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AI引领自驾风潮 感测系统建构全智能驾驶体验
6轴惯性已成趋势

【作者: 王岫晨】2020年11月06日 星期五

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自动驾驶在近年来成为热门议题。只要AI上身,让车辆能够进行自动驾驶并非难事。事实上,车辆自动驾驶分为五个等级,在过去汽车完全没有自动驾驶功能,这种自动驾驶等级为0,汽车完全由驾驶操控。至於汽车完全能够自动行驶,不需任何人操作方向盘则为自动驾驶最高的第五等级。


在达到更高的自动驾驶等级後,如果驾驶员驶出车道或驶入车道,汽车会为他们提供某种资讯。在自动驾驶的几种等级中,除了扮演大脑的AI智能之外,赋予汽车对外感知能力的感测器,也在汽车全自动驾驶的任务中扮演了重要角色。


意法半导体亚太区MEMS和感测器行销应用团队负责人Davide Bruno指出,等级1的自动驾驶不是今天开始有的,早在18年前就出现了。而等级2显然是2015年开始的。不同的自动驾驶等级都会用到超音波雷达、长距离雷达、近距离雷达和光达等感测器。预期在2022年可以达到3级,而2040年可以达到5级。有人可能会说,这是一个很长的愿景,可能保守一些,因为可能还需要考量到居住的地方。例如如果住在东京,相较於缺乏基础建设或没有全自动驾驶道路的其他地区,在东京可能会更快实现4级和5级的自动驾驶。


车用感测器浪潮

接下来探讨一下关於过去以及预计将来会发生的事情。车用感测器第一次应用浪潮的开始时间既不是1年前,也不是5年前,而是从1974年的安全气囊开始(福特在1971年进行了首次实验)。然後,所谓的主动安全应用到来。当汽车变得更豪华或者有很大的萤幕时,资讯娱乐系统出现,需要使用更多的感测器,这称为非安全应用。主动安全和非安全应用之间这段时间,称为汽车感测器第二次浪潮。第三次浪潮始於主动安全,因为主动安全是自动驾驶汽车的一部分。第一次浪潮中的感测器,包括压力感测器、驾驶员侧安全气囊感测器、双前安全气囊感测器等。安全气囊属於安全性应用,而非安全应用包括远端资讯处理、定位导航、无钥匙门禁等。



图一 : 车用感测器主要需要了解灵敏度、精确度、稳定性和线性度。
图一 : 车用感测器主要需要了解灵敏度、精确度、稳定性和线性度。

如果分析车用市场非安全应用的渗透率,我们会发现,在某些应用中装置与感测器数量正快速增加,比重在以前非常低,将来会变得非常高。意法半导体拥有简单合理的产品组合,能够解决所有非安全应用问题,例如6自由度的ASM330,以及在车用智慧钥匙中使用更多的3自由度感测器。


然後,有一些特殊的加速度计,可以触发车用警报器。如果想研发降低路噪的新应用,ST的AIS25BA可以解决这个设计需求,在许多人的耳机中就有这款产品。因此,这是一个非常精简合理的产品组合,涵盖了许多不同类型的应用。


麦克风也是一个很有趣的车用产品。首先,汽车产业没有麦克风技术标准。ST投入开发车用麦克风已经很久,今天我们清楚地看到,有4种应用在对动车用麦克风的需求。首先是免持电话,其次是使用多个麦克风抑制路噪的降噪系统、紧急呼叫,最後是车内通话。例如MP23DB01HP就是ST提供给合作夥伴和客户的工业级产品。


6轴惯性系统已成趋势

车用安全除了已经相当饱和的安全气囊市场之外,翻车侦测和ADAS /自动驾驶也是成长型市场。以ST的解决方案为例,来看看如何因应这两项针对人们坐在车内但不驾驶车的5级自动驾驶应用。对於感测器,主要需要了解灵敏度、精确度、稳定性和线性度。同样,精确度、稳定性和线性度也是3个重要叁数。它们为什麽重要?原因很简单。智慧型手机中使用的惯性测量元件与安装在5级自动驾驶汽车中的感测器没有太大区别。主要不同之处是车用感测器更具挑战性的技术要求:准确度、线性度和稳定性。0级自动驾驶基本上不需要感测器。1级自动驾驶要求感测器在30秒内提供定位资料,而定位误差低於50公分。3级的准确度要求从50公分变为10公分;5级没有定位误差,也就不可能有定位错误。


如今,从0级到3级,大多数OEM和一级厂商的做法是在惯性模组或子系统中使用冗馀配置,不只使用一个感测器,而是将几个相同的感测器安装在一起,以误差最小的方式协同作业。显然,这种配置成本很高,并且结构非常复杂,因为需要使多个感测器协同作业,在这种情况下,相同并不代表完全一致。因此,需要使用复杂的软体来同步所有讯号,验证所有资讯。


显然,未来趋势是只用一个6轴或x轴惯性测量系统,其中x可以是4、5、6 DOF(自由度),再加上所谓的功能性安全模组。功能安全是由每个OEM厂商自己定义的,具体取决於子系统的每个单元/元件。功能性安全不可能位於感测器层面,而是位於整个系统层面。ASIL安全标准有A、B、C、D 4个等级,D级要求最严格。今天,大多数6轴惯性单元都是ASIL B级,目标是达到ASIL D,使整个系统变得更安全,更简单。


陶瓷封装

图二 : 对於全自动化的智能自动驾驶体验来说,安全永远都是最优先的考量。
图二 : 对於全自动化的智能自动驾驶体验来说,安全永远都是最优先的考量。

每个人都知道,很多年前汽车就已经安装了ESC(电子稳定控制系统)。当人们开车时,都觉得自己是一个技术很好的司机。事实上,人们的驾驶工作有一部分是由ESC系统替驾驶者做了,因为该系统能够纠正驾驶失误,避免发生事故。甚至人们都没觉察到ESC的介入。


今天,汽车制造商还希??能够关注翻车侦测和稳定控制。ST已经为客户提供3/4/5自由度的惯性模组或整合多个不同自由度的解决方案,以解决ESC系统、侧翻侦测和稳定控制需求。但是,仅有机械感测元件还是不够,封装是车用MEMS感测器的另一个重要元件。陶瓷封装让感测器元件有更高的稳定性和更好的线性度,这一点非常重要。


结语

对於全自动化的智能自动驾驶体验来说,安全永远都是最优先的考量。除此之外,解决方案供应商也必须要能提供灵活的客制化服务,并依照客户需求提供客制化的产品(从3、5甚至6自由度)。当谈到安全问题时,相信陶瓷封装将是汽车的未来。随着AI渐渐引领汽车驾驶的全自动化脚步加速,只要能够根据客户的要求灵活地客制产品,将能够抢占市场更大的优势。


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