MEMS进入汽车

□本刊记者 黄耀鹏

MEMS进入汽车

□本刊记者 黄耀鹏

MEMS可能因为自身能力过于强大而延缓进入汽车的脚步，这真是个讽刺。

当你用手机在玩酷跑类游戏的时候，偏转手机，游戏人物就会做出相应动作。显然，所有的智能手机都能敏感自身的偏转。有人认为是手机内置陀螺仪的功劳，这话只对了一半。

准确地说，手机里面装的是“角速度传感器”，比陀螺仪便宜得多，精度当然也要低得多，不适合做量化测量。简单说，它只能测到偏转趋势，而不必知晓具体的角度和角速度。

真正的陀螺仪广泛应用在航天航空航海，从卫星、火箭、导弹、飞机，到舰船、坦克，几乎所有人类制造的运动载具都需要它。军事上使用的陀螺仪非常昂贵，尽管刚体转子陀螺仪、激光陀螺仪、光纤陀螺仪的成本依次降低，但民用汽车仍然用不起。现在，现实有了一点改变。

无人驾驶技术的兴起，使设计工程师们有意将陀螺仪引入到汽车里面。虽然GPS接收器可以算出自身位置和速度，但在缺乏信号的地方（地下车库、隧道）和GPS信号受到干扰的时候，汽车就无法导航。对有人驾驶来说，一小段空白时间并不要紧，但对无人驾驶来说可能是致命的缺陷。

依赖于云端服务器的无人驾驶车辆，也可能遇到通信网络超载或者找不到基站的情况。电信运营商们承诺在2020年以前实现5G信号的商业运营，网络带宽和数据传输稳定性将不再成为瓶颈。但仍然不能相信在偏僻的乡村和小城镇，5G网络能在几年内覆盖。事实上，现在我国有些地方连2G信号传送也不能保证。这使得谷歌坚持本地智能决策路线拥有充足的理由。

不依赖外界信息的惯性导航系统，符合本地决策的要求。但选用武器级惯性制导/导航系统，是不明智的，可能远远超过整车成本的车载装备本身就是个笑话。本世纪初发明的一种非传统陀螺仪——微机械系统（MEMS—Micro Electro Mechanical systems）突然受到了关注，就像一个演不上戏的演员突然获得了一号角色。在这之前十余年，MEMS都是一个鸡肋发明。虽然没有机械转子，工作可靠、价格低廉，但是只有0.1度精度令其不堪大用。军方用户对这种不起眼的小玩意不屑一顾，一直将其归为玩具一类。而玩具商也不用MEMS，理由是嫌贵。

而无人驾驶技术逐渐成熟，就包括MEMS技术的进步。这种将机械构件、光学系统、电控集成在一起的微型系统，体积进一步缩小。得益于硅体微加工、晶片键合等技术的发展，做得最好的系统，精度已经上升到0.01度。在无人驾驶上获得机会的MEMS有望结束无人问津的尴尬地位。

意法和恩智浦半导体公司都研发了集陀螺和加速度计于一身的MEMS传感器，简直相当于一个超小型的惯性系统。这种传感器可以测量角加速度和线加速度，并经过一次和二次积分，可以获得速度和位置（角速度和角位置）。车辆任何细微的动作和倾斜姿态，都被转化为数字信号，通过总线，传递给行车电脑。即便在最快的车速状态下，MEMS的精度和反应速度也能够适应。

更重要的是，它能够发现车辆潜在的侧倾风险——早在车辆出现侧倾之前，就能予以纠正，比传统的ESP（车身稳定系统）更可靠，发现得更早，可能早上100毫秒。在人类做出任何反应，甚至根本还未察觉之前，MEMS就已经将危险上报到行车电脑，后者依靠传动系统和四轮控制，就已经纠正了危险的车辆动作趋势。

理论上，MEMS不依赖于任何外界信号。不过，在长时间工作后，其积分结果——速度、位置信号会积累越来越大的误差。这时候，需要GPS信号或者北斗信号对结果进行校正。

MEMS可以感知汽车自身运动的一切参数：加速度、速度、位置、姿态。成为自主控制与导航的最强大传感器。匹配高精度地图，完全可以不依赖任何卫星导航系统。后者将滑落神坛，从主导汽车的一举一动，沦为“点校正”工具。MEMS拥有这样的潜力，但不是现在。

虽然MEMS的成本和可靠性是优势，但它也能追踪汽车的一切行动，而且不像GPS那样，可以被用户屏蔽或者删除足迹。即便车主选择关闭状态显示，它仍在后台一直记录所有数据。如果透过高速网络上传，车主将没有隐私可言，不管授权还是非授权。事实上，车主可能不会意识到被自己的汽车跟踪。如果这个问题被潜在客户认识到，MEMS应用将陷入尴尬。

MEMS可能因为自身能力过于强大而延缓进入汽车的脚步，这真是个讽刺。