無(wú)人駕駛汽車在城市中穿梭行駛的時(shí)代已不再遙遠(yuǎn)。作為在高齡化社會(huì)中確保安全的移動(dòng)工具、減少交通堵塞及事故等諸多社會(huì)問題的解決方案，無(wú)人駕駛汽車的實(shí)際應(yīng)用被寄予了厚望。然而，使用機(jī)器設(shè)備代替駕駛者高難度的駕駛操作并非易事。其實(shí)現(xiàn)離不開對(duì)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。

作為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，人工智能（AI）的運(yùn)用受到了廣泛的矚目。AI的進(jìn)步令人為之驚嘆，其判斷行駛環(huán)境的準(zhǔn)確度已經(jīng)非常接近人類。但是，無(wú)論功能多么強(qiáng)大的AI，如果從傳感器獲得的行駛環(huán)境的數(shù)據(jù)有誤，就不能作出準(zhǔn)確的判斷。高精度傳感器的運(yùn)用可謂實(shí)現(xiàn)安全的無(wú)人駕駛汽車的首要前提。村田制作所（以下稱為“村田”）目前正致力于開發(fā)慣性傳感器，以確保即使在接收不到全球定位系統(tǒng)（GPS）信號(hào)的地方，或攝像頭和雷達(dá)不能完全發(fā)揮作用的惡劣環(huán)境下，傳感器也能正確判斷汽車的位置和方向。

高精度傳感器是提高無(wú)人駕駛汽車安全性的首要前提

目前，安裝有自動(dòng)保持行駛車道的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的汽車已進(jìn)入市場(chǎng)，無(wú)人駕駛汽車的實(shí)現(xiàn)離不開ADAS技術(shù)的進(jìn)一步升級(jí)，但這也要求技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)飛躍性進(jìn)步。在ADAS方面，確保安全的責(zé)任始終由人來(lái)承擔(dān)，而系統(tǒng)則起到全面輔助作用。相對(duì)地，符合美國(guó)SAE*1）規(guī)定的4級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)人駕駛汽車中，針對(duì)操作的判斷則由系統(tǒng)來(lái)完成。

汽車的行駛環(huán)境多種多樣，其中還可能包括隧道中、濃霧中、尚未整修的道路等難以判斷情況的環(huán)境。為了在這些環(huán)境中也能安全行駛，無(wú)人駕駛汽車中安裝了GPS、攝像頭、雷達(dá)等各種收集行駛環(huán)境數(shù)據(jù)的傳感器。在這些多種多樣的數(shù)據(jù)收據(jù)方式中，用于檢測(cè)汽車的姿態(tài)與方向并正確規(guī)劃行駛軌跡的，便是慣性傳感器。該傳感器的作用在于收集數(shù)據(jù)，以防在隧道等無(wú)法接收GPS信號(hào)的場(chǎng)所，或者攝像頭和雷達(dá)不能完全發(fā)揮作用的情況下，汽車在行駛時(shí)不會(huì)超出車道并撞到并行的車輛或護(hù)欄等。

力求實(shí)現(xiàn)在任何環(huán)境下都能安全行駛的無(wú)人駕駛汽車

村田的慣性傳感器采用了尤其適合實(shí)現(xiàn)高精度化的元件結(jié)構(gòu)。作為控制汽車姿態(tài)的傳感器，慣性傳感器在以往的汽車中也已得到運(yùn)用。然而，為了使其適用于無(wú)人駕駛汽車，就需要進(jìn)一步提高其精度、安全性及性能。

通過(guò)腳踏實(shí)地地反復(fù)進(jìn)行公路測(cè)試，村田目前正致力于開發(fā)更加高精度化、安全及可靠的慣性傳感器。

從元件級(jí)別到系統(tǒng)級(jí)別，集結(jié)各領(lǐng)域技術(shù)以提高安全性

相對(duì)于以往的應(yīng)用領(lǐng)域，用于無(wú)人駕駛汽車的慣性傳感器需要具備更高的精度、安全性和可靠性。要想實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就必須突破重重難關(guān)。對(duì)此，我們向正在開發(fā)無(wú)人駕駛汽車車載慣性傳感器的村田的工程師們?cè)儐柫舜逄锏膫鞲衅鞯奶卣?，以及為?shí)現(xiàn)今后傳感器的進(jìn)一步升級(jí)而進(jìn)行的技術(shù)開發(fā)工作的進(jìn)展情況。

采用注重精度的體微加工MEMS*2）型結(jié)構(gòu)

