摘要：針對(duì)智能車輛輔助駕駛系統(tǒng)對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測的要求，提出了采用MEMS傳感器對(duì)駕駛?cè)藛T操縱車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。該方法具有較好的實(shí)時(shí)性、智能性。為提高汽車行駛性和安全性提供重要的理論和實(shí)踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞：MEMS；傳感器 ；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 22-0000-02

駕駛員的駕駛行為在汽車道路行駛中起著舉足輕重的作用，不僅要保證汽車高速行駛的安全，也關(guān)系到汽車動(dòng)力學(xué)特征的主要因素。影響駕駛員行為的因素很多，除了駕駛員的操縱技術(shù)能力外，同時(shí)還受到道路狀況、外界環(huán)境變化以及各種緊急情況等影響。為了確保安全駕駛，在對(duì)駕駛?cè)藛T駕駛行為的研究中，應(yīng)重點(diǎn)分析各種不同的駕駛環(huán)境在駕駛過程中對(duì)駕駛?cè)藛T所產(chǎn)生的各種影響。通過采集駕駛員的操縱行為以及車輛行駛狀態(tài)改變的各項(xiàng)信息，可以確定駕駛?cè)藛T在駕駛過程中的駕駛行為。

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是一種集微機(jī)械、微電子以及傳感器為一體，使微機(jī)械和微電子為一體的系統(tǒng)，是一種以現(xiàn)代信息激活素的最新成果為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的一種高科技學(xué)科。汽車MEMS傳感器充分利用集成電路加工和微精密機(jī)械加工技術(shù)，主要材料以硅為主，將微米級(jí)的敏感元件、信號(hào)處理器以及數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上，制造出新型低成本、高效能、高精度、微型智能傳感器。

1 汽車MEMS傳感器工作原理

1.1 微加速度計(jì)工作原理

微加速度計(jì)按信號(hào)檢測方式可以分為電容式、壓阻式、隧道式、共振式等。其中，電容式微加速度計(jì)具有噪聲低、漂移小、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。在電容式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)中，有可移動(dòng)的質(zhì)量塊、中間極板以及相對(duì)的固定端作為電容的兩極。G-單元等效電路如圖1所示。

MEMS電容式加速度傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2 微機(jī)械陀螺傳感器工作原理

隨著各國對(duì)汽車安全性能要求越來越高，汽車為機(jī)械陀螺儀的市場增長速度明顯高于其它微傳感器。MEMS陀螺傳感器采用的物理現(xiàn)象是科里奧利效應(yīng)，即當(dāng)一個(gè)位于旋轉(zhuǎn)系內(nèi)的質(zhì)量快m作朝向或遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)慣性力。ADXRS系列角速度傳感器是利用科里奧利加速度來測量角速度的，內(nèi)部同時(shí)集成有角速率傳感器和信號(hào)處理電路，并帶有感應(yīng)溫度的傳感器，具有尺寸小、功耗低、抗沖擊和振動(dòng)性好的優(yōu)點(diǎn)。

2 車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是一種結(jié)合MEMS傳感器的特點(diǎn)，利用加速度傳感器和角速度陀螺以及微慣性測量單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息進(jìn)行采集。該系統(tǒng)利用MEMS慣性傳感器設(shè)計(jì)了微慣性測量單元，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量離合器踏板、油門踏板和剎車踏板型號(hào)，變速桿前后、左右方向信號(hào)，方向盤轉(zhuǎn)角速度信號(hào)，汽車運(yùn)動(dòng)速度信息和6自由度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。

通過安裝在車輛上的獨(dú)立傳感器，分別采集、融合各類信號(hào)到數(shù)據(jù)采集器，經(jīng)過一系列的處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過并口傳輸給實(shí)驗(yàn)車輛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和顯示等操作。

2.1 系統(tǒng)的硬件組成

（1）GPS接收器。GPS主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測汽車的運(yùn)動(dòng)時(shí)速，其型號(hào)為GPSport245。

（2）雙向加速度計(jì)。4個(gè)雙向加速度計(jì)分別采集變速桿、剎車踏板、油門踏板以及離合器踏板的加速信號(hào)。采用的是ADXL203。ADXL203是ADI公司推出的一款完整的高精度、低功耗雙軸加速度計(jì)，提供經(jīng)過信號(hào)調(diào)整的電壓輸出，所有功能均集成于一個(gè)單芯片IC中。

（3）角速度傳感器。本系統(tǒng)采用的是ADXRS角速度傳感器，具有可靠性高、功耗低、易于使用、尺寸小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

（4）信號(hào)采集器。用于采集駕駛員操縱行為參數(shù)和車輛6自由度運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，完成將模擬型號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，并將其信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)的工作。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過搭建車載實(shí)用平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)車道路實(shí)驗(yàn)，得出：系統(tǒng)能夠較好地識(shí)別駕駛員對(duì)剎車踏板、離合器踏板和變速桿的操作，說明駕駛行為感知和汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的檢測系統(tǒng)用于駕駛員操縱行為的感知具有一定的可行性，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。能夠?yàn)榻窈蟮臒o人駕駛系統(tǒng)的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

3 結(jié)論

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)等的快速發(fā)展，未來汽車行業(yè)采用MEMS技術(shù)已成為科技發(fā)展趨勢，體積小、功能強(qiáng)、造價(jià)低的微型傳感器將廣泛應(yīng)用于汽車的各個(gè)方面，可以有效的提高汽車行駛性和安全性。同時(shí)，也對(duì)其發(fā)展提出了更高的要求。

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[作者簡介]李錚（1984.7-），女，籍貫河北省唐山市，碩士研究生，現(xiàn)于燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院工作，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：計(jì)算機(jī)智能控制。