《電子技術應用》
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MEMS無線感測技術繪制汽車電子安全藝術藍圖
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摘要: 生命安全是人們最基礎的重要需求,現實環境中,車用安全是目前最為迫切需要解決的問題。再高科技的產品,最終仍須回歸市場需求,產業所扮演的角色,便是提供對應方案解決問題,提供人們生命更多的安全保障。
Abstract:
Key words :

       廣泛而言,RFID、ZigBee、無線感測網路、微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)、影像感測、聲波、溫度感測等皆屬于感測技術的領域。就應用市場來看,考量到人體安全、駕駛與車內環境等因素,車用感測使用的技術類別之廣,說是集感測技術之大成也不為過。

  安全為車輛發展之母,感測技術則是牢牢把關新一代車輛安全的優等生。自汽車發明以來,陸上交通事故有增無減,雖然汽車工業被喻為封閉且較為傳統的產業,各家汽車大廠長久以來莫不朝向安全、舒適的方向努力不輟。電子產業廠商也明白這個趨勢,針對車用安全等相關應用,提出許多感測技術解決方案,讓現代高度電腦化車輛朝安全之路更邁進一大步。廣泛而言,RFID、ZigBee、無線感測網路、微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)、影像感測、聲波、溫度感測等皆屬于感測技術的領域。就應用市場來看,考量到人體安全、駕駛與車內環境等因素,車用感測使用的技術類別之廣,說是集感測技術之大成也不為過。

  無線感測技術提供個人化服務

  無線感測技術的應用相當廣泛,因應用領域不同,可對車輛使用者提供安全且個人化的服務。無線感測應用早期以軍事用途為大宗,再開始流向往民間應用,如交通工程、礦坑監控、地理偵測等,其后再往智慧家庭領域移動。時至今日,汽車領域也成為無線感測技術的應用範圍之一。

  車用領域的無線感測技術涉及到人身安全,系統要求遠比智慧家庭的無線感測系統來得高。舉例來說,車內的二氧化碳濃度的感測事關重大,二氧化濃度過高,輕則影響駕駛精神,嚴重則會導致悶死。基于上述理由,感測器的靈敏度勢必要加以提升,一旦濃度過高,通過系統的訊號轉換,通知車內人員車內二氧化碳濃度過高,提醒駕駛打開窗戶讓空氣流通。

  防盜系統也可透過無線感測系統,變得更加聰明而人性化。以往防盜系統通常透過車主身上的無線發射器,按鈕一按,即可以解除防盜系統。但由于超低功耗的電源管理與射頻製程等技術進步許多,無線感測的功耗也大幅降低,車主身上可以攜帶一個無線射頻系統,同時控制所有車門,車主靠近哪個門,門就自動開啟,其他門則仍保持未開狀態,十足是充滿智慧的防盜系統。同時,配合車載控制系統,更可搭配車主喜好,先播放音樂、車內空調與調整坐位空間。因此,整體而言,無線感測技術的應用相當廣泛,可因應用領域不同,對于車內使用者提供安全且個人化的服務。

  MEMS Sensor敏感稱王扮車體安全關鍵角色

  光靠無線感測網路,對于車內人員安全的保護仍然不夠。這時,微機電系統就扮演車體運動的關鍵角色。早期產業界并不重視微機電系統,直到iPhone與WII現身江湖,MEMS才真正被發揚光大。

  但MEMS早已大量運用車體運動上,主要塬因在于車體運動時會有加速、爬坡與遭遇路面不平等運動現象,透過MEMS Gyro scope即時偵測車體的運動狀況,回報給車身控制系統,進一步控制車身,避免車身過度傾斜造成翻覆,或是過度打滑造成失控衝撞。考量到車內人員的安全,MEMS的敏感度與反應速度相對重要許多。舉例而言,MEMS其中一項應用——加速度計,可以計算車體在行駛運動的時速,一旦出現衝撞車禍,受到撞擊的瞬間,加速度計立刻算出撞擊速度,再透過有電子控制元件的安全氣囊,決定是否要啟動安全氣囊保護人體安全。

  敦吉科技通路事業本部技術部協理許瑞達指出,MEMS雖然應用相當廣泛,但是就消費性與車用安全上,就元件作業環境要求的嚴格程度就大不相同,例如在溫度測試上,一般消費性或工業類電子系統的溫度測試約為約為-20°C 到105°C左右,但就車用領域的溫度測試上,就必須將測試範圍拉到約為-50°C 到150°C的區間,希望元件在實際應用環境的狀況能更加穩定。同理,在耐撞與防震上,車用微機電系統也必須在受到強烈震動的情況下,仍能穩定傳送訊號,以讓車體其他電子系統能迅速作出對應,以保持車體穩定與人身安全。

  影像感測加紅外線開車停車無顧慮

  影像偵測可分為駕駛人精神狀況、行車距離與倒車偵測叁大應用,目前應用最為廣泛的是倒車偵測,尤其臺灣地小人稠,家家戶戶皆有房車,如何在狹小的空間停車,就成為一大挑戰。若再配合紅外線功能,更是如虎添翼,透過反射塬理計算車子與障礙物的距離,駕駛者能更明確掌握尚有多少的安全停車空間。

  考量行車安全,許多車載系統的解決方案的提供商,也開始思考如何更進一步防範車禍發生,其中,駕駛人精神狀況與行車距離兩大應用,最為產業界所熱烈討論。透過影像偵測,如眼睛是否平視前方、眼睛是否有閉上、頭部搖晃的頻率等,判斷駕駛人的精神狀況如何并加以提醒。系統設計通常由攝像鏡頭進行影像擷取,透過類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter,ADC)進行訊號轉換,再將資料傳給DSP(Digital Signal Processor;數位訊號處理器)。只要事先在DSP裡燒錄許多駕駛者危險動作資料,配合軟體驅動進行高速運算,再將運算結果轉送至其他電子系統,迅速提醒駕駛者相關注意事項,避免發生事故。

  同樣的系統設計概念,也可以應用在行車距離的偵測。車廠可考量安全需求,在車體四周佈置影像攝影機,以便快速拮取擷取四周的其他車輛與道路使用移動物體資訊,如行人、腳踏車騎士等,預先進行道路的動態偵測,提醒駕駛人目前的車行狀況。

  總體來說,感測技術并非單一電子元件即能完成的技術概念,而是一個完整且可運作的電子系統,其系統元件可包括:訊號接收元件、ADC、處理器、FPGA與DAC(Digital-to- Analog Converter;數位類比轉換器)與電源管理元件等??剂康杰囉冒踩娮宇I域,由于涉及車內使用者的生命安全,元件本身的穩定度、耐撞、作業溫度、反應速度與精確度等,都是缺一不可的重要關鍵。半導體元件業界推出相關的認證規範,如IEC61508、AEC Q-100與ISO / TS 16949:2002,以符合車用系統廠商的需求。

  生命安全是人們最基礎的重要需求,現實環境中,車用安全是目前最為迫切需要解決的問題。再高科技的產品,最終仍須回歸市場需求,產業所扮演的角色,便是提供對應方案解決問題,提供人們生命更多的安全保障。

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