――村田的慣性傳感器具備哪些有助于提高無(wú)人駕駛汽車安全性的特征呢？

檢測(cè)加速度和角速度等物體狀態(tài)和動(dòng)作的MEMS慣性傳感器包含表面MEMS和體微加工MEMS兩種類型。其中，表面MEMS型的結(jié)構(gòu)適用于實(shí)現(xiàn)小型化，多用于智能手機(jī)攝像頭的防抖功能等。而體微加工MEMS型的結(jié)構(gòu)則適用于實(shí)現(xiàn)高精度化。村田的開發(fā)工作主要集中于體微加工MEMS型。

在MEMS慣性傳感器中，元件中的可動(dòng)傳感部分會(huì)根據(jù)物體的動(dòng)作進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)將該運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來(lái)檢測(cè)加速度和角速度。在表面MEM型中，傳感部分厚度較薄，為10至20μm*3），可接收的來(lái)自機(jī)械運(yùn)動(dòng)的信號(hào)較微弱。因此，就需要在電路端大幅增加信號(hào)幅度，這樣一來(lái)就會(huì)使導(dǎo)致噪聲變得較明顯。相比之下，體微加工MEMS型則將晶圓刻蝕到40μm以上，形成較大的三維結(jié)構(gòu)傳感部分。因此，與表面MEMS型能夠接收的信號(hào)相比，體微加工MEMS型可在元件級(jí)別準(zhǔn)確輸出較強(qiáng)的信號(hào)，可用于制造出低噪聲、高感度、高穩(wěn)定性的慣性傳感器。上述體微加工MEMS型固有的特征極其適合運(yùn)用于注重高安全性、高可靠性的無(wú)人駕駛汽車領(lǐng)域。

MEMS工藝

符合用于汽車的可靠性、性能安全規(guī)格

――村田的慣性傳感器目前已被應(yīng)用于哪些領(lǐng)域中了呢？

目前的應(yīng)用領(lǐng)域包括機(jī)床機(jī)械臂的位置檢測(cè)、工業(yè)機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、建設(shè)機(jī)械的姿態(tài)控制等。在汽車領(lǐng)域，為了提高操作的安全性，在檢測(cè)車輛不穩(wěn)定的狀態(tài)并穩(wěn)定車身的系統(tǒng)（ESC），以及防止緊急制動(dòng)時(shí)車輪抱死的ABS等方面也運(yùn)用了慣性傳感器。

――慣性傳感器需要滿足哪些條件才能用于車載呢？

用于汽車的慣性傳感器需要具備比用于工業(yè)機(jī)械的慣性傳感器等更高的安全性和可靠性。因?yàn)槿绻l(fā)生事故，就極有可能涉及人身安全問題。而且，還需要確保慣性傳感器在高溫或低溫環(huán)境下，或在受到震動(dòng)和沖擊時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤操作。此外，還必須針對(duì)性能安全采取相應(yīng)對(duì)策，保證即使發(fā)生意外情況也不會(huì)降低慣性傳感器的安全性。

村田的車載慣性傳感器符合上述所有條件。該傳感器符合車載用集成電路的可靠性測(cè)試認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q100，并且，村田的組合傳感器還達(dá)到了規(guī)定汽車性能安全的ISO 26262規(guī)格所定義的安全標(biāo)準(zhǔn)ASIL B。在此基礎(chǔ)上，我們還完善了體制，以進(jìn)行滿足客戶需求的可靠性測(cè)試和特性評(píng)估。

確保100%的可追蹤性

――原來(lái)用于汽車的傳感器需要符合這么嚴(yán)格的安全性和可靠性標(biāo)準(zhǔn)啊

不僅如此，就車載傳感器而言，其制造工廠的生產(chǎn)體系也需要達(dá)到業(yè)務(wù)連續(xù)性計(jì)劃（BCP）的要求，以確保在發(fā)生地震、火災(zāi)、水災(zāi)等災(zāi)害時(shí)也能持續(xù)供應(yīng)。村田的慣性傳感器的生產(chǎn)主要集中于加盟工廠，不過(guò)金澤村田制造所的工廠現(xiàn)在也已作為第二生產(chǎn)據(jù)點(diǎn)，正在擴(kuò)充主力產(chǎn)品的量產(chǎn)線。

除此之外，我們還實(shí)現(xiàn)了100%的可追蹤性。通過(guò)建立全面到位的售后服務(wù)體制，可以確保即使產(chǎn)品在投放市場(chǎng)后出現(xiàn)故障，也能迅速采取故障分析等適當(dāng)?shù)拇胧?。通過(guò)產(chǎn)品序列號(hào)就能確定制造時(shí)哪個(gè)晶圓的哪個(gè)位置的芯片出現(xiàn)了故障，因此可以明確掌握其對(duì)于產(chǎn)品的間接影響。在客戶方出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題時(shí)，可以將影響有效地控制到較低限度。

責(zé)任編輯：haq