Op het gebied van menselijke mobiliteit staan we voor een groot dilemma op weg naar veilige en duurzame mobiliteit. De doordringing van halfgeleiders in de auto neemt de schijnbare behoefte aan vermogen toe. Hoe kunnen we, in een tijd waarin de wereld streeft naar energieduurzaamheid, de groei van auto-halfgeleiders rijmen met duurzaamheid?
Micro-elektromechanische systemen (MEMS) en sensoren spelen een cruciale rol bij het waarborgen van het nut en de veiligheid van autonome voertuigen (AV's), en de nieuwste ontwikkelingen zijn essentieel om duurzaamheid te bereiken.
Mobiliteit 'onlife' nemen
Laten we het even hebben over de evolutie van MEMS en hoe de huidige trends in de automobielsector verband houden met wat we het 'onlife'-tijdperk noemen.
Ongeveer twintig jaar geleden begonnen we het ‘offline-tijdperk’. Destijds MEMS technologie konden concepten omzetten in producten. In de autowereld maakten MEMS-traagheidssensoren belangrijke innovaties mogelijk, zoals airbags, die een enorme impact hadden op de veiligheid van passagiers bij voertuigbotsingen.
In de afgelopen 10 jaar zijn we overgegaan van dat offline tijdperk - waar MEMS-apparaten eenvoudigweg bepaalde productkenmerken of -functies mogelijk maakten - naar iets veel krachtigers: het "online" tijdperk. Het verbinden van sensoren met de cloud heeft prestatieverbeteringen en technologiefusie mogelijk gemaakt, wat essentieel was om hun informatie beschikbaar te maken voor elk ecosysteem. In ons auto-voorbeeld heeft dit de overgang mogelijk gemaakt van eenvoudige airbag-inzet naar ook het bellen van hulpdiensten en het rapporteren van relevante informatie over de impact en voertuigpositie om hulpverleners te helpen.
Dit brengt ons natuurlijk bij het huidige "onlife" -tijdperk. Hier is er geen verschil meer tussen online en offline zijn. In plaats daarvan is er een fundamentele versmelting tussen technologie en leven. We hebben het over systemen die constant waakzaam zijn en kunnen voelen, verwerken en actie ondernemen.
In mobiliteitstechnologieën hebben we nu een duurzaam "onlife"-tijdperk nodig om twee belangrijke functies te bieden. De eerste is mensgerichtheid die de manier verbetert waarop we omgaan met de wereld om ons heen. Op de mens gerichte technologie is veilig en niet-invasief en fungeert als een verlengstuk van onszelf terwijl we tegelijkertijd als chauffeursassistent kunnen werken. Het tweede kenmerk is duurzaamheid om ons te helpen deze ongelooflijke planeet waarop we allemaal leven te beschermen.
Dus hoe gaan we naar het duurzame "onlife" -tijdperk? We moeten een duurzame sensorisering van de wereld bouwen. Terwijl we in het verleden gewoon een sensor (offline), dan een connected sensor (online) en vervolgens een sensor die kan voelen, verwerken en handelen ("onlife"), hebben we nu zelfgeconfigureerde sensoren nodig om gegevensverwerking en ultra-low-power systemen te optimaliseren. Deze evolutie komt eraan omdat we de planeet moeten redden door CO te verminderen2 -emissies naar netto nul-emissies in 2050.
Personenauto's dragen ongeveer 3 miljard ton COXNUMX bij2 uitstoot wereldwijd. Elektrificatie speelt een centrale rol bij het drastisch verminderen van deze uitstoot. Tegelijkertijd zullen we ook een aanzienlijke toename zien in de acceptatie van voertuigen met steeds hogere niveaus van automatisering en uiteindelijk autonomie.
Traagheidssensoren voor AV's: slim, veilig, nauwkeurig
Slimme traagheidssensoren zijn essentieel voor hogere niveaus van geautomatiseerd rijden. Dit zijn niveaus 3, 4 en 5, zoals gedefinieerd door SAE International. Ze zijn ook essentieel om te voldoen aan de strenge veiligheidsnormen die van kracht zijn om inzittenden van voertuigen, voetgangers en andere weggebruikers te beschermen.
Om aan deze vereisten te voldoen, moeten ze drie belangrijke kenmerken hebben: ze moeten slim, veilig en nauwkeurig zijn.
Het slimme kenmerk is essentieel: AV's moeten in staat zijn om op elk mogelijk scenario te reageren. Ze moeten worden aangestuurd door AI-algoritmen die menselijk gedrag en reactietijden kunnen imiteren (of verbeteren). Doordat de verwerking direct in de sensor is geïntegreerd, kunnen deze de sensorgegevens analyseren en bewerkingen uitvoeren zonder de latentie en stroomvereisten van enorme hoeveelheden sensorgegevens die voor verwerking naar een host of cloud gaan. Dit versnelt de reactietijd en vermindert het systeemvermogen drastisch.
Sensoren met verwerking op de chip hebben minder dan een paar microampère nodig om de beslissingsboom te starten en minder dan 10 mA om de meetwaarden te analyseren. Dit is belangrijk omdat het verminderen van het vermogen dat nodig is om een AV of een ander groot systeem te laten werken, van cruciaal belang is voor duurzaamheid. Denk bijvoorbeeld aan een simpele toepassing als automonitoring. Slimme sensoren kunnen een auto 24/7 bewaken met AI-mogelijkheden waarmee de auto kan detecteren of er tegen wordt gestoten, gesleept of vernield wanneer hij geparkeerd staat, of kan detecteren en zich aanpassen aan omgevingsomstandigheden of wegdek wanneer hij in beweging is.
