簡介

當代汽車日益增加的連接性能已經不足為奇。在初期，油壓、冷卻液溫度和燃油液位等汽車傳感器會通過儀表板上的警告燈圖標，提醒駕駛員需要注意的問題。后來，集成全球定位 (GPS) 成為汽車制造商在車輛中引入的最早智能功能，馬自達在 1990 年的 Eunos Cosmo 中集成了第一個包含 GPS 的移動通信系統，如今的汽車還集成有自動泊車和車道偏離輔助等自動功能。

目前每臺車的各個子系統大概擁有100多個微控制器和微處理器，它們控制著從打開前燈到調節廢氣排放，再到車輛如何與儀表板交互的一切。下面我們將回顧傳感器的發展和應用，以及這些傳感器數據如何通過軟件控制功能提高我們駕駛的安全性、舒適性和連通性。

MCU、MPU 在車輛和物聯網之間實現聯通

數據是物聯網 (IoT) 的命脈。為了讓計算機做出響應并通過適當算法來提高設備性能，工程師必須收集大量數據，車輛周圍和內部的傳感器用途就是收集這些數據。然后對數據進行處理并用于控制汽車中以前通過手動實現的功能。處理器或微控制器接受數據并將其復原到程序算法能夠評估的形式。然后，根據收集到的數據，控制器可以用適當的動作做出響應。影響力最大的汽車數據有三大類別：排放、性能和乘客舒適度。

從車輛內部到外部接收器的自動數據傳輸系統能夠最大限度地減少車輛信號和響應之間的延遲。借助此功能，汽車可以與其他用戶、車輛或智能城市進行交互。

車聯網技術概述

驅動汽車制造商增加傳感器使用的因素大概有三個：排放法規、改進的道路性能以及乘客舒適性和安全性。這些領域定義了傳感器的應用，并預示著軟件控制技術的出現。

排放法規（動力總成）

在對油、冷卻液和燃料進行測量之后，按照新的排放法規，要求汽車制造商升級其傳感器技術以監測燃燒性能，從而減少溫室氣體排放。因此，工程師開發了歧管絕對壓力 (MAP) 傳感器來控制發動機性能和限制廢氣排放。 MAP 傳感器測量歧管壓力，發動機的控制單元用它計算空氣密度和質量流速。

這些參數的組合能夠自動控制燃料供應量，以實現最大限度地燃燒。此外，實現盡可能接近化學計量的燃燒化學操作可最大限度地提高燃燒程度，限制產生有害氣體排放以及不希望產生的燃燒反應產物，通過更高程度的燃燒反應和減少不希望的燃燒產物，可使發動機更高效地運行。這種情況也導致另外的好處，因為更高效的燃燒減少了結焦和其他未充分燃燒的碳氫化合物產生的廢氣排放，例如氮氧化物 (NOx)。

汽車排放法規的進一步收緊促使汽車制造商提高車載傳感器的測量靈敏度和性能。為了滿足這一需求，他們正在采用微機電（MEMS）測量系統傳感器。這些新穎的傳感器專為通過壓力測量來控制發動機而設計，并已經在整個車輛應用中迅速擴展。 MEMS 兩個相互交織的因素使它們更加擅長于發動機控制：電子智能與機械測量參數的集成以及傳感器在車輛上所占據的較小空間。這兩個因素的結合為數據采集和軟件控制提供了一種經濟、高性能解決方案。由于當今采用 MEMS 技術構建的車輛可以提高發動機性能、減少排放、增加安全性和增加便利性，這種傳感器的重要性也在不斷提高。

實現新的排放目標首先會使某些汽車制造商處于優勢地位。通過利用數據和車載過程/控制能夠為用戶率先提供將有害排放減少到監管目標以下的服務，從而迫使競爭者競相迎頭趕上。

改進的道路行駛性能（底盤）

除了能夠對動力總成性能帶來好處之外，在底盤上進行道路行駛性能測量的傳感器也在不斷進步，目前的場景正是歷史上與車輛自主行駛所需有關功能的交匯點。這些應用示例包括自動剎車系統、道路噪音消除、牽引控制和自動停車等。傳感器還能夠測量振動數據，以進行穩定性控制，也可以測量車輪輪胎壓力以防止爆胎。

這些功能主要以安全為中心，但所帶來的其它好處包括更順暢的駕駛和乘車體驗。例如，工程師可以通過分析這些數據來設計更穩定的車架，優化輪胎距離和位置以實現更優化的平衡和支撐，并利用傳統駕駛習慣改善防抱死制動系統性能以減少停車時間。此外，改進道路行駛體驗對于提升整體駕駛體驗至關重要。物聯網可以對車輛生成的數據做出反應，以確保駕駛員安全，并自動將汽車移動到不容易受傷害的位置。

