2018年,我們將迎著電子技術的挑戰,踏上技術創新之旅。本文將展望MEMS和感測器技術在汽車產業中的未來發展動態。

在MEMS與感測器高峰會議(MSEC)上,最令我感到振奮的演講者莫過於恩智浦(NXP)汽車事業部技術長Lars Reger。Reger的發言不僅囊括了豐富的技術細節,而且採用了最為生動的敘述方式(並非貶低其他演講者的發言,他們都非常優秀,只是Reger在演講台上的感染力太強,充滿激情)。

Reger談到作為汽車電子領域的工程師和創新者面臨的大好機會,包括連接、自動駕駛、電氣化,以及行駛安全和資訊安全攸關的行動性。

20180620NT01P1 圖1 電子元件可實現汽車的感知、思考、行動功能。

Reger指出,全球每年有130萬人死於交通事故,其中90%的事故都是由於人為錯誤導致。這無異於一場戰爭!他重點強調,隨著車輛速度提升,被撞行人的死亡率呈上升趨勢。在35km/h的車速下,90%的被撞行人倖存;在50km/h的車速下,僅有50%的被撞行人倖存;而在70km/h的車速下,僅有10%的被撞行人倖存。

行駛安全和資訊安全

恩智浦Safe Assure技術所支援的功能安全著眼於:可預測、有規律的非目的性危害;目前在用的標準被動和主動安全系統,並且在未來可實現預測安全功能,以及至關重要的資訊安全。

20180620NT01P2 圖2 感測器融合技術可實現高度自動化駕駛。

汽車產業概括的一系列自動駕駛等級推動了對感測器的需求:

˙1、2級:人類駕駛監控駕駛環境,一些感測器控制汽車的軌跡。車輛上還安裝了為駕駛提供輔助的感測器,例如加速度計、陀螺儀、前向雷達,以及後向盲點、前向和全景攝影鏡頭。

˙3、4、5級:自動駕駛系統,採用環境和慣性感測器監控車輛軌跡。

現代感測器技術將幫助車輛學習如何在周邊環境中安全駕駛。憑藉各種創新技術,例如感測器融合、距離測量、道路標誌識別、路線規則和地圖、精確定位,以及至關重要的仲裁功能(主處理器使用名為仲裁的軟體功能,控制解決可能由兩個不同節點同時發起的消息傳輸,也叫做衝突),汽車將變得前所未有的安全,特別是在當今人類駕駛容易分心的背景狀況下。

MEMS慣性感測器也非常適合安裝在汽車上,因為它們可以幫助車輛控制自動駕駛軌跡,以及關鍵元件的狀態,例如在智慧輪胎內部安裝壓力感測器。

20180620NT01P3 圖3 現代汽車中採用的大量MEMS和感測器。

壓力感測器

壓力感測器的汽車應用包括胎壓監控、行人保護(保險桿感測器能夠檢測到被撞的行人,立即透過引爆氣囊掀起車前的引擎蓋,從而緩解碰撞,減少對頭部的衝擊)、用於展開氣囊的側面碰撞檢測,以及內燃機引擎中的油箱感測器、氣體噴射器感測器、引擎控制模組(ECM)感測器,未來還將逐步應用到其他領域。

運動感測器

汽車中常見的運動感測器包括氣囊感測器和鑰匙資訊安全運動檢測感測器,但也有慣性衛星感測器和側翻感測器。在氣囊控制單元區域內部,與y軸和z軸的低g值加速度感測器配合使用。

無線鑰匙方面的一個有趣應用是防止可能的車道(driveway)攻擊(圖4)。

20180620NT01P4 圖4 被動無鑰匙門禁應用中加裝MEMS運動感測器,可以挫敗竊賊/攻擊者的行動,至少可以通知駕駛/屋主。

磁感測器

磁感測器適用於制動/車輪速度、轉向、擋風玻璃雨刮器控制和引擎控制。Reger表示,我們面臨的挑戰不僅是要掌控汽車的大腦,還要捕捉汽車周圍的環境。

駕駛必須對汽車的物理狀態有十足把握,而現代MEMS和感測器技術正處在與類比世界的介面處。

MEMS和感測器的應用還有很多,甚至超過目前的想像,但隨著我們向自動駕駛不斷邁進,將會發現更多新奇的應用,並利用新開發的感測器技術,讓駕駛過程變得更加安全和愉悅。

(參考原文:Future functionality and safety of the automobile with more MEMS and sensors,by Steve Taranovich)