Dalam mobiliti manusia, kita menghadapi dilema besar di jalan menuju mobiliti yang selamat dan mampan. Penyebaran daripada semikonduktor di dalam kereta meningkatkan keperluan yang jelas untuk kuasa. Pada masa dunia sedang berusaha untuk mencapai kemampanan tenaga, bagaimanakah kita menyelaraskan pertumbuhan dalam semikonduktor automotif dengan kemampanan?
Sistem mikroelektromekanikal (MEMS) dan penderia mempunyai peranan penting dalam memastikan kegunaan dan keselamatan kenderaan autonomi (AV), dan perkembangan terkini adalah penting untuk mencapai kemampanan.
Mengambil mobiliti "seumur hidup"
Mari kita bercakap sedikit tentang evolusi MEMS dan bagaimana trend semasa dalam automotif berhubung dengan apa yang kita panggil era "dalam kehidupan".
Kira-kira 20 tahun yang lalu, kami memulakan "era luar talian". Pada masa itu, MEMS teknologi boleh mengubah konsep kepada produk. Dalam dunia automotif, penderia inersia MEMS mendayakan inovasi penting seperti beg udara, yang mempunyai kesan yang besar terhadap keselamatan penumpang dalam perlanggaran kenderaan.
Sepanjang 10 tahun yang lalu, kami telah beralih daripada era luar talian itu—di mana peranti MEMS hanya mendayakan ciri atau fungsi produk tertentu—ke sesuatu yang lebih berkuasa: era "dalam talian". Menyambungkan penderia ke awan telah membolehkan peningkatan prestasi dan gabungan teknologi yang menjadi kunci untuk menyediakan maklumat mereka kepada mana-mana ekosistem. Dalam contoh automotif kami, ini telah membolehkan peralihan daripada penggunaan beg udara mudah kepada panggilan perkhidmatan kecemasan dan melaporkan maklumat berkaitan tentang kesan dan kedudukan kenderaan untuk membantu responden.
Ini secara semula jadi membawa kita ke era "dalam kehidupan" semasa. Di sini, tiada lagi perbezaan antara berada dalam talian dan luar talian. Sebaliknya, terdapat gabungan asas antara teknologi dan kehidupan. Kami bercakap tentang sistem yang sentiasa berwaspada dan boleh merasakan, memproses dan mengambil tindakan.
Dalam teknologi mobiliti, kami kini memerlukan era "hidup" yang mampan untuk menyampaikan dua ciri utama. Yang pertama ialah pemusatan manusia yang meningkatkan cara kita berinteraksi dengan dunia di sekeliling kita. Teknologi berpusatkan manusia adalah selamat dan tidak invasif dan bertindak sebagai lanjutan daripada diri kita sambil membolehkan operasi sebagai pembantu pemandu. Ciri kedua ialah kemampanan untuk membantu kita melindungi planet yang luar biasa ini di mana kita semua tinggal.
Jadi bagaimana kita bergerak ke era "hidup" yang mampan? Kita perlu membina penderiaan dunia yang mampan. Sedangkan dahulu kita hanya mempunyai a sensor (luar talian), kemudian disambungkan sensor (dalam talian) dan kemudian penderia yang boleh merasakan, memproses dan bertindak ("hidup"), kini kami memerlukan penderia yang dikonfigurasikan sendiri untuk mengoptimumkan pemprosesan data dan sistem kuasa ultra rendah. Evolusi ini akan datang kerana kita perlu menyelamatkan planet ini dengan mengurangkan CO2 pelepasan kepada pelepasan sifar bersih menjelang 2050.
Kereta penumpang menyumbang kira-kira 3 bilion tan CO2 pelepasan secara global. Elektrifikasi mempunyai peranan penting dalam mengurangkan pelepasan ini secara drastik. Pada masa yang sama, kita juga akan melihat peningkatan yang ketara dalam penggunaan kenderaan dengan tahap automasi yang lebih tinggi dan lebih tinggi dan, akhirnya, autonomi.
Penderia inersia untuk AV: pintar, selamat, tepat
Penderia inersia pintar adalah penting untuk tahap pemanduan automatik yang lebih tinggi. Ini ialah Tahap 3, 4 dan 5, seperti yang ditakrifkan oleh SAE International. Mereka juga penting untuk mematuhi piawaian keselamatan yang ketat untuk melindungi penumpang kenderaan, pejalan kaki dan pengguna jalan raya yang lain.
Untuk memenuhi keperluan ini, mereka mesti mempunyai tiga atribut utama: Mereka perlu pintar, selamat dan tepat.
Atribut pintar adalah penting: AV perlu mampu bertindak balas terhadap setiap senario yang mungkin. Mereka mesti didorong oleh algoritma AI yang boleh meniru (atau memperbaiki) tingkah laku manusia dan masa tindak balas. Dengan pemprosesan disepadukan terus dalam penderia, ini boleh menganalisis data penderia dan melaksanakan operasi tanpa kependaman dan keperluan kuasa sejumlah besar data penderia yang bergerak ke hos atau awan untuk diproses. Ini mempercepatkan masa tindak balas sambil mengurangkan kuasa sistem secara mendadak.
Penderia yang mengandungi pemprosesan pada cip boleh mengambil masa kurang daripada beberapa mikroamp untuk memulakan pepohon keputusan dan kurang daripada 10 mA untuk menganalisis bacaan. Ini penting kerana mengurangkan kuasa yang diperlukan untuk mengendalikan AV atau mana-mana sistem besar adalah penting untuk kemampanan. Pertimbangkan, sebagai contoh, aplikasi mudah seperti pemantauan kereta. Penderia pintar boleh memantau kereta 24/7 dengan keupayaan AI yang membolehkan kereta mengesan jika ia terlanggar, ditunda atau dirosakkan apabila diletakkan atau boleh mengesan dan menyesuaikan diri dengan keadaan persekitaran atau permukaan jalan apabila bergerak.
