鉅大LARGE | 點擊量：743次 | 2018年09月17日
自動駕駛汽車的實現(xiàn)與傳感器發(fā)展密切相關(guān)
據(jù)麥姆斯咨詢介紹，未來半自動和全自動駕駛汽車的實現(xiàn)與傳感器發(fā)展密切相關(guān)。為了讓用戶獲得更佳的體驗，從依靠工業(yè)級陀螺儀實現(xiàn)卓越導(dǎo)航的高度精確的航位推算子系統(tǒng)，到具有直觀人機(jī)界面（humanmachineinterface，HMI）和智能座椅等更智能化和個性化的駕駛室，新一代的半自動和全自動駕駛汽車都必將使用更多的傳感器。
航位推算精確提供位置信息
航位推算法是通過物體之前位置，結(jié)合速度和方位來推算當(dāng)前位置的過程。航位推算法應(yīng)用廣泛，是智能手機(jī)、特種航天導(dǎo)航和特種特種中慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
當(dāng)今一流的MEMS陀螺儀可以在200米的距離內(nèi)提供30～50厘米的分辨率（橫擺角速度漂移），這是GPS信號丟失的典型隧道長度。對于半自動（L3）或自動駕駛（L4、L5）汽車，其位置精度遠(yuǎn)低于10厘米。通常只有高端工業(yè)或特種航天陀螺儀可以滿足這種精度，其零偏不穩(wěn)定性誤差值范圍為1°／h至0．01°／h。這些重載陀螺儀的價格從100美元到1000美元不等。
根據(jù)應(yīng)用和偏置漂移性能區(qū)分當(dāng)前不同陀螺儀的性能水平
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
對于具備工業(yè)精度能力的MEMS陀螺儀傳感器制造商，例如SiliconSensingSystems、AnalogDevices、Murata、EpsonToyocom和TDKInvenSense，以及更廣泛的傳感器元器件制造商，如Bosch、Panasonic、STMicroelectronics和TDK（InvenSense和Tronics）等，自動駕駛汽車中潛藏的巨大機(jī)會令他們極其感興趣。
雖然MEMS技術(shù)在性能、尺寸和重量上控制較好，但成本仍然是個挑戰(zhàn)。自動駕駛的故障操作模式允許使用更高的價格（最開始時價格至少在100美元以上）的傳感器，即使到2030年自動駕駛汽車數(shù)量仍相對較少。盡管如此，與工業(yè)應(yīng)用相比，汽車的銷量仍然具有非常大的吸引力，它為航位推算傳感器提供了利潤豐厚的未來市場。
駕駛室將變得更加智能
汽車制造商寄希望于人們喜歡控制自己的物理環(huán)境的想法。汽車內(nèi)部配備了壓力傳感器，可提供更個性化的乘坐體驗，以及先進(jìn)的兩級安全氣囊，以提高安全性。在某些車輛中，汽車制造商還使用成對的MEMS麥克風(fēng)來降低噪聲，通過圖像傳感器或MEMS紅外傳感器來檢測駕駛員的存在。同時，利用氣體傳感器檢測車內(nèi)的二氧化碳濃度，當(dāng)檢測到導(dǎo)致瞌睡的危險指數(shù)達(dá)標(biāo)時，就會觸發(fā)警告。然后，這些智能傳感器將“告訴”駕駛員打開車窗或利用較復(fù)雜的解決方案啟動空氣凈化系統(tǒng)。雖然如今的二氧化碳傳感器價格仍然相對昂貴，但相信未來我們會看到低成本的傳感器進(jìn)入市場。
未來的駕駛室需要超越這些概念，走向全自動駕駛。座椅上可以配備靈敏的加速度計，用于測量心率和呼吸頻率以及身體的各項活動。其他器件還可以監(jiān)測人體濕度和溫度。
