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MEMS惯性传感器/超声波传感器/温度传感器需要的技术创新-电子发烧友网
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MEMS惯性传感器/超声波传感器/温度传感器需要的技术创新-电子发烧友网

2021-03-09 14:51:22 来源:电子发烧友网

【哔哥哔特导读】自动驾驶需要监测车辆的周围环境,这需要使用各种传感器,如雷达、激光雷达、摄像机、超声波传感器,并进行算法的组合。

汽车正从单纯的移动工具逐渐成为实现服务和应用的综合性载体,向智能联网、自动驾驶、服务&共享和电动化发展。

汽车电动化和智能化趋势,对车载传感器的功能有了更多要求,而高度的电子化让车载工作环境更为严苛,需要性能更好的传感器满足可靠性要求。

传感器

村田车规级传感器:袁玖金,村田(中国)投资有限公司产品市场统括部传感器高级工程师这里就来看看三款车载传感器——MEMS惯性传感器、超声波传感器、温度传感器,需要哪些技术创新,将面对什么新的技术挑战。

MEMS惯性传感器

自动驾驶时,汽车的位置信息需要由GNSS信号、基于路标或者车道线的视觉信息、以及结合高精度地图的信息获得。这是因为通过摄像头,激光雷达或者毫米波雷达得到的相对位置信息,有时候会不准确。

例如,超出摄像头动态检测范围的逆光,没有路标的荒野,大雾等情况下,就只能依靠GNSS和惯性传感器提供的绝对位置信息。

惯性传感器通过和GNSS信号融合提供位置信息,可用于提高汽车驾驶的安全性和舒适性。在丢失视觉信号时,GNSS和高性能IMU的融合提供了安全可靠的位置信息;在GNSS信号受到干扰时,视觉和高性能IMU的融合提供了安全可靠的位置信息。

惯性传感器通过和GNSS信号融合提供位置信息

自动驾驶过程中,准确确定车辆航向也非常重要,惯性传感器的零偏不稳定性会影响车辆的航向确定。

拿两只零偏不稳定性不同的陀螺作比较。如果陀螺A的零偏不稳定性为10°/hr,陀螺B的零偏不稳定性为1°/hr,航向角就可以通过陀螺输出的积分来计算,100分钟后:

陀螺A的航向角偏差约为30°左右

陀螺B的航向角偏差仅为3°

出现大概10倍的差异!

自动驾驶级别不同,对惯性传感器的要求也不同:

自动驾驶1级,需要10°/hr的零偏不稳定性

自动驾驶2级、2+级和3级,要求上升为3°/hr

高级自动驾驶和完全自动驾驶系统中,要求将高达0.5°/hr

村田新近推出了HPCA6自由度惯性测量,该产品具有0.9°/hr的零偏不稳定性,可用于自动驾驶3、4级系统。

超声波传感器

自动驾驶需要监测车辆的周围环境,这需要使用各种传感器,如雷达、激光雷达、摄像机、超声波传感器,并进行算法的组合。通过组合各个传感器,可以扩大检测范围,或者缩短盲区,有助于提高自主驾驶的安全性。

超声波传感器有望在距离车辆几米范围内发挥监测作用,可用于自动停车系统,包括低速自动驾驶。

为了提高这种安全性,超声波传感器也需要提高产品本身的可靠性并扩大检测范围。为了快速检测汽车周围情况,业内讨论通过Coding技术,实现多个超声波探头同时检测周围环境。因此,产品的耐久性是必需的。

同时为了扩大检测区域,对于汽车周围近距离的需求也越来越高。

为了应对市场需求,实现超声波传感器优异的耐久性,稳定的近距离检测,村田从产品的构造,制程开始进行改善。目标是,单个超声波探头的近距离检测,从目前的25cm缩短到10cm以下。

目前,村田在实现10cm以下的检测研发上已经有了进展。通过抑制超声波发射后的余震时间,已经可以检测到10cm以下距离处反射回来的回波信号。在不久的将来村田计划向市场提供这种技术的产品。

温度传感器

温度传感器,也就是热敏电阻。使用陶瓷材料技术的NTC热敏电阻被广泛地运用于各种用途。除了用于新能源汽车用的BMS、逆变器、DC-DC转换器的温度监测外,NTC也开始被用于毫米波、激光雷达等系统中。

下图左边显示了在ADAS电子控制单元内部的热量分布。红色区域温度很高,最高温度区域在GPU附近。右边图片显示特斯拉基于Xavier(NVIDIA)的自动驾驶系统。需要主动冷却以保持适当的温度条件。带有主动风扇空气冷却的散热器是标准配置。SoC的半导体内部有热二极管。然而,它的温度精度有很大的误差。误差可达+/-5至20摄氏度。

热敏电阻用来监测SoC的温度,以获得更好的精度。适当的热控制有助于延长使用寿命和提高可靠性。村田的汽车级热敏电阻NCU系列可以适应汽车高温应用。NCU系列的外电极是由铜制成的,在高湿度环境下提高了可靠性,防止了电子迁移。

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