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AI引領自駕風潮 感測系統建構全智能駕駛體驗
6軸慣性已成趨勢
[作者 王岫晨]   2020年11月06日 星期五 瀏覽人次: [1589]

自動駕駛在近年來成為熱門議題。只要AI上身,讓車輛能夠進行自動駕駛並非難事。事實上,車輛自動駕駛分為五個等級,在過去汽車完全沒有自動駕駛功能,這種自動駕駛等級為0,汽車完全由駕駛操控。至於汽車完全能夠自動行駛,不需任何人操作方向盤則為自動駕駛最高的第五等級。


在達到更高的自動駕駛等級後,如果駕駛員駛出車道或駛入車道,汽車會為他們提供某種資訊。在自動駕駛的幾種等級中,除了扮演大腦的AI智能之外,賦予汽車對外感知能力的感測器,也在汽車全自動駕駛的任務中扮演了重要角色。


意法半導體亞太區MEMS和感測器行銷應用團隊負責人Davide Bruno指出,等級1的自動駕駛不是今天開始有的,早在18年前就出現了。而等級2顯然是2015年開始的。不同的自動駕駛等級都會用到超音波雷達、長距離雷達、近距離雷達和光達等感測器。預期在2022年可以達到3級,而2040年可以達到5級。有人可能會說,這是一個很長的願景,可能保守一些,因為可能還需要考量到居住的地方。例如如果住在東京,相較於缺乏基礎建設或沒有全自動駕駛道路的其他地區,在東京可能會更快實現4級和5級的自動駕駛。


車用感測器浪潮

接下來探討一下關於過去以及預計將來會發生的事情。車用感測器第一次應用浪潮的開始時間既不是1年前,也不是5年前,而是從1974年的安全氣囊開始(福特在1971年進行了首次實驗)。然後,所謂的主動安全應用到來。當汽車變得更豪華或者有很大的螢幕時,資訊娛樂系統出現,需要使用更多的感測器,這稱為非安全應用。主動安全和非安全應用之間這段時間,稱為汽車感測器第二次浪潮。第三次浪潮始於主動安全,因為主動安全是自動駕駛汽車的一部分。第一次浪潮中的感測器,包括壓力感測器、駕駛員側安全氣囊感測器、雙前安全氣囊感測器等。安全氣囊屬於安全性應用,而非安全應用包括遠端資訊處理、定位導航、無鑰匙門禁等。



圖一 : 車用感測器主要需要瞭解靈敏度、精確度、穩定性和線性度。
圖一 : 車用感測器主要需要瞭解靈敏度、精確度、穩定性和線性度。

如果分析車用市場非安全應用的滲透率,我們會發現,在某些應用中裝置與感測器數量正快速增加,比重在以前非常低,將來會變得非常高。意法半導體擁有簡單合理的產品組合,能夠解決所有非安全應用問題,例如6自由度的ASM330,以及在車用智慧鑰匙中使用更多的3自由度感測器。


然後,有一些特殊的加速度計,可以觸發車用警報器。如果想研發降低路噪的新應用,ST的AIS25BA可以解決這個設計需求,在許多人的耳機中就有這款產品。因此,這是一個非常精簡合理的產品組合,涵蓋了許多不同類型的應用。


麥克風也是一個很有趣的車用產品。首先,汽車產業沒有麥克風技術標準。ST投入開發車用麥克風已經很久,今天我們清楚地看到,有4種應用在對動車用麥克風的需求。首先是免持電話,其次是使用多個麥克風抑制路噪的降噪系統、緊急呼叫,最後是車內通話。例如MP23DB01HP就是ST提供給合作夥伴和客戶的工業級產品。


6軸慣性系統已成趨勢

車用安全除了已經相當飽和的安全氣囊市場之外,翻車偵測和ADAS /自動駕駛也是成長型市場。以ST的解決方案為例,來看看如何因應這兩項針對人們坐在車內但不駕駛車的5級自動駕駛應用。對於感測器,主要需要瞭解靈敏度、精確度、穩定性和線性度。同樣,精確度、穩定性和線性度也是3個重要參數。它們為什麼重要?原因很簡單。智慧型手機中使用的慣性測量元件與安裝在5級自動駕駛汽車中的感測器沒有太大區別。主要不同之處是車用感測器更具挑戰性的技術要求:準確度、線性度和穩定性。0級自動駕駛基本上不需要感測器。1級自動駕駛要求感測器在30秒內提供定位資料,而定位誤差低於50公分。3級的準確度要求從50公分變為10公分;5級沒有定位誤差,也就不可能有定位錯誤。


如今,從0級到3級,大多數OEM和一級廠商的做法是在慣性模組或子系統中使用冗餘配置,不只使用一個感測器,而是將幾個相同的感測器安裝在一起,以誤差最小的方式協同作業。顯然,這種配置成本很高,並且結構非常複雜,因為需要使多個感測器協同作業,在這種情況下,相同並不代表完全一致。因此,需要使用複雜的軟體來同步所有訊號,驗證所有資訊。


顯然,未來趨勢是只用一個6軸或x軸慣性測量系統,其中x可以是4、5、6 DOF(自由度),再加上所謂的功能性安全模組。功能安全是由每個OEM廠商自己定義的,具體取決於子系統的每個單元/元件。功能性安全不可能位於感測器層面,而是位於整個系統層面。ASIL安全標準有A、B、C、D 4個等級,D級要求最嚴格。今天,大多數6軸慣性單元都是ASIL B級,目標是達到ASIL D,使整個系統變得更安全,更簡單。


陶瓷封裝

圖二 : 對於全自動化的智能自動駕駛體驗來說,安全永遠都是最優先的考量。
圖二 : 對於全自動化的智能自動駕駛體驗來說,安全永遠都是最優先的考量。

每個人都知道,很多年前汽車就已經安裝了ESC(電子穩定控制系統)。當人們開車時,都覺得自己是一個技術很好的司機。事實上,人們的駕駛工作有一部分是由ESC系統替駕駛者做了,因為該系統能夠糾正駕駛失誤,避免發生事故。甚至人們都沒覺察到ESC的介入。


今天,汽車製造商還希望能夠關注翻車偵測和穩定控制。ST已經為客戶提供3/4/5自由度的慣性模組或整合多個不同自由度的解決方案,以解決ESC系統、側翻偵測和穩定控制需求。但是,僅有機械感測元件還是不夠,封裝是車用MEMS感測器的另一個重要元件。陶瓷封裝讓感測器元件有更高的穩定性和更好的線性度,這一點非常重要。


結語

對於全自動化的智能自動駕駛體驗來說,安全永遠都是最優先的考量。除此之外,解決方案供應商也必須要能提供靈活的客製化服務,並依照客戶需求提供客製化的產品(從3、5甚至6自由度)。當談到安全問題時,相信陶瓷封裝將是汽車的未來。隨著AI漸漸引領汽車駕駛的全自動化腳步加速,只要能夠根據客戶的要求靈活地客製產品,將能夠搶佔市場更大的優勢。


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