【導(dǎo)讀】德國(guó)寶馬日前宣布，將從2006年3月開始在“5”系列和“6”系列上配備該公司于2005年秋季在其頂級(jí)車型“7”系列上采用的紅外線夜視系統(tǒng)。該公司表示，不僅要在頂級(jí)車型上采用夜視系統(tǒng)，而且還要在5系列和6系列的5種車型上配備該系統(tǒng)。
寶馬采用的是利用遠(yuǎn)線外線的夜視系統(tǒng)。利用遠(yuǎn)紅外線檢測(cè)行人、動(dòng)物及障礙物后將影像顯示在中央儀表盤的導(dǎo)航儀屏幕上。對(duì)于夜視系統(tǒng)的影像，該公司曾考慮采用投射在前窗玻璃上或顯示在嵌入計(jì)數(shù)儀表的屏幕上的方法，不過(guò)如果在駕駛員駕駛車輛時(shí)其視野里同時(shí)出現(xiàn)夜視系統(tǒng)的影像，駕駛員就會(huì)產(chǎn)生急躁情緒，因此最后決定采用導(dǎo)航儀的屏幕來(lái)顯示。
該夜視系統(tǒng)的可檢測(cè)距離最大為300m。與其它公司的系統(tǒng)相比，可識(shí)別前方大約2倍遠(yuǎn)的距離，當(dāng)以100km/h的車速行駛時(shí)，能夠提前5秒預(yù)測(cè)道路上存在危險(xiǎn)的地方。此外，還具備根據(jù)行駛狀況左右擺動(dòng)夜視系統(tǒng)的影像，以及放大顯示遠(yuǎn)方對(duì)象物的功能。該公司表示，如果詳細(xì)顯示夜視系統(tǒng)的影像，駕駛員的注意力就會(huì)集中在這些影像上，因此采用了不詳細(xì)顯示而能夠以影子的形式來(lái)識(shí)別出行人的影像。
汽車上使用的夜視系統(tǒng)目前大多為近紅外線和遠(yuǎn)紅外線類型。使用遠(yuǎn)紅外線的夜視系統(tǒng)采用的是通用汽車及本田的產(chǎn)品。可以列舉出來(lái)的特點(diǎn)是：當(dāng)遇到對(duì)向車輛的前照燈、信號(hào)燈及道路標(biāo)識(shí)發(fā)生反射等情況時(shí)也不會(huì)晃眼，以及在對(duì)向車輛也配備有遠(yuǎn)紅外線夜視系統(tǒng)時(shí)也不會(huì)相互干擾。而使用近紅外線的夜視系統(tǒng)采用的則是豐田汽車和戴姆勒·克萊斯勒的產(chǎn)品。特點(diǎn)是：需要照射燈以及受光傳感器，與遠(yuǎn)紅外攝像頭相比，能夠以低成本構(gòu)成。不過(guò)，如果對(duì)向車輛也配備有近紅外線夜視系統(tǒng)，就有可能造成相互干擾。
全球主要市場(chǎng)對(duì)于主動(dòng)及被動(dòng)安全系統(tǒng)的需求將以6.4%的年復(fù)合增長(zhǎng)率成長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2012年將達(dá)到262億美元的市場(chǎng)規(guī)模；日本是當(dāng)今最大的主動(dòng)安全系統(tǒng)的市場(chǎng)，預(yù)計(jì)歐洲將在2010年后趕上；預(yù)期到2010年，汽車穩(wěn)定系統(tǒng)將繼續(xù)占據(jù)主動(dòng)安全系統(tǒng)市場(chǎng)的大頭，安全警告與信息系統(tǒng)市場(chǎng)有望取得長(zhǎng)足發(fā)展；·汽車被動(dòng)安全市場(chǎng)將停滯，然而，在地區(qū)市場(chǎng)中各種新興技術(shù)有望獲得發(fā)展機(jī)會(huì)；·在汽車安全領(lǐng)域，歐洲和日本以技術(shù)推動(dòng)法規(guī)的制定；北美以法規(guī)推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展；·下一代汽車安全系統(tǒng)可能采用傳感器熔接技術(shù)來(lái)增強(qiáng)道路安全性；安全以及駕駛員輔助系統(tǒng)將逐漸向中級(jí)車以及SUV滲透；車用電容傳感器的新契機(jī)
Frost & Sullivan公司分析師Prashanth Venkatesh表示，對(duì)增強(qiáng)汽車安全性能的需求將推動(dòng)MEMS傳感器市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)。本文試圖讓從事汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程經(jīng)理以及工程師概要了解MEMS傳感器在汽車安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新中的應(yīng)用，全球主要MEMS傳感器系統(tǒng)制造商和半導(dǎo)體公司，從而了解產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì)。
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圖1 汽車MEMS傳感器市場(chǎng)發(fā)展的對(duì)比情況
哪些汽車安全系統(tǒng)要使用MEMS傳感器？
目前，根據(jù)NEXUS的市場(chǎng)研究，典型中級(jí)車包含50多個(gè)傳感器，而豪華車裝備100個(gè)以上的傳感器，其中，大約1/3的傳感器采用的是MEMS傳感器。圖1給出了NEXUS對(duì)汽車MEMS傳感器市場(chǎng)的調(diào)查結(jié)果。
MEMS傳感器在汽車安全系統(tǒng)中的應(yīng)用包括下列主要的系統(tǒng)：
智能氣囊系統(tǒng)
