Auton kiihtyvyysantureita Suomesta

Auton kiihtyvyysantureita Suomesta

Hiuksenhienoa mittaamista

Merkittävä osa autojen turvallisuusjärjestelmien vaatimista antureista tehdään Vantaalla. Murata Electronics Oy on osa japanilaista Murata-konsernia. Yrityksessä jatketaan alunperin Vaisalassa aloitettua anturikehitystä.

MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) eli mikroelektromekaaninen järjestelmä yhdistää mikrometriluokan elektronisia ja mekaanisia osia. Rakenteesta ja käyttötarkoituksesta riippuen järjestelmä voi toimia anturina tai toimilaitteena, kulmanopeusanturin eli gyron tapauksessa molempina.

Mekaanisen osan lisäksi tarvitaan myös tavallinen puolijohteesta koostuva mikropiiriosa. MEMS:in yhteyteen liitetyn mikropiirin tarkoitus on käsitellä ja muuntaa analoginen tieto anturilta digitaalisen muotoon tai vastaavasti aktivoida toimilaite. MEMS-anturit mittaavat muun muassa kiihtyvyyttä kolmen eri akselin suunnassa, pyörimisliikettä tai jopa maan magneettikenttää.

Anturien tuotanto Vantaan Martinlaakson tehtaalla aloitettiin 1990-luvulla ja vuonna 2012 uusien kolmiulotteiseen rakenteeseen perustuvia 3D MEMS -piirejä valmistava VTI Technologies sulautui osaksi japanilaista Murata-konsernia ja vaihtoi nimensä Murata Electronics Oy:ksi.

Mekaniikkaa mikrometrikoossa

Puolijohdeteollisuuden alun perin kehittämät tuotantomenetelmät ovat käyttökelpoisia myös MEMS:in valmistuksessa. Pii käy mekaanisten osien kuten jousien ja massojen raaka-aineeksi.

Osat valmistetaan piikiekoista kuvioimalla ja syövyttämällä, kasvattamalla kerroksia ja liittämällä erilaisia kiekkoja. Yhdelle piikiekolle saadaan samanaikaisesti mahtumaan jopa tuhansia samanlaisia piirejä. Massatuotannon kannalta on tärkeätä, ettei tuotantomenetelmää ja -koneita tarvitse keksiä kokonaan uudelleen. MEMS:ien tekemiseen soveltuvat periaatteessa perinteisten mikropiirien valmistuslaitteet ja raaka-aineet. Tuotantotilan puhtausvaatimukset ovat samaa tasoa.

Massatuotannon avulla saadaan MEMS-kiihtyvyysanturin hinta pidettyä alhaisena ja piirit kilpailukykyisinä muihin vastaaviin antureihin verrattuna. Pienikokoinen anturi ei myöskään vie tilaa autossa, ja kapasitanssin muutokseen perustuva toimintaperiaate takaa anturille vähäisen virrankulutuksen.

Memssistä on moneksi

Aktiivisten ja passiivisten turvaominaisuuksien lisäksi mekaanisia värähtelyjä kestäviä kiihtyvyys-, kulmanopeus- ja paineantureita käytetään kaikkialla ympäri auton koria.

Informaatiojärjestelmän navigaattoria avustetaan huonon satelliittisignaalin vallitessa gyroon ja kiihty- vyysantureihin perustuvalla inertiasuunnistuksella.

Sähköisesti säätyvä iskunvaimennus reagoi alustan ja korin liikkeisiin kiihtyvyysantureilta saadun palautteen perusteella. Moottorin ohjaus tarkkailee MEMS-paineanturilla imusarjan ilmanpainetta ja säätää seossuhteen sopivaksi.

Rengaspaineen varoitusjärjestelmä sisältää paineanturin jokaisessa renkaassa. Varkaudenestojärjestelmä pystyy kiihtyvyysanturilla seuraamaan auton liikkeitä: parkissa olevan auton liikehdintä tai kallistelut kielivät, että autoa ollaan siirtämässä luvattomasti.

Ei ole siis suuri yllätys, että nykyauto voi sisältää lähemmäs 50 MEMS-anturia.

Yhdistelmäanturi päätuotteena

Modernien autojen kehittyneet turvaominaisuudet vaativat ohjausyksikön käsiteltäväksi tarkkaa ja tosiaikaista mittaustietoa. Yksi tietoa tuottava komponentti voi ja usein sisältääkin enemmän kuin yhden toiminnallisen MEMS-anturin.

Muratan päätuote on nykyisin niin sanottu kombo-anturi, joka sisältää kolmiakselisen pienkiihtyvyysanturin lisäksi gyroskoopin. Näin esimerkiksi auton ajovakautusjärjestelmän vaatimat anturit löytyvät samasta pienestä muutaman sentin kokoisesta paketista: gyroskooppi mittaa auton etenemissuunnan muutosta, poikittainen kiihtyvyysanturi keskihakukiihtyvyyttä ja pitkittäinen auton hidastuvuutta.

Järjestelmä vertaa ohjauspyörän asennosta ja auton pyörien pyörimisnopeudesta laskettua liikerataa antureilta saatuihin arvoihin. Jos haluttu ja todellinen liikerata eivät täsmää, ajonvakautusjärjestelmä korjaa ali- tai yliohjautumista jarruttamalla pyöriä erikseen.

Auton paikallaan ollessa pitkittäisellä kiihtyvyysanturilla saadaan selvitettyä tarkasti myös tien kaltevuus. Mäkilähtöavustin helpottaa lähtöä ylämäkeen kytkemällä jarruja automaattisesti kaltevuuden vaatimalla voimalla. Jarrupoljinta ei tarvitse painaa tai pysäköintijarrua vapauttaa liikkeelle lähdettäessä.

Auton MEMS-piirien määrä on kasvanut jatkuvasti automaattisten toimintojen lisääntyessä ja sama kehitys jatkuu ainakin lähitulevaisuudessa. Autonominen ajaminen edellyttää entistä tarkempia tietoja auton liikkeistä ja toiminnasta.