MEMS技術(shù)：革新“主動安全”新概念 - 全文

　　隨著“物聯(lián)網(wǎng)”、“智慧城市”、“智能交通”等概念的興起，及全球信息數(shù)據(jù)采集需求的旺盛，MEMS傳感器的應(yīng)用變得無所不在。村田并不是一家做MEMS的公司，成立六十多年以來，一直以陶瓷為材料的被動元器件著稱于世，尤其是在多層陶瓷貼片電容（MLCC）領(lǐng)域的成就高居世界首位。隨著MEMS傳感器市場需求的火爆及技術(shù)的日漸成熟，村田于2012年初并購了芬蘭的MEMS巨頭公司VTI，順利打進MEMS傳感器領(lǐng)域。目前，村田的MEMS產(chǎn)品從設(shè)計、生產(chǎn)、封裝、調(diào)試整個產(chǎn)線都在芬蘭完成，800人團隊歸屬村田后，分布于世界各地為各國客戶提供技術(shù)支持。

　　村田MEMS傳感器以微機單晶硅為主要構(gòu)成。在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用，主要是體現(xiàn)在汽車駕駛過程中對于事故的提前防范，也就是“主動安全”。相比“安全氣囊”等事故發(fā)生后的“被動安全”，村田的MEMS傳感器可以做到“防患于未然”。比如其“傾角傳感器”可在道路傾斜時讓汽車靜止不滑動，且可以檢測到2度的傾斜角，對溫度和壽命有精準的測定。與此同時，村田的加速度傳感器、防止翻車的陀螺儀傳感器、壓力傳感器、可應(yīng)用在胎壓的檢測上；還有它們的組合式傳感器，均在汽車主動安全設(shè)計上功不可沒。村田是想通過這種主動的方式去感知環(huán)境，從而達到保護駕駛員生命安全的目的。

　　ESC的三種集成方式：從左到右1.安全氣囊集成式 2.液壓控制單元集成 3. 傳感器慣性單元

　　村田是第一個把MEMS傳感器用在主動安全上的，90年代初，奔馳領(lǐng)先采用到了村田的MEMS傳感器。在汽車車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESC）傳感器這一塊的廠商中，村田占據(jù)了大部分中高端汽車市場。ESC在汽車急轉(zhuǎn)彎時可控制車輪，防止翻車問題，目前歐美國家已經(jīng)強制性推行，預計到2015年，歐、美、日、韓、澳所有車都會安裝車身穩(wěn)定系統(tǒng)，目前中國還沒有強制性推行，可是村田希望幫助國內(nèi)汽車廠商開發(fā)這項新技術(shù)。村田提供多種不同的加速度傳感器，傾角傳感器，陀螺儀等，有一軸，兩軸，三軸以及數(shù)字和模擬輸出信號。在中國本地制造的汽車，如吉利、奇瑞、比亞迪等，尤其是混動和新能源汽車，都有應(yīng)用到村田的MEMS傳感器，豐富的產(chǎn)品線可應(yīng)對客戶的各種應(yīng)用需求。

　　在2012年，至少有25，000，000輛車安裝了村田的汽車主動安全的傳感器。

　　產(chǎn)品特點

　　1）高可靠性

　　通常，在討論汽車配置時，人們往往喜歡討論表面功能，比如，此車帶自動啟停，帶ESC等等。而在這些功能背后，隱藏的對傳感器的高度依賴和嚴苛的要求。當我們討論各類車型的坡道起步輔助（Hill start assistant），電子駐車（EPB）還有更高端的發(fā)動機啟停（start & stop）這類應(yīng)用時，其實我們關(guān)注的是加速度傳感器。

　　村田要做的是，使傳感器在各類嚴酷的條件下表現(xiàn)出一致的高性能，即全工作溫度范圍內(nèi)（-40~135℃）都可以測量±30mg（實際為±1.72°傾角）的加速度（業(yè)內(nèi)普遍只能做到±50mg，即±2.86°）。

　　本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)7月《汽車電子特刊》Change The World欄目，轉(zhuǎn)載請注明出處。
　　

　　傾角檢測方式

　　當我們在討論車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）和前裝導航（Navi）這些應(yīng)用時，其實涉及到了陀螺儀的特性。對于液壓單元集成的ESC，±300°/s的量程和更好的溫度特性是非常的關(guān)鍵。村田器件良好的溫度特性使得開發(fā)中不必特意去對其進行系統(tǒng)層面的溫度補償，節(jié)省了開發(fā)時間和成本。

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　　2） 信號處理的精準

　　汽車，作為一個交通工具行駛過程中會碰到各種惡劣環(huán)境。比如，顛簸不平的路面，高速路上彈到底盤的石子等。為了區(qū)別這些特殊情況，需要大量的算法去分離這些不必要的信號，從中獲得汽車正確的姿態(tài)狀況。 這時候村田可以提供比原有±2g更大的量程（±6g）去識別哪些飽和的信號，從而更簡單和準確的分離出有效的姿態(tài)信號。

　　3） 3D-MEMS結(jié)構(gòu)

　　此外，村田元器件最特殊的地方就是基于3D-MEMS的結(jié)構(gòu)，配合惰性氣體的注入，從物理上根絕了高頻信號（如石子引起底盤共振）的干擾。這一點，同時收到了客戶的一致好評。

　　4） 豐富的產(chǎn)品線

　　隨著人們對安全駕駛意識的不斷提高，“主動安全”的很多功能漸漸的從高端車型拓展到緊湊和微型車。但是，從設(shè)計角度來講，由于各車型空間限制原來高端平臺的系統(tǒng)如ESC（IMUS集成方式）不能直接移植到其他車型，往往需要兩套或者更多的軟件和lay out 。其根本原因在于不同車型對PCB板擺放方式有要求，有些可以水平放而有些就必須垂直放。而村田加速度傳感器的產(chǎn)品線可以很好的解決這個問題，對于不同軸向的需要，只需更換相應(yīng)型號傳感器即可，并不需要對軟件和電路做修改。

　　如今，消費者已不再僅僅將耗油量及價格作為購車時衡量的唯一標準，越來越多的消費者已經(jīng)將目光轉(zhuǎn)移到汽車安全及事故防護上來。論是技術(shù)的發(fā)展還是用途的開發(fā)，汽車主動安全領(lǐng)域所承載的責任都異常巨大，正因如此，技術(shù)支持的品質(zhì)和可靠度也被上升到了一定的關(guān)鍵位置。村田希望將MEMS技術(shù)能更好地應(yīng)用在汽車領(lǐng)域，與汽車廠商共同為實現(xiàn)更舒適安全的生活做出貢獻。

　　本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)7月《汽車電子特刊》Change The World欄目，轉(zhuǎn)載請注明出處。