當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí)，乘員的安全維系于氣囊的及時(shí)展開，它必須在恰到好處的時(shí)間點(diǎn)張開，并朝著乘員的方向提供合適的作用力。
盡管對(duì)于乘員及其運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測(cè)可以由位于座椅上的MEMS加速計(jì)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)，但是，在車輛中的安全氣囊系統(tǒng)可以被安裝在不同的地方，因此，要判斷多個(gè)信息，如：識(shí)別碰撞的類型、方向、重力影響等等，這樣才能保證氣囊系統(tǒng)做出明確和專注的反應(yīng)。
利用MEMS加速計(jì)的高集成能力以及精度，可以定義更為復(fù)雜的氣囊系統(tǒng)架構(gòu)，從而替代多個(gè)機(jī)電碰撞傳感器系統(tǒng)，為汽車提供先進(jìn)的乘員安全條件。
主動(dòng)安全系統(tǒng)
MEMS加速計(jì)以及陀螺儀是兩種完全能夠滿足汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)要求的傳感器。
一般來(lái)說(shuō)，涉及車身控制的汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)包括：汽車翻滾控制、汽車防滑穩(wěn)定性控制、防抱死系統(tǒng)、停車制動(dòng)、胎壓監(jiān)測(cè)、懸架對(duì)車輛以及路況的自適應(yīng)調(diào)節(jié)等系統(tǒng)。
MEMS傳感器具有高精密度和準(zhǔn)確性，占位空間非常小，能夠與其它系統(tǒng)高度集成為一體，從而可以瞬間檢測(cè)到那些功能系統(tǒng)發(fā)出的任何信息。
由于MEMS傳感器在汽車安全系統(tǒng)創(chuàng)新中有著廣泛的應(yīng)用，眾多系統(tǒng)廠家以及半導(dǎo)體公司躋身其中。據(jù)Yole Development統(tǒng)計(jì)，2006年十大MEMS器件制造商分別是：TI、惠普、博世、利盟、精工-愛(ài)普生、ST、佳能、飛思卡爾、ADI以及電裝公司。可見，其中一半制造商與汽車有關(guān)。
汽車安全系統(tǒng)所采用的傳感器正呈現(xiàn)由孤立的傳感器朝著一體化模塊的方向發(fā)展。相比之下，在半導(dǎo)體行業(yè)為摩爾定律是否仍然有效而爭(zhēng)論不休之時(shí)，MEMS技術(shù)卻推動(dòng)著超越摩爾定律的變革，實(shí)現(xiàn)了更高水平的系統(tǒng)集成。目前，為汽車安全系統(tǒng)提供MEMS加速度以及陀螺儀傳感器的公司主要包括：ST、Memsic、ADI、飛思卡爾、Bosch Sensortec以及VTI。
據(jù)Yole Development消息，全球范圍內(nèi)目前已經(jīng)形成了以ST、IMT、索尼、APM、Micralyne、Dalsa半導(dǎo)體、ELMOS-SMI、Memstech、Colibrys、Silex、Memscap以及Tronic旗下Microsystems公司等構(gòu)成的MEMS器件代工群體。因此，隨著MEMS器件生態(tài)系統(tǒng)的成熟，汽車安全系統(tǒng)有望隨著MEMS傳感器技術(shù)的發(fā)展而迎來(lái)巨大機(jī)遇。
圖2 汽車中高g值傳感器的應(yīng)用示意圖
圖3 配備翻滾檢測(cè)功能的先進(jìn)氣囊采用了基于MEMS技術(shù)的慣性傳感器（陀螺儀和低g值加速度傳感器）
汽車安全系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)例及傳感器技術(shù)趨勢(shì)
在電控車身系統(tǒng)、動(dòng)力總成系統(tǒng)、輔助駕駛系統(tǒng)以及車載信息系統(tǒng)等系統(tǒng)的支撐下，整車正向著更安全、更清潔和更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。所有這些系統(tǒng)均高度依賴于各種傳感器提供的輸入，其中，大多數(shù)傳感器的制造均采用了MEMS技術(shù)。在MEMS領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步使人們能夠極大地縮小這些傳感器的尺寸，因此，除了性價(jià)比更高之外，基于MEMS傳感器的模塊還可以集成越來(lái)越多的功能，如自測(cè)以及精確的檢驗(yàn)程序等等。
MEMS加速度傳感器在汽車安全系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，舉例來(lái)說(shuō)，圖2所示為汽車中的高g值傳感器的應(yīng)用示意圖。
在防翻滾安全系統(tǒng)中，要采用一種基于MEMS技術(shù)的慣性傳感器，如圖3所示。為了監(jiān)測(cè)翻滾這種狀態(tài)，把陀螺儀輸出的傳感器信號(hào)與低g值加速度傳感器的輸出信號(hào)結(jié)合起來(lái)就是至關(guān)重要的。通過(guò)處理兩個(gè)傳感器給出的信號(hào)，系統(tǒng)的算法確定車的Z軸以及垂直線之間的夾角，以及每一時(shí)刻車輛的角速度ωx。因此，翻滾感測(cè)算法及時(shí)確定準(zhǔn)確的時(shí)間點(diǎn)和位置，從而爆開特定的氣囊或主動(dòng)收緊綁在乘員身上的安全帶。
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