淺談光電技術在汽車領域的應用現狀與方向

李克爽

(武漢大學,湖北武漢 430072)

淺談光電技術在汽車領域的應用現狀與方向

李克爽

(武漢大學,湖北武漢 430072)

隨著汽車技術的發展與汽車工業化的成熟化,光電技術在汽車領域的應用也由過去的單一格局發展為綜合運用,光電技術的可靠性正被廠商及消費者所認可,國內光電科技企業也迎來了相應的契機。本文從國內與國外兩個視角概括了光電技術在汽車領域的應用現狀,同時從目前光電技術的新發展總結出其在汽車領域的發展方向。

光電技術 汽車生產 技術應用

1 引言

隨著國內經濟形勢的穩定與蓬勃發展，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不僅僅是簡單的出行工具，更表現出了私人物品的特質，經濟性、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展方向。

而現如今石油問題正日趨嚴峻，油價成了左右經濟的一個推手，應用石油作為驅動力的汽車也迎來了新的挑戰，又隨著科學技術在電子領域及材料領域的發展，電動車混動車已經不僅僅限于概念的范疇，似乎已經成為近五年甚至十年之內新能源汽車的主要發展方向。然而在五年前曾經轟動一時的太陽能汽車計劃卻正被大眾逐漸遺忘，光電技術近年來更多的是被應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與相應材料的日趨完善、裝備量產車上的紅外、激光、LED、透鏡、攝像及雷達成熟化應用，使得更加成熟的光電技術走出實驗室進入工廠車間實現流水連生產的機遇越來越多。

2 光電技術在汽車領域的應用現狀

2.1 國內應用現狀

在汽車的技術應用上，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律轉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及內容的信息。而目前廠商已經用于生產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，它區分垂直方向重疊物體的能力較弱，需要規避許多波段(比如軍用、廣播等)，來達到信號的穩定；而紅外線的缺點就在于對環境要求高，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雜化，以及自然環境的污染，目前單一傳感器應用出現失誤的幾率也越來越高，所以對于傳感器的綜合應用以及更加精準的技術支持無疑成為了國內汽車發展的方向，也成為了廠商們所追求的目標，更是技術人員的未來研究方向。

2.2 國外應用情況

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

EyeSight行車安全輔助系統源于20世紀90年代日本某工業企業對于攝影鏡頭的研究，其前身是“主動駕駛輔助系統(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人。當設定巡航定速時，萬一與前車的距離過近，系統還會自動減速，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，相比現款能夠提升40%。對于攝像頭技術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用。

ACC自動巡航技術是一個允許車輛巡航控制系統通過調整速度以適應交通狀況的汽車功能。它應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；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行巡航控制，以減輕駕駛者的疲勞。這一技術的應用促成了自動駕駛技術的實現，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。目前這一技術已經在瑞典某著名汽車廠商所開發的汽車上率先使用，其所倡導的理念也越來越被更多的人所認可。

3 光電技術在汽車領域的發展方向

由于環境的復雜化和環保理念的更加深入，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。未來的汽車發展一定是朝著更加安全、環保、便捷的方向發展。

首先，傳感器的精確化。從國外目前汽車領域對于光電器件的應用上來看，不難總結出這一發展趨勢，無論是運用彩色攝像裝置代替傳統黑白攝像頭，還是雷達的綜合運用代替傳統的單一運用，傳感器在汽車領域的發展上必定是朝著更加精確的方向發展。

其次，光傳感器的普遍應用。感應環境光并不是一個新的構想。在數十年前就已經利用光電二極管和光敏電阻來實現這一構想。所謂新構想，是指對環境光感應的同時還能消減無用的紅外線和紫外線光，而且在支持汽車規格AECQ-1000嚴格要求的同時還可以實現小封裝，尤其是能夠保證在-40度至+105度(2級)溫度范圍內的操作，以滿足其余的規格要求。光傳感器在提供更舒適的顯示質量方面已經成為最有效的解決方案之一，它具有與人眼相似的特性，這對于汽車應用而言至關重要，因為這些應用要求在所有環境光條件下都能達到完全的背光效果。

光電技術在汽車領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，這也讓光電技術有了從實驗室走向生產線的機會，不僅給了汽車新發展以充足的技術支持，也更加滿足人們對于汽車的軟性需求。

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