鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:760次 | 2018年09月17日
自動(dòng)駕駛汽車的實(shí)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(lái)半自動(dòng)和全自動(dòng)駕駛汽車的實(shí)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(yàn),從依靠工業(yè)級(jí)陀螺儀實(shí)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(gè)性化的駕駛室,新一代的半自動(dòng)和全自動(dòng)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(guò)物體之前位置,結(jié)合速度和方位來(lái)推算當(dāng)前位置的過(guò)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(hào)丟失的典型隧道長(zhǎng)度。對(duì)于半自動(dòng)(L3)或自動(dòng)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(jià)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
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(duì)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(dòng)駕駛汽車中潛藏的巨大機(jī)會(huì)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(gè)挑戰(zhàn)。自動(dòng)駕駛的故障操作模式允許使用更高的價(jià)格(最開(kāi)始時(shí)價(jià)格至少在100美元以上)的傳感器,即使到2030年自動(dòng)駕駛汽車數(shù)量仍相對(duì)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(rùn)豐厚的未來(lái)市場(chǎng)。
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(gè)性化的乘坐體驗(yàn),以及先進(jìn)的兩級(jí)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(duì)的MEMS麥克風(fēng)來(lái)降低噪聲,通過(guò)圖像傳感器或MEMS紅外傳感器來(lái)檢測(cè)駕駛員的存在。同時(shí),利用氣體傳感器檢測(cè)車內(nèi)的二氧化碳濃度,當(dāng)檢測(cè)到導(dǎo)致瞌睡的危險(xiǎn)指數(shù)達(dá)標(biāo)時(shí),就會(huì)觸發(fā)警告。然后,這些智能傳感器將“告訴”駕駛員打開(kāi)車窗或利用較復(fù)雜的解決方案啟動(dòng)空氣凈化系統(tǒng)。雖然如今的二氧化碳傳感器價(jià)格仍然相對(duì)昂貴,但相信未來(lái)我們會(huì)看到低成本的傳感器進(jìn)入市場(chǎng)。
未來(lái)的駕駛室需要超越這些概念,走向全自動(dòng)駕駛。座椅上可以配備靈敏的加速度計(jì),用于測(cè)量心率和呼吸頻率以及身體的各項(xiàng)活動(dòng)。其他器件還可以監(jiān)測(cè)人體濕度和溫度。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
我們?cè)賮?lái)看看Murata(村田制作所),最初用MEMS加速度計(jì)代替脈搏血氧儀,致力于臨床醫(yī)學(xué),其加速度計(jì)同樣可以內(nèi)置在汽車座椅中來(lái)檢測(cè)心率。當(dāng)然,這并不是唯一的方法,另一種用于心率測(cè)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(duì)人體監(jiān)測(cè)的能力,汽車設(shè)計(jì)師將通過(guò)攝像頭來(lái)融合信息,如凝視方向、眨眼和閉眼率、頭部?jī)A斜度和座椅數(shù)據(jù),以及傳感器收集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)等,來(lái)反映有關(guān)駕駛員的身體狀況、意識(shí)甚至情緒等有價(jià)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(xiàng)技術(shù)可能比我們想象的來(lái)得要快。AcTIveWellness可主動(dòng)收集并分析生物數(shù)據(jù),存儲(chǔ)駕駛員的行為和偏好。該原型提供了基于身體狀況來(lái)預(yù)測(cè)駕駛員舒適度的數(shù)據(jù),包括一天中的行駛時(shí)間和行駛條件以及汽車自動(dòng)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(shí)現(xiàn)。
佛吉亞的“未來(lái)駕駛室”在2018年國(guó)際消費(fèi)電子展亮相
同時(shí),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(guò)語(yǔ)音激活或通過(guò)手勢(shì)來(lái)打開(kāi)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(jiǎn)單的紅外二極管進(jìn)行近距離測(cè)量,到用于手勢(shì)控制的復(fù)雜3D飛行時(shí)間(ToF)測(cè)量等。
很明顯,汽車設(shè)計(jì)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(huì)樂(lè)意支付更高費(fèi)用的差異化設(shè)計(jì)。
如何管理傳感器數(shù)量激增帶來(lái)的輸入問(wèn)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(wèn)題。也就是說(shuō),當(dāng)我們有這么多的傳感輸入時(shí),設(shè)計(jì)人員必須解決復(fù)雜布線和不必要的重量問(wèn)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(guò)集成在表面的觸敏電容開(kāi)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(lái),佛吉亞的此項(xiàng)解決方案也即將上市。
除了功能化開(kāi)關(guān)、柔性電子設(shè)備和無(wú)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(shí)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(duì)解決電子產(chǎn)品和傳感器激增問(wèn)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(duì)當(dāng)前半導(dǎo)體工藝的挑戰(zhàn),距離商業(yè)化還有很長(zhǎng)的路要走。
到2030年左右,能夠檢測(cè)到我們的情緒、生命體征和活動(dòng)水平的全自動(dòng)駕駛汽車將可能進(jìn)入市場(chǎng)。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(kāi)窗戶的信號(hào)。HVAC系統(tǒng)可以基于我們的體溫來(lái)增加座椅通風(fēng)或打開(kāi)空調(diào)(或暖氣),感覺(jué)車內(nèi)太熱或太冷都將成為過(guò)去,至少對(duì)于駕駛員而言,舒適度是最重要的!未來(lái)我們可能會(huì)覺(jué)得在車?yán)锉仍谵k公室、家里或電影院更舒適。也許汽車會(huì)成為辦公室、娛樂(lè)中心,甚至家外之家,因?yàn)楫?dāng)我們與家人一起長(zhǎng)途旅行時(shí),不會(huì)再有人問(wèn):“我們還沒(méi)到嗎?”