISO / TS 16949:2002，以符合车用系统厂商的需求。
生命安全是人们最基础的重要需求，现实环境中，车用安全是目前最为迫切需要解决的问题。再高科技的产品，最终仍须回归市场需求，产业所扮演的角色，便是提供对应方案解决问题，提供人们生命更多的安全保障。
无线感测技术 提供个人化服务
无线感测技术的应用相当广泛，因应用领域不同，可对车辆使用者提供安全且个人化的服务。无线感测应用早期以军事用途为大宗，再开始流向往民间应用，如交通工程、矿坑监控、地理侦测等，其后再往智慧家庭领域移动。时至今日，汽车领域也成为无线感测技术的应用範围之一。
车用领域的无线感测技术涉及到人身安全，系统要求远比智慧家庭的无线感测系统来得高。举例来说，车内的二氧化碳浓度的感测事关重大，二氧化浓度过高，轻则影响驾驶精神，严重则会导致闷死。基于上述理由，感测器的灵敏度势必要加以提升，一旦浓度过高，通过系统的讯号转换，通知车内人员车内二氧化碳浓度过高，提醒驾驶打开窗户让空气流通。
防盗系统也可透过无线感测系统，变得更加聪明而人性化。以往防盗系统通常透过车主身上的无线发射器，按钮一按，即可以解除防盗系统。但由于超低功耗的电源管理与射频製程等技术进步许多，无线感测的功耗也大幅降低，车主身上可以携带一个无线射频系统，同时控制所有车门，车主靠近哪个门，门就自动开启，其他门则仍保持未开状态，十足是充满智慧的防盗系统。同时，配合车载控制系统，更可搭配车主喜好，先播放音乐、车内空调与调整坐位空间。因此，整体而言，无线感测技术的应用相当广泛，可因应用领域不同，对于车内使用者提供安全且个人化的服务。
MEMS Sensor敏感称王扮车体安全关键角色
光靠无线感测网路，对于车内人员安全的保护仍然不够。这时，微机电系统就扮演车体运动的关键角色。早期产业界并不重视微机电系统，直到 iPhone与WII现身江湖，MEMS才真正被发扬光大。
但MEMS早已大量运用车体运动上，主要塬因在于车体运动时会有加速、爬坡与遭遇路面不平等运动现象，透过MEMS Gyro scope即时侦测车体的运动状况，回报给车身控制系统，进一步控制车身，避免车身过度倾斜造成翻覆，或是过度打滑造成失控衝撞。考量到车内人员的安全，MEMS的敏感度与反应速度相对重要许多。举例而言，MEMS其中一项应用——加速度计，可以计算车体在行驶运动的时速，一旦出现衝撞车祸，受到撞击的瞬间，加速度计立刻算出撞击速度，再透过有电子控制元件的安全气囊，决定是否要启动安全气囊保护人体安全。
敦吉科技通路事业本部技术部协理许瑞达指出，MEMS虽然应用相当广泛，但是就消费性与车用安全上，就元件作业环境要求的严格程度就大不相同，例如在温度测试上，一般消费性或工业类电子系统的温度测试约为约为-20°C 到105°C左右，但就车用领域的温度测试上，就必须将测试範围拉到约为-50°C 到150°C的区间，希望元件在实际应用环境的状况能更加稳定。同理，在耐撞与防震上，车用微机电系统也必须在受到强烈震动的情况下，仍能稳定传送讯号，以让车体其他电子系统能迅速作出对应，以保持车体稳定与人身安全。
影像感测加红外线 开车停车无顾虑
影像侦测可分为驾驶人精神状况、行车距离与倒车侦测叁大应用，目前应用最为广泛的是倒车侦测，尤其台湾地小人稠，家家户户皆有房车，如何在狭小的空间停车，就成为一大挑战。若再配合红外线功能，更是如虎添翼，透过反射塬理计算车子与障碍物的距离，驾驶者能更明确掌握尚有多少的安全停车空间。
考量行车安全，许多车载系统的解决方案的提供商，也开始思考如何更进一步防範车祸发生，其中，驾驶人精神状况与行车距离两大应用，最为产业界所热烈讨论。透过影像侦测，如眼睛是否平视前方、眼睛是否有闭上、头部摇晃的频率等，判断驾驶人的精神状况如何并加以提醒。系统设计通常由摄像镜头进行影像撷取，透过类比数位转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）进行讯号转换，再将资料传给DSP（Digital Signal Processor;数位讯号处理器）。只要事先在DSP裡烧录许多驾驶者危险动作资料，配合软体驱动进行高速运算，再将运算结果转送至其他电子系统，迅速提醒驾驶者相关注意事项，避免发生事故。
同样的系统设计概念，也可以应用在行车距离的侦测。车厂可考量安全需求，在车体四周佈置影像摄影机，以便快速拮取撷取四周的其他车辆与道路使用移动物体资讯，如行人、脚踏车骑士等，预先进行道路的动态侦测，提醒驾驶人目前的车行状况。
总体来说，感测技术并非单一电子元件即能完成的技术概念，而是一个完整且可运作的电子系统，其系统元件可包括：讯号接收元件、ADC、处理器、 FPGA与DAC（Digital-to- Analog Converter;数位类比转换器）与电源管理元件等。考量到车用安全电子领域，由于涉及车内使用者的生命安全，元件本身的稳定度、耐撞、作业温度、反应速度与精确度等，都是缺一不可的重要关键。半导体元件业界推出相关的认证规範，如IEC61508、AEC Q-100与ISO / TS 16949:2002，以符合车用系统厂商的需求。
生命安全是人们最基础的重要需求，现实环境中，车用安全是目前最为迫切需要解决的问题。再高科技的产品，最终仍须回归市场需求，产业所扮演的角色，便是提供对应方案解决问题，提供人们生命更多的安全保障。
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