MEMS传感器推动汽车主动安全系统应用

品慧电子讯德国宝马日前宣布，将从2006年3月开始在“5”系列和“6”系列上配备该公司于2005年秋季在其顶级车型“7”系列上采用的红外线夜视系统。该公司表示，不仅要在顶级车型上采用夜视系统，而且还要在5系列和6系列的5种车型上配备该系统。

宝马采用的是利用远线外线的夜视系统。利用远红外线检测行人、动物及障碍物后将影像显示在中央仪表盘的导航仪屏幕上。对于夜视系统的影像，该公司曾考虑采用投射在前窗玻璃上或显示在嵌入计数仪表的屏幕上的方法，不过如果在驾驶员驾驶车辆时其视野里同时出现夜视系统的影像，驾驶员就会产生急躁情绪，因此最后决定采用导航仪的屏幕来显示。

该夜视系统的可检测距离最大为300m。与其它公司的系统相比，可识别前方大约2倍远的距离，当以100km/h的车速行驶时，能够提前5秒预测道路上存在危险的地方。此外，还具备根据行驶状况左右摆动夜视系统的影像，以及放大显示远方对象物的功能。该公司表示，如果详细显示夜视系统的影像，驾驶员的注意力就会集中在这些影像上，因此采用了不详细显示而能够以影子的形式来识别出行人的影像。

汽车上使用的夜视系统目前大多为近红外线和远红外线类型。使用远红外线的夜视系统采用的是通用汽车及本田的产品。可以列举出来的特点是：当遇到对向车辆的前照灯、信号灯及道路标识发生反射等情况时也不会晃眼，以及在对向车辆也配备有远红外线夜视系统时也不会相互干扰。而使用近红外线的夜视系统采用的则是丰田汽车和戴姆勒·克莱斯勒的产品。特点是：需要照射灯以及受光传感器，与远红外摄像头相比，能够以低成本构成。不过，如果对向车辆也配备有近红外线夜视系统，就有可能造成相互干扰。

全球主要市场对于主动及被动安全系统的需求将以6.4%的年复合增长率成长，预计到2012年将达到262亿美元的市场规模；日本是当今最大的主动安全系统的市场，预计欧洲将在2010年后赶上；预期到2010年，汽车稳定系统将继续占据主动安全系统市场的大头，安全警告与信息系统市场有望取得长足发展；·汽车被动安全市场将停滞，然而，在地区市场中各种新兴技术有望获得发展机会；·在汽车安全领域，欧洲和日本以技术推动法规的制定；北美以法规推动技术的发展；·下一代汽车安全系统可能采用传感器熔接技术来增强道路安全性；安全以及驾驶员辅助系统将逐渐向中级车以及SUV渗透；车用电容传感器的新契机

Frost & Sullivan公司分析师Prashanth Venkatesh表示，对增强汽车安全性能的需求将推动MEMS传感器市场的持续增长。本文试图让从事汽车电子系统设计的工程经理以及工程师概要了解MEMS传感器在汽车安全系统设计创新中的应用，全球主要MEMS传感器系统制造商和半导体公司，从而了解产业发展的现状和趋势。

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图1 汽车MEMS传感器市场发展的对比情况

哪些汽车安全系统要使用MEMS传感器？

目前，根据NEXUS的市场研究，典型中级车包含50多个传感器，而豪华车装备100个以上的传感器，其中，大约1/3的传感器采用的是MEMS传感器。图1给出了NEXUS对汽车MEMS传感器市场的调查结果。

MEMS传感器在汽车安全系统中的应用包括下列主要的系统：

智能气囊系统

当车辆发生碰撞时，乘员的安全维系于气囊的及时展开，它必须在恰到好处的时间点张开，并朝着乘员的方向提供合适的作用力。

尽管对于乘员及其运动的监测可以由位于座椅上的MEMS加速计系统来监测，但是，在车辆中的安全气囊系统可以被安装在不同的地方，因此，要判断多个信息，如：识别碰撞的类型、方向、重力影响等等，这样才能保证气囊系统做出明确和专注的反应。

利用MEMS加速计的高集成能力以及精度，可以定义更为复杂的气囊系统架构，从而替代多个机电碰撞传感器系统，为汽车提供先进的乘员安全条件。

主动安全系统

MEMS加速计以及陀螺仪是两种完全能够满足汽车主动安全系统要求的传感器。

一般来说，涉及车身控制的汽车主动安全系统包括：汽车翻滚控制、汽车防滑稳定性控制、防抱死系统、停车制动、胎压监测、悬架对车辆以及路况的自适应调节等系统。

MEMS传感器具有高精密度和准确性，占位空间非常小，能够与其它系统高度集成为一体，从而可以瞬间检测到那些功能系统发出的任何信息。

由于MEMS传感器在汽车安全系统创新中有着广泛的应用，众多系统厂家以及半导体公司跻身其中。据Yole Development统计，2006年十大MEMS器件制造商分别是：TI、惠普、博世、利盟、精工-爱普生、ST、佳能、飞思卡尔、ADI以及电装公司。可见，其中一半制造商与汽车有关。

汽车安全系统所采用的传感器正呈现由孤立的传感器朝着一体化模块的方向发展。相比之下，在半导体行业为摩尔定律是否仍然有效而争论不休之时，MEMS技术却推动着超越摩尔定律的变革，实现了更高水平的系统集成。目前，为汽车安全系统提供MEMS加速度以及陀螺仪传感器的公司主要包括：ST、Memsic、ADI、飞思卡尔、Bosch Sensortec以及VTI。

据Yole Development消息，全球范围内目前已经形成了以ST、IMT、索尼、APM、Micralyne、Dalsa半导体、ELMOS-SMI、Memstech、Colibrys、Silex、Memscap以及Tronic旗下Microsystems公司等构成的MEMS器件代工群体。因此，随着MEMS器件生态系统的成熟，汽车安全系统有望随着MEMS传感器技术的发展而迎来巨大机遇。

图2 汽车中高g值传感器的应用示意图

图3 配备翻滚检测功能的先进气囊采用了基于MEMS技术的惯性传感器（陀螺仪和低g值加速度传感器）

汽车安全系统创新实例及传感器技术趋势

在电控车身系统、动力总成系统、辅助驾驶系统以及车载信息系统等系统的支撑下，整车正向着更安全、更清洁和更经济的方向发展。所有这些系统均高度依赖于各种传感器提供的输入，其中，大多数传感器的制造均采用了MEMS技术。在MEMS领域的技术进步使人们能够极大地缩小这些传感器的尺寸，因此，除了性价比更高之外，基于MEMS传感器的模块还可以集成越来越多的功能，如自测以及精确的检验程序等等。

MEMS加速度传感器在汽车安全系统中有着广泛的应用，举例来说，图2所示为汽车中的高g值传感器的应用示意图。

在防翻滚安全系统中，要采用一种基于MEMS技术的惯性传感器，如图3所示。为了监测翻滚这种状态，把陀螺仪输出的传感器信号与低g值加速度传感器的输出信号结合起来就是至关重要的。通过处理两个传感器给出的信号，系统的算法确定车的Z轴以及垂直线之间的夹角，以及每一时刻车辆的角速度ωx。因此，翻滚感测算法及时确定准确的时间点和位置，从而爆开特定的气囊或主动收紧绑在乘员身上的安全带。

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