乘客舒適度和安全性（駕駛室和外部）

促使傳感器普及率提高的第三個因素是乘客舒適度。隨著智能手機和互聯技術的興起，駕駛員已成為車輛中互聯界面和可定制技術的最直接用戶。由于安全性一直是處在汽車行業的前沿，應用MEMS 可以改進前部和側面安全氣囊釋放的模式和時機。如果環境照明條件發生變化，它們還可以更準確地預測何時自動打開前大燈。

而在舒適度方面，工程師可以使用傳感器的數據來記錄駕駛員的喜愛和偏好，以及座椅溫度和方向等功能設置。此外，傳感器還可以幫助導航，駕駛員在用戶界面的偏好可用于引導軟件控制方面的偏好，這一優勢可能是 MCU/MPU 所帶來的對乘客最具變革性的應用。

駕駛座位上的軟件

在車輛內部署 MEMS 傳感器和其他技術能夠使車輛軟件工程師調整和優化駕駛體驗。 Utopia 是一個足夠強大的數據集，微處理單元 (MPU) 可以完成接收、分析、預測，并對當時條件做出反應，而無需駕駛員進行控制，但挑戰在于內燃機 (ICE) 對于軟件控制設置的能力有限，提高電氣化程度是實現由軟件控制車輛的最大推動力。

遍布車輛各處的 MPU 和微控制器 (MCU)類似于人類的大腦，能夠實現駕駛員和乘客所期待的汽車性能、安全性和舒適性，這是邁向自動駕駛體驗的又一步。由于大多數電動汽車都適合于軟件控制，汽車制造商的產品線將會變得更加簡單，同時能夠為客戶提供了更高的靈活性。處理平臺能夠支持對上述領域進行軟件控制，這里舉三個例子來展示軟件控制功能的實用性。

動力總成

系統架構師可以選擇16位數字信號控制器（DSC）和MCU用于許多內燃機（ICE）和電動汽車（EV）動力總成應用，該發展趨勢的一個重要好處是，這些平臺能夠在嚴苛的操作條件下提供實時響應和高可靠性。此外，它們還可以實現軟件控制的電機控制，排放氣體再循環（EGR）閥門操作以及水和油泵控制等。 這些16位設備雖然主要用于動力總成，但同時也有利于改進由車輛軟件控制的電源管理、電池充電和外部照明等。

那些適合軟件應用的元器件能夠提供數字信號處理以增加DSC數據吞吐量。先進的DSC和MCU采用用雙向模擬/數字轉換器調節脈沖寬度，以最大程度地在兩個方向提高處理速度和性能。

底盤

高級駕駛員輔助系統和ABS等車輛公路行駛應用需要具有更多的內存才能運行。 32位解決方案通常能夠比16位提供更多的內存，并且能夠在更高電壓下運行，以擴大其應用范圍。盡管32位控制器具有更大容量，但在汽車部署時仍然足夠緊湊，同時可以提供車輛公路行駛用例所需性能。

駕駛艙和外部

對于最復雜、最新穎和最現代的軟件控制功能，32位MPU是功能強大設計平臺的最佳選擇。該解決方案可處理信息娛樂和駕駛員-汽車交互界面。由于32位MPU具有類似完整計算機的處理能力，它能夠對大量數據進行分析，以保證車輛計算機通過高級安全功能來防范網絡威脅。

除了能夠提供駕駛室和外部應用所需的容量外，32位MPU還包含用于數據完整性的安全功能。此外，市場領先的MPU可提供嵌入式音頻和視頻功能以豐富用戶體驗，這些功能可提高系統的數據處理精度，從而改進軟件定義響應的有效性。

總結

物聯網正在以前所未有的速度生成數據，而進行數據采集和組織，并采取相應動作的處理器則能夠支持和實現多種軟件和自主功能，從而降低車輛的碳排放，提高安全性和性能。

MCU和MPU在我們的汽車中已經相當普遍。但是，隨著電動汽車在市場中變得越來越重要，諸如16位和32位MCU，以及32位MPU之類的解決方案已經準備就緒，完全可以實現軟件控制汽車的目標。當設計人員使用這些元器件來幫助實現大量傳感器數據的處理時，他們可以利用現有的數據處理基礎架構為實現軟件控制汽車奠定基礎，同時推動完全自動駕駛汽車的發展。