MEMS進入汽車

□本刊記者 黃耀鵬

MEMS進入汽車

□本刊記者 黃耀鵬

MEMS可能因為自身能力過于強大而延緩進入汽車的腳步，這真是個諷刺。

當你用手機在玩酷跑類游戲的時候，偏轉手機，游戲人物就會做出相應動作。顯然，所有的智能手機都能敏感自身的偏轉。有人認為是手機內置陀螺儀的功勞，這話只對了一半。

準確地說，手機里面裝的是“角速度傳感器”，比陀螺儀便宜得多，精度當然也要低得多，不適合做量化測量。簡單說，它只能測到偏轉趨勢，而不必知曉具體的角度和角速度。

真正的陀螺儀廣泛應用在航天航空航海，從衛星、火箭、導彈、飛機，到艦船、坦克，幾乎所有人類制造的運動載具都需要它。軍事上使用的陀螺儀非常昂貴，盡管剛體轉子陀螺儀、激光陀螺儀、光纖陀螺儀的成本依次降低，但民用汽車仍然用不起。現在，現實有了一點改變。

無人駕駛技術的興起，使設計工程師們有意將陀螺儀引入到汽車里面。雖然GPS接收器可以算出自身位置和速度，但在缺乏信號的地方（地下車庫、隧道）和GPS信號受到干擾的時候，汽車就無法導航。對有人駕駛來說，一小段空白時間并不要緊，但對無人駕駛來說可能是致命的缺陷。

依賴于云端服務器的無人駕駛車輛，也可能遇到通信網絡超載或者找不到基站的情況。電信運營商們承諾在2020年以前實現5G信號的商業運營，網絡帶寬和數據傳輸穩定性將不再成為瓶頸。但仍然不能相信在偏僻的鄉村和小城鎮，5G網絡能在幾年內覆蓋。事實上，現在我國有些地方連2G信號傳送也不能保證。這使得谷歌堅持本地智能決策路線擁有充足的理由。

不依賴外界信息的慣性導航系統，符合本地決策的要求。但選用武器級慣性制導/導航系統，是不明智的，可能遠遠超過整車成本的車載裝備本身就是個笑話。本世紀初發明的一種非傳統陀螺儀——微機械系統（MEMS—Micro Electro Mechanical systems）突然受到了關注，就像一個演不上戲的演員突然獲得了一號角色。在這之前十余年，MEMS都是一個雞肋發明。雖然沒有機械轉子，工作可靠、價格低廉，但是只有0.1度精度令其不堪大用。軍方用戶對這種不起眼的小玩意不屑一顧，一直將其歸為玩具一類。而玩具商也不用MEMS，理由是嫌貴。

而無人駕駛技術逐漸成熟，就包括MEMS技術的進步。這種將機械構件、光學系統、電控集成在一起的微型系統，體積進一步縮小。得益于硅體微加工、晶片鍵合等技術的發展，做得最好的系統，精度已經上升到0.01度。在無人駕駛上獲得機會的MEMS有望結束無人問津的尷尬地位。

意法和恩智浦半導體公司都研發了集陀螺和加速度計于一身的MEMS傳感器，簡直相當于一個超小型的慣性系統。這種傳感器可以測量角加速度和線加速度，并經過一次和二次積分，可以獲得速度和位置（角速度和角位置）。車輛任何細微的動作和傾斜姿態，都被轉化為數字信號，通過總線，傳遞給行車電腦。即便在最快的車速狀態下，MEMS的精度和反應速度也能夠適應。

更重要的是，它能夠發現車輛潛在的側傾風險——早在車輛出現側傾之前，就能予以糾正，比傳統的ESP（車身穩定系統）更可靠，發現得更早，可能早上100毫秒。在人類做出任何反應，甚至根本還未察覺之前，MEMS就已經將危險上報到行車電腦，后者依靠傳動系統和四輪控制，就已經糾正了危險的車輛動作趨勢。

理論上，MEMS不依賴于任何外界信號。不過，在長時間工作后，其積分結果——速度、位置信號會積累越來越大的誤差。這時候，需要GPS信號或者北斗信號對結果進行校正。

MEMS可以感知汽車自身運動的一切參數：加速度、速度、位置、姿態。成為自主控制與導航的最強大傳感器。匹配高精度地圖，完全可以不依賴任何衛星導航系統。后者將滑落神壇，從主導汽車的一舉一動，淪為“點校正”工具。MEMS擁有這樣的潛力，但不是現在。

雖然MEMS的成本和可靠性是優勢，但它也能追蹤汽車的一切行動，而且不像GPS那樣，可以被用戶屏蔽或者刪除足跡。即便車主選擇關閉狀態顯示，它仍在后臺一直記錄所有數據。如果透過高速網絡上傳，車主將沒有隱私可言，不管授權還是非授權。事實上，車主可能不會意識到被自己的汽車跟蹤。如果這個問題被潛在客戶認識到，MEMS應用將陷入尷尬。

MEMS可能因為自身能力過于強大而延緩進入汽車的腳步，這真是個諷刺。