【汽车人◆观察】MEMS进入汽车

2016-06-04 汽车人 汽车人





在无人驾驶上获得机会的MEMS有望结束无人问津的尴尬地位。MEMS—Micro Electro Mechanical systems,本世纪初发明的一种非传统陀螺仪的微机械系统。


◎ 汽车人传媒记者   黄耀鹏


当你用手机在玩酷跑类游戏的时候,偏转手机,游戏人物就会做出相应动作。显然,所有的智能手机都能敏感自身的偏转。有人认为是手机内置陀螺仪的功劳,这话只对了一半。

 

准确地说,手机里面装的是“角速度传感器”,比陀螺仪便宜得多,精度当然也要低得多,不适合做量化测量。简单说,它只能测到偏转趋势,而不必知晓具体的角度和角速度。

 

真正的陀螺仪广泛应用在航天航空航海,从卫星、火箭、导弹、飞机,到舰船、坦克,几乎所有人类制造的运动载具都需要它。军事上使用的陀螺仪非常昂贵,尽管刚体转子陀螺仪、激光陀螺仪、光纤陀螺仪的成本依次降低,但民用汽车仍然用不起。现在,现实有了一点改变。

 

无人驾驶技术的兴起,使设计工程师们有意将陀螺仪引入到汽车里面。虽然GPS接收器可以算出自身位置和速度,但在缺乏信号的地方(地下车库、隧道)和GPS信号受到干扰的时候,汽车就无法导航。对有人驾驶来说,一小段空白时间并不要紧,但对无人驾驶来说可能是致命的缺陷。



 

依赖于云端服务器的无人驾驶车辆,也可能遇到通信网络超载或者找不到基站的情况。电信运营商们承诺在2020年以前实现5G信号的商业运营,网络带宽和数据传输稳定性将不再成为瓶颈。但仍然不能相信在偏僻的乡村和小城镇,5G网络能在几年内覆盖。事实上,现在我国有些地方连2G信号传送也不能保证。这使得谷歌坚持本地智能决策路线拥有充足的理由。

 

不依赖外界信息的惯性导航系统,符合本地决策的要求。但选用武器级惯性制导/导航系统,是不明智的,可能远远超过整车成本的车载装备本身就是个笑话。

 

本世纪初发明的一种非传统陀螺仪——微机械系统(MEMS—Micro Electro Mechanical systems)突然受到了关注,就像一个演不上戏的演员突然获得了一号角色。在这之前十余年,MEMS都是一个鸡肋发明。虽然没有机械转子,工作可靠、价格低廉,但是只有0.1度精度令其不堪大用。军方用户对这种不起眼的小玩意不屑一顾,一直将其归为玩具一类。而玩具商也不用MEMS,理由是嫌贵。

 

而无人驾驶技术逐渐成熟,就包括MEMS技术的进步。这种将机械构件、光学系统、电控集成在一起的微型系统,体积进一步缩小。得益于硅体微加工、晶片键合等技术的发展,做得最好的系统,精度已经上升到0.01度。在无人驾驶上获得机会的MEMS有望结束无人问津的尴尬地位。

 

而意法和恩智浦半导体公司都研发了集陀螺和加速度计于一身的MEMS传感器,简直相当于一个超小型的惯性系统。这种传感器可以测量测量的角加速度和线加速度,并经过一次和二次积分,可以获得速度和位置(角速度和角位置)。车辆任何细微的动作和倾斜姿态,都被转化为数字信号,通过总线,传递给行车电脑。即便在最快的车速状态下,MEMS的精度和反应速度也能够适应。

 

更重要的是,它能够发现车辆潜在的侧倾风险——早在车辆出现侧倾之前,就能予以纠正,比传统的ESP(车身稳定系统)更可靠,发现得更早,可能早上100毫秒。在人类做出任何反应,甚至根本还未察觉之前,MEMS就已经将危险上报到行车电脑,后者依靠传动系统和四轮控制,就已经纠正了危险的车辆动作趋势。

 

理论上,MEMS不依赖于任何外界信号。不过,在长时间工作后,其积分结果——速度、位置信号会积累越来越大的误差。这时候,需要GPS信号或者北斗信号对结果进行校正。

 

MEMS可以感知汽车自身运动的一切参数:加速度、速度、位置、姿态。成为自主控制与导航的最强大传感器。匹配高精度地图,完全可以不依赖任何卫星导航系统。后者将滑落神坛,从主导汽车的一举一动,沦为“点校正”工具。MEMS拥有这样的潜力,但不是现在。

 

虽然MEMS的成本和可靠性是优势,但它也能追踪汽车的一切行动,而且不像GPS那样,可以被用户屏蔽或者删除足迹。即便车主选择关闭状态显示,它仍在后台一直记录所有数据。如果透过高速网络上传,车主将没有隐私可言,不管授权还是非授权。事实上,车主可能不会意识到被自己的汽车跟踪。如果这个问题被潜在客户认识到,MEMS应用将陷入尴尬。

 

MEMS可能因为自身能力过于强大而延缓进入汽车的脚步,这真是个讽刺。

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