Kemudian pengaturcaraan elemen yang sesuai dalam pengawal pada penderia boleh memastikan penderia berpusatkan manusia dan membolehkan kenderaan itu menawarkan penyelesaian boleh dikonfigurasikan sendiri dengan pelaksanaan AI berwayar tegar, bersama-sama dengan belanjawan kuasa yang dioptimumkan yang boleh menyumbang kepada matlamat kemampanan.
Penderia inersia pintar juga mesti selamat. AV mesti mematuhi piawaian keselamatan yang paling ketat. Penderia inersia pintar harus membolehkan AV mempunyai bacaan yang tepat tentang persekitaran mereka, kerana kereta mesti tahu di mana ia berada, dan ke mana ia pergi, berhubung dengan ke mana setiap kenderaan lain sedang dan sedang menuju. Dan ia bukan hanya kenderaan lain; AV perlu mengetahui di mana setiap halangan berada, kerana itu juga penting untuk operasi yang selamat.
Kenderaan hari ini sudah pun menyepadukan lebih banyak litar terbenam yang melaksanakan sistem keselamatan fungsian dalam perkakasan untuk kecekapan kuasa. Penderia inersia mempunyai banyak peranan, seperti dalam mengimbangi imej kamera yang dipengaruhi oleh kecenderungan dan getaran yang disebabkan oleh tindakan stereng dan hingar jalan. Pensijilan kepada Tahap Integriti Keselamatan Automotif B (ASIL-B) biasanya diperlukan untuk jenis sistem ini. Sebaliknya, sistem untuk pemanduan automatik menghadapi keperluan yang lebih ketat, yang memerlukan pensijilan, katakan, ASIL-D. Penderia inersia generasi seterusnya akan direka bentuk dengan mengambil kira perkara ini, mungkin disertakan dengan perpustakaan perisian yang diuji secara bebas untuk memudahkan pensijilan keselamatan mengikut ASIL-B dan ke atas.
Di samping itu, penderia mestilah teguh, boleh dipercayai dan mampu menahan keadaan persekitaran yang keras. Mereka juga mesti selamat untuk mengelakkan akses tanpa kebenaran dan pelanggaran data.
Akhir sekali, penderia inersia pintar perlu tepat. AV memerlukan data yang tepat dan tepat untuk beroperasi dengan selamat. Kami meminta kenderaan ini untuk memandu selama satu jam dengan ralat kurang daripada 0.1 darjah dan untuk memulakan pemberhentian keselamatan yang akan menghentikan mesin dengan ketepatan mutlak 20 cm. Itu luar biasa dan memerlukan ketepatan yang setanding dengan yang biasanya dijangkakan daripada sistem bimbingan bulan. Namun kami kini perlu mencapai ini dengan peranti biasa daripada portfolio penderiaan inersia standard kami.
Memastikan ketepatan data membantu meminimumkan beban kerja pemprosesan aplikasi dan oleh itu penggunaan kuasa dengan meminimumkan sebarang keperluan untuk menggilap data.
Ambil perhatian juga bahawa kependaman mempengaruhi ketepatan: Tidak kira betapa tinggi kepekaan, atau sedalam mana peleraian, konteks berubah secara berterusan, jadi maklumat mula menjadi tidak tepat sebaik sahaja ia dijana. Kependaman rendah ialah sifat kuat penderia pintar.
Kesimpulan
Laluan ke kenderaan autonomi sepenuhnya sedang bergerak ke hadapan, tetapi destinasi masih belum kelihatan. Cabaran utama, masih, adalah pemanduan autonomi yang mampan. Dari sudut pembangunan sensor, sekurang-kurangnya, kita boleh mengatakan kita mempunyai idea.
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, MEMS tercanggih telah mendayakan aplikasi ADAS yang menuntut keupayaan penderiaan ketepatan tinggi, walaupun sangat sedikit berkaitan dengan pembangunan aplikasi keselamatan. Sebaliknya, dorongan dalam kalangan OEM untuk sistem keselamatan termaju telah merangsang kemajuan pesat dalam pembangunan aplikasi keselamatan dengan keperluan terhad untuk ketepatan dalam keupayaan penderiaan.
Sekarang, jika kita benar-benar mahu mendayakan laluan penderiaan untuk masa depan kenderaan yang mampan, kita perlu merapatkan dua keperluan: keselamatan di satu pihak dan ketepatan di pihak yang lain. Jangan lupa bahawa segala-galanya perlu benar-benar pintar, dengan penderia yang boleh dikonfigurasikan sendiri, dengan pengoptimuman pemprosesan data dalam sistem kuasa rendah. Dan ini, akhirnya, akan membolehkan pembuat kereta menyampaikan penyelesaian yang diperlukan dunia.
Tidak syak lagi bahawa AV yang mampan sedang menuju ke arah masa depan kita. Ia adalah sama jelas bahawa penderia inersia pintar, selamat dan tepat adalah kritikal. Seperti semua komponen automotif, mereka mesti mematuhi piawaian keselamatan yang ketat dan menahan keadaan persekitaran yang teruk dan akan membantu memastikan AV yang mampan beroperasi dengan lebih selamat daripada kenderaan sedia ada dan dengan kecekapan yang jauh lebih besar. Teknologi MEMS mampan hadir untuk menyokong laluan ini.