汽车和汽车电子系统的发展——MEMS

由 judy 提交于周五, 27 四月 2018 - 13:59

作者： 朱玉龙，<a href="https://mp.weixin.qq.com/s/tR33uVpj8_POTVSuJcfqyQ##" id="post-user">汽车电子设计</a>

车用电子控制模块以微控制器为核心，包括各种电源电路、通信电路、输入处理电路和输出功率电路几个重要的组成部分。      
<img alt="图1：汽车技术的演变" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="d03fb406-bdac-4b70-a537-66be162881e1" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE1%E6%B1%BD%E8%BD%A6%E6%8A%80%E6%9C%AF%E7%9A%84%E6%BC%94%E5%8F%98.png" />

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图1：汽车技术的演变
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随着车用电子模块越来越多，传输的数据量越来越大，汽车总线速率在不停地发展，电子模块开始转向多系统集中的方向发展。传统而言的汽车电子模块，如下图所示是一个核心的控制模块，内部富含高门槛的控制算法，单独供给车企，是整车里面价值比较高的那部分。
<img alt="图2：汽车电子模块内的要素" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="fb7ff7b0-460e-4889-a5df-901621619d7b" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE2%20%E6%B1%BD%E8%BD%A6%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%A8%A1%E5%9D%97%E5%86%85%E7%9A%84%E8%A6%81%E7%B4%A0.png" />
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图2：汽车电子模块内的要素
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在汽车电子领域，汽车厂家面临很多的问题，如中国这样快速变化的市场需求，用户对于车辆的功能的要求变化很快，而且市场激烈竞争的程度，也对原有产品生命周期提出了很大的考验，原有的规划、设计、工程需要跟上快速换代的节奏；汽车厂家想要跟上整个节奏需要以模块化来达到战略目的。汽车模块化的目标是：缩短产品开发时间，快速推向市场；通过减少模块数量来降低产品质量风险，从某种程度上来说，用更少的产品开发团队集中精力做核心均一化的部件，来供给不同的车型。所以一个很有趣的事情，是整车企业越来越注重MEMS技术，把感知的部分独立实现总成的智能化，实现对于原来系统的改造。

传统的汽车内的传感器主要作用是将物理量转换为可识别的电信号，一般是为控制器收集所需对象的信息和状态。而在汽车电子控制系统的快速增长的市场需求下，汽车传感器技术不断发展。随着MEMS技术的发展（MEMSMicro Electromechanical System是微型电子机械系统)，汽车传感器本身就朝着智能化、微型化、集成化、多功能化方向发展，通过整合传感器、执行器、机械机构、信号处理和控制电路等集成于一体的MEMS，简化了传统汽车电子系统，真正实现了体积小、功耗降低和重量减少，这一分支也成为汽车电子重要的发展方向。
<img alt="图3：汽车电子的MEMS技术和传感器" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="51d34100-1228-4812-9729-4ba9bc2c0996" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3%E6%B1%BD%E8%BD%A6%E7%94%B5%E5%AD%90%E7%9A%84MEMS%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%92%8C%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8.png" />
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图3：汽车电子的MEMS技术和传感器
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正是MEMS的重要性，使得部分Tier1如Bosch、Denso和Panasonic直接下场参与芯片层面的开发。
<img alt="图4：汽车MEMS和传感器供应商一览" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="1c7bd5c1-5880-4b67-825a-8623b4a599aa" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE4%E6%B1%BD%E8%BD%A6MEMS%E5%92%8C%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8%E4%BE%9B%E5%BA%94%E5%95%86%E4%B8%80%E8%A7%88.png" />
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图4：汽车MEMS和传感器供应商一览
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在应用领域里面，如下图所示主要包括压力传感器、雷达、激光雷达和化学传感器等等。
<img alt="图5汽车MEMS和传感器市场总览" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="4b3b0ec0-d9ac-40a7-b6ef-59e4d2ea0c51" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE5%E6%B1%BD%E8%BD%A6MEMS%E5%92%8C%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8%E5%B8%82%E5%9C%BA%E6%80%BB%E8%A7%88.png" />
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图5：汽车MEMS和传感器市场总览
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MEMS很大一部分是用在底盘安全系统里面，如下所示惯性测量单元(IMU) 被集成化分类：主要分为独立IMU单元/仪表、安全气囊控制器和ESC控制器还有底盘控制器集成。其中最多的两项是被动安全控制器和ESC的ECU。村田是业内第一家将MEMS传感器应用于汽车主动安全上的公司，其MEMS传感器以微机单晶硅为主要构成。依靠其极高的灵敏安全性能，在ECU设计的要求中取得了一席之地。
<img alt="惯性测量单元(IMU) " data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="0d9f2732-c7c7-42f9-bfe5-0d5b6fa6d305" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE6.png" />
今后村田也会考虑研发新型汽车级三轴加速度传感器，并在各性能方面如零偏稳定性、噪声、线性度、耐振动性耐冲击性等都给ECU对外界的感知能力大幅提高，在严酷的环境下也能实现高性能、高可靠性。
<img alt="汽车级三轴加速度传感器" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="3cfb45a9-c597-4bfc-8ca0-17153780804a" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE7_1.png" />
这些MEMS器件在汽车主动安全的ECU设计上有着很好的应用。如宝马，奔驰，丰田等，都在这颗小东西上投入了不少的精力。
<img alt="MEMS器件在汽车主动安全的ECU设计上有着很好的应用" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="0d8a8390-5edd-4dc4-9ed9-64fd3f4e1446" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE8.png" />
对于MEMS来说，应用于汽车ABS和ESC系统中的加速度传感器和陀螺仪，也可以应用在其他工业中，比如在钻探方面，使用加速度传感器可以保证钻头采矿时走直线，并且需要器件能够应对高温和抗冲击；在轮船上，检测船体随着风浪的倾角来补偿系统。甚至MEMS气压传感器精度很高，可以应用于室内导航。 MEMS传感器的跨界应用和多样性使用，还有很多有趣的例子。
<img alt="应用于汽车ABS和ESC系统中的加速度传感器和陀螺仪" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="a4ebdd7a-75b5-4147-b80d-55d44abcb1df" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE9_0.png" />
小结: MEMS传感器，在当今汽车信息化和汽车电子发展中已经开始扮演起越来越重要的角色，我们可以从快速变化的器件中，找到我们的机会。

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