□本刊記者 黃耀鵬

MEMS進(jìn)入汽車

□本刊記者 黃耀鵬

MEMS可能因?yàn)樽陨砟芰^于強(qiáng)大而延緩進(jìn)入汽車的腳步，這真是個(gè)諷刺。

當(dāng)你用手機(jī)在玩酷跑類游戲的時(shí)候，偏轉(zhuǎn)手機(jī)，游戲人物就會(huì)做出相應(yīng)動(dòng)作。顯然，所有的智能手機(jī)都能敏感自身的偏轉(zhuǎn)。有人認(rèn)為是手機(jī)內(nèi)置陀螺儀的功勞，這話只對(duì)了一半。

準(zhǔn)確地說，手機(jī)里面裝的是“角速度傳感器”，比陀螺儀便宜得多，精度當(dāng)然也要低得多，不適合做量化測(cè)量。簡(jiǎn)單說，它只能測(cè)到偏轉(zhuǎn)趨勢(shì)，而不必知曉具體的角度和角速度。

真正的陀螺儀廣泛應(yīng)用在航天航空航海，從衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)，到艦船、坦克，幾乎所有人類制造的運(yùn)動(dòng)載具都需要它。軍事上使用的陀螺儀非常昂貴，盡管剛體轉(zhuǎn)子陀螺儀、激光陀螺儀、光纖陀螺儀的成本依次降低，但民用汽車仍然用不起?，F(xiàn)在，現(xiàn)實(shí)有了一點(diǎn)改變。

無人駕駛技術(shù)的興起，使設(shè)計(jì)工程師們有意將陀螺儀引入到汽車?yán)锩?。雖然GPS接收器可以算出自身位置和速度，但在缺乏信號(hào)的地方（地下車庫、隧道）和GPS信號(hào)受到干擾的時(shí)候，汽車就無法導(dǎo)航。對(duì)有人駕駛來說，一小段空白時(shí)間并不要緊，但對(duì)無人駕駛來說可能是致命的缺陷。

依賴于云端服務(wù)器的無人駕駛車輛，也可能遇到通信網(wǎng)絡(luò)超載或者找不到基站的情況。電信運(yùn)營商們承諾在2020年以前實(shí)現(xiàn)5G信號(hào)的商業(yè)運(yùn)營，網(wǎng)絡(luò)帶寬和數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性將不再成為瓶頸。但仍然不能相信在偏僻的鄉(xiāng)村和小城鎮(zhèn)，5G網(wǎng)絡(luò)能在幾年內(nèi)覆蓋。事實(shí)上，現(xiàn)在我國有些地方連2G信號(hào)傳送也不能保證。這使得谷歌堅(jiān)持本地智能決策路線擁有充足的理由。

不依賴外界信息的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，符合本地決策的要求。但選用武器級(jí)慣性制導(dǎo)/導(dǎo)航系統(tǒng)，是不明智的，可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過整車成本的車載裝備本身就是個(gè)笑話。本世紀(jì)初發(fā)明的一種非傳統(tǒng)陀螺儀——微機(jī)械系統(tǒng)（MEMS—Micro Electro Mechanical systems）突然受到了關(guān)注，就像一個(gè)演不上戲的演員突然獲得了一號(hào)角色。在這之前十余年，MEMS都是一個(gè)雞肋發(fā)明。雖然沒有機(jī)械轉(zhuǎn)子，工作可靠、價(jià)格低廉，但是只有0.1度精度令其不堪大用。軍方用戶對(duì)這種不起眼的小玩意不屑一顧，一直將其歸為玩具一類。而玩具商也不用MEMS，理由是嫌貴。

而無人駕駛技術(shù)逐漸成熟，就包括MEMS技術(shù)的進(jìn)步。這種將機(jī)械構(gòu)件、光學(xué)系統(tǒng)、電控集成在一起的微型系統(tǒng)，體積進(jìn)一步縮小。得益于硅體微加工、晶片鍵合等技術(shù)的發(fā)展，做得最好的系統(tǒng)，精度已經(jīng)上升到0.01度。在無人駕駛上獲得機(jī)會(huì)的MEMS有望結(jié)束無人問津的尷尬地位。

意法和恩智浦半導(dǎo)體公司都研發(fā)了集陀螺和加速度計(jì)于一身的MEMS傳感器，簡(jiǎn)直相當(dāng)于一個(gè)超小型的慣性系統(tǒng)。這種傳感器可以測(cè)量角加速度和線加速度，并經(jīng)過一次和二次積分，可以獲得速度和位置（角速度和角位置）。車輛任何細(xì)微的動(dòng)作和傾斜姿態(tài)，都被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過總線，傳遞給行車電腦。即便在最快的車速狀態(tài)下，MEMS的精度和反應(yīng)速度也能夠適應(yīng)。

更重要的是，它能夠發(fā)現(xiàn)車輛潛在的側(cè)傾風(fēng)險(xiǎn)——早在車輛出現(xiàn)側(cè)傾之前，就能予以糾正，比傳統(tǒng)的ESP（車身穩(wěn)定系統(tǒng)）更可靠，發(fā)現(xiàn)得更早，可能早上100毫秒。在人類做出任何反應(yīng)，甚至根本還未察覺之前，MEMS就已經(jīng)將危險(xiǎn)上報(bào)到行車電腦，后者依靠傳動(dòng)系統(tǒng)和四輪控制，就已經(jīng)糾正了危險(xiǎn)的車輛動(dòng)作趨勢(shì)。

理論上，MEMS不依賴于任何外界信號(hào)。不過，在長(zhǎng)時(shí)間工作后，其積分結(jié)果——速度、位置信號(hào)會(huì)積累越來越大的誤差。這時(shí)候，需要GPS信號(hào)或者北斗信號(hào)對(duì)結(jié)果進(jìn)行校正。

MEMS可以感知汽車自身運(yùn)動(dòng)的一切參數(shù)：加速度、速度、位置、姿態(tài)。成為自主控制與導(dǎo)航的最強(qiáng)大傳感器。匹配高精度地圖，完全可以不依賴任何衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。后者將滑落神壇，從主導(dǎo)汽車的一舉一動(dòng)，淪為“點(diǎn)校正”工具。MEMS擁有這樣的潛力，但不是現(xiàn)在。

雖然MEMS的成本和可靠性是優(yōu)勢(shì)，但它也能追蹤汽車的一切行動(dòng)，而且不像GPS那樣，可以被用戶屏蔽或者刪除足跡。即便車主選擇關(guān)閉狀態(tài)顯示，它仍在后臺(tái)一直記錄所有數(shù)據(jù)。如果透過高速網(wǎng)絡(luò)上傳，車主將沒有隱私可言，不管授權(quán)還是非授權(quán)。事實(shí)上，車主可能不會(huì)意識(shí)到被自己的汽車跟蹤。如果這個(gè)問題被潛在客戶認(rèn)識(shí)到，MEMS應(yīng)用將陷入尷尬。

MEMS可能因?yàn)樽陨砟芰^于強(qiáng)大而延緩進(jìn)入汽車的腳步，這真是個(gè)諷刺。