我們再來看看Murata（村田制作所），最初用MEMS加速度計代替脈搏血氧儀，致力于臨床醫(yī)學(xué)，其加速度計同樣可以內(nèi)置在汽車座椅中來檢測心率。當(dāng)然，這并不是唯一的方法，另一種用于心率測量的傳感方法是利用毫米波特種技術(shù)，毫米波甚至可以穿透諸如書籍或雜志等物體。
為了增強(qiáng)傳感器對人體監(jiān)測的能力，汽車設(shè)計師將通過攝像頭來融合信息，如凝視方向、眨眼和閉眼率、頭部傾斜度和座椅數(shù)據(jù)，以及傳感器收集的各項數(shù)據(jù)等，來反映有關(guān)駕駛員的身體狀況、意識甚至情緒等有價值的信息。
佛吉亞（Faurecia）在2016年巴黎車展上亮相的智能座椅ActiveWellness概念機(jī)證明了這項技術(shù)可能比我們想象的來得要快。AcTIveWellness可主動收集并分析生物數(shù)據(jù)，存儲駕駛員的行為和偏好。該原型提供了基于身體狀況來預(yù)測駕駛員舒適度的數(shù)據(jù)，包括一天中的行駛時間和行駛條件以及汽車自動駕駛運(yùn)行模式（L3、L4或L5）等。其他功能，如事件觸發(fā)按摩（event－triggeredmassage）、座椅通風(fēng)，甚至隨環(huán)境照明或音頻環(huán)境而變化都將可能實現(xiàn)。
佛吉亞的“未來駕駛室”在2018年國際消費(fèi)電子展亮相
同時，還有其他更先進(jìn)的人機(jī)界面的商業(yè)言論以及大量產(chǎn)品原型。偉世通（Visteon）的Horizon駕駛室可以通過語音激活或通過手勢來打開或調(diào)整采暖通風(fēng)與空調(diào)（HVAC）。如今，電容傳感器已廣泛用于接觸式應(yīng)用，非接觸式應(yīng)用包括從簡單的紅外二極管進(jìn)行近距離測量，到用于手勢控制的復(fù)雜3D飛行時間（ToF）測量等。
很明顯，汽車設(shè)計師在車內(nèi)空間中可以更加自由地使用人機(jī)交互界面，提供制造商認(rèn)為客戶會樂意支付更高費(fèi)用的差異化設(shè)計。
如何管理傳感器數(shù)量激增帶來的輸入問題
目前，研究人員正在研究解決先進(jìn)功能汽車需要多種傳感輸入的問題。也就是說，當(dāng)我們有這么多的傳感輸入時，設(shè)計人員必須解決復(fù)雜布線和不必要的重量問題。例如，佛吉亞正在考慮將裝飾性表面（如木材、鋁、織物材料或塑料）轉(zhuǎn)化為智能表面，通過集成在表面的觸敏電容開關(guān)，形成功能性的智能表面，減少傳感輸入的數(shù)量，從而降低布線復(fù)雜性。隨著2020年的到來，佛吉亞的此項解決方案也即將上市。
除了功能化開關(guān)、柔性電子設(shè)備和無線電源之外，甚至是能量收集（以減輕電源重量），都可以提供一些答案。實際上，最近的研究表明，基于石墨烯的霍爾器件可以嵌入到大面積柔性Kapton薄膜中，最終集成到面板上。捷豹路虎等這些原始設(shè)備制造商（OEM）對解決電子產(chǎn)品和傳感器激增問題的方法非常感興趣，尤其是在豪華汽車中。智能表面代表著傳感器封裝的巨大變化以及對當(dāng)前半導(dǎo)體工藝的挑戰(zhàn)，距離商業(yè)化還有很長的路要走。
到2030年左右，能夠檢測到我們的情緒、生命體征和活動水平的全自動駕駛汽車將可能進(jìn)入市場。如果車內(nèi)二氧化碳含量升高，駕駛室可以向我們發(fā)出打開窗戶的信號。HVAC系統(tǒng)可以基于我們的體溫來增加座椅通風(fēng)或打開空調(diào)（或暖氣），感覺車內(nèi)太熱或太冷都將成為過去，至少對于駕駛員而言，舒適度是最重要的！未來我們可能會覺得在車?yán)锉仍谵k公室、家里或電影院更舒適。也許汽車會成為辦公室、娛樂中心，甚至家外之家，因為當(dāng)我們與家人一起長途旅行時，不會再有人問：“我們還沒到嗎？”