Dan kan de juiste programmering van elementen in een on-sensor controller ervoor zorgen dat de sensoren op de mens gericht zijn en kunnen de voertuigen zelfconfigureerbare oplossingen bieden met bedrade AI-implementaties, samen met geoptimaliseerde stroombudgetten die kunnen bijdragen aan duurzaamheidsdoelstellingen.
Slimme traagheidssensoren moeten ook veilig zijn. AV's moeten voldoen aan de strengste veiligheidsnormen. Slimme traagheidssensoren moeten AV's in staat stellen hun omgeving nauwkeurig te lezen, aangezien de auto moet weten waar hij is en waar hij heen gaat, in relatie tot waar elk ander voertuig naartoe gaat en gaat. En het zijn niet alleen andere voertuigen; de AV moet weten waar elk obstakel zich bevindt, want ook dat is essentieel voor een veilige werking.
De voertuigen van vandaag integreren al steeds meer ingebedde circuits die functionele veiligheidssystemen implementeren in hardware voor energie-efficiëntie. Traagheidssensoren hebben vele rollen, zoals het compenseren van camerabeelden die worden beïnvloed door helling en trillingen veroorzaakt door stuurbewegingen en weggeluid. Certificering voor Automotive Safety Integrity Level B (ASIL-B) is gewoonlijk vereist voor dit soort systemen. Aan de andere kant worden systemen voor geautomatiseerd rijden geconfronteerd met veel strengere eisen, waarvoor certificering nodig is voor bijvoorbeeld ASIL-D. De volgende generaties traagheidssensoren zullen met dit in gedachten worden ontworpen, waarschijnlijk vergezeld van onafhankelijk geteste softwarebibliotheken om veiligheidscertificering in overeenstemming met ASIL-B en hoger te vergemakkelijken.
Bovendien moeten de sensoren robuust en betrouwbaar zijn en bestand tegen zware omgevingsomstandigheden. Ze moeten ook veilig zijn om ongeoorloofde toegang en datalekken te voorkomen.
Ten slotte moeten slimme traagheidssensoren nauwkeurig zijn. AV's hebben nauwkeurige en nauwkeurige gegevens nodig om veilig te kunnen werken. We vragen deze voertuigen om een uur te rijden met een foutmarge van minder dan 0.1 graad en om een veiligheidsstop te starten die de machine tot stilstand brengt met een absolute nauwkeurigheid van 20 cm. Dat is ongelooflijk en vereist een nauwkeurigheid die vergelijkbaar is met wat normaal wordt verwacht van een maangeleidingssysteem. Maar we moeten dit nu bereiken met gewone apparaten uit ons standaard traagheidsdetectieportfolio.
Door de nauwkeurigheid van de gegevens te waarborgen, wordt de werklast voor het verwerken van applicaties en dus het stroomverbruik geminimaliseerd door de noodzaak om de gegevens op te schonen tot een minimum te beperken.
Merk ook op dat latentie de nauwkeurigheid beïnvloedt: hoe hoog de gevoeligheid of hoe diep de resolutie ook is, de context verandert voortdurend, dus de informatie begint onnauwkeurig te worden zodra deze wordt gegenereerd. Lage latentie is een sterk kenmerk van intelligente sensoren.
Conclusie
De weg naar een volledig autonoom voertuig gaat vooruit, maar de bestemming is nog niet zichtbaar. De grote uitdaging blijft echter duurzaam autonoom rijden. Vanuit het oogpunt van sensorontwikkeling kunnen we in ieder geval zeggen dat we een idee hebben.
In de afgelopen jaren heeft state-of-the-art MEMS ADAS-toepassingen mogelijk gemaakt die zeer nauwkeurige detectiemogelijkheden vereisten, hoewel deze weinig te maken hadden met de ontwikkeling van veiligheidstoepassingen. Aan de andere kant heeft de drang onder OEM's naar geavanceerde veiligheidssystemen geleid tot snelle vooruitgang in de ontwikkeling van veiligheidstoepassingen met een beperkte behoefte aan nauwkeurigheid in het detectievermogen.
Als we nu echt het pad van sensorisatie willen vrijmaken voor de toekomst van een duurzaam voertuig, moeten we de twee behoeften overbruggen: veiligheid aan de ene kant en nauwkeurigheid aan de andere kant. Laten we niet vergeten dat alles absoluut slim moet zijn, met zelfconfigureerbare sensoren, met optimalisatie van gegevensverwerking in energiezuinige systemen. En dit zal autofabrikanten uiteindelijk in staat stellen de oplossingen te leveren die de wereld nodig heeft.
Het lijdt geen twijfel dat duurzame AV's op weg zijn naar onze toekomst. Het is even duidelijk dat slimme, veilige en nauwkeurige traagheidssensoren van cruciaal belang zijn. Net als alle auto-onderdelen moeten ze voldoen aan strenge veiligheidsnormen en bestand zijn tegen barre omgevingsomstandigheden, en zullen ze ervoor zorgen dat duurzame AV's veiliger werken dan bestaande voertuigen en met een veel grotere efficiëntie. Duurzame MEMS-technologie is hier om dit pad te ondersteunen.