汽車傳感器設計是汽車生產(chǎn)較為重要環(huán)節(jié)，對于汽車的整體性能的提高有著直接的影響。隨著社會的快速發(fā)展，對汽車傳感器的性價比也提出了更高的要求，從設計的理念、原則等角度出發(fā)，對設計技術進行更好的優(yōu)化成為發(fā)展的關鍵。因此，加強對MEMS汽車傳感器設計關鍵技術的研究具有很大的現(xiàn)實意義，發(fā)現(xiàn)當前技術中存在的不足，提出針對性的指導建議，在保證傳感器性能滿足要求的同時，降低生產(chǎn)陳本，取得更好的競爭優(yōu)勢。

1 MEMS系統(tǒng)設計基本理論

1.1 MEMS設計技術

MEMS設計技術的綜合性是比較強，涵蓋各個方面的內(nèi)容，不僅需要有相應的概念設計作為指導，還需要相應的計算機提供服務，從而對數(shù)據(jù)進行更好的分析。MEMS產(chǎn)品設計的后續(xù)加工與測試工作的進行也在設計技術涵蓋的范圍之內(nèi)，設計技術對整體的產(chǎn)品性能發(fā)揮著關鍵性的作用。相較于加工技術，MEMS設計技術有著更高的要求，其輔助機械與技術是非常重要的，尤其是計算機輔助設計的應用。MEMS設計技術在當前的發(fā)展中更為趨向于自動化、智能化，滿足時代多元化發(fā)展的需求，提高產(chǎn)品設計的效率，更好的拓展市場，也實現(xiàn)產(chǎn)品設計的實用性。

1.2 MEMS設計方法

設計方法是設計工作的基礎，其不僅是設計理念的充分體現(xiàn)，也是對設計行為的基本規(guī)范。MEMS設計技術的重點主要體現(xiàn)非電信號與電信號、電能與機械能等能量之間的轉換，對MEMS系統(tǒng)設計有著較大的影響。MEMS設計方法主要有三種，一是有限元FEM，另一個是邊界元BEM，有限差分也是數(shù)值分析方法之一。系統(tǒng)級設計、器件級設計、工藝級設計是不同的設計手段要求，其難度層次逐級遞減。

首先，系統(tǒng)級設計的整體性是比較強的，需要綜合各個方面的內(nèi)容進行分析，數(shù)值分析法在其中的應用具有一定的局限性，其設計方法的優(yōu)化更加趨向于簡單動態(tài)模型的構建，減少了MEMS設計技術中多種能量之間的轉換。器件級設計是較為單一的，有著針對性的研究對象，但是需要進行大量的數(shù)據(jù)分析。在實際的產(chǎn)品設計中，可以加強數(shù)值分析法在器件級設計中的應用，通過大量信息數(shù)據(jù)的收集提供更為扎實的理論依據(jù)。但是，需要重點注意數(shù)值分析法在具體應用中存在的局限性，所需時間較長，需要進行重點的優(yōu)化。工藝級設計與硅機械加工技術有著緊密的聯(lián)系，主要進行精密的加工，對尺寸進行精密的計算與優(yōu)化。在當前的發(fā)展過程中，MEMS設計技術一般涉及毫米到微米加工環(huán)節(jié)，而且MEMS封裝技術和集成版圖設計也有著較大的優(yōu)勢，設計工藝比較成熟，可以大大提高版圖設計的效率與封裝的成本，給汽車傳感器性能的提高也帶來更大的優(yōu)勢。

2 MEMS汽車傳感器設計關鍵技術

2.1 MEMS汽車傳感器的智能集成設計

在技術發(fā)展的推動下，汽車傳感器的廣泛應用給汽車帶來了很大的提升空間，也使得汽車各方面的性能得到了很大的提高。MEMS汽車傳感器的智能集成設計，主要是從傳感器的各項指標出發(fā)的，對傳感器的使用性能進行優(yōu)化，提高其穩(wěn)定性、安全性。MEMS汽車傳感器的智能集成設計是綜合MEMS技術、集成化和智能化為一體的。

首先，MEMS技術是從傳感器基本框架模型出發(fā)的，對系統(tǒng)進行整體性的開發(fā)，通過對系統(tǒng)內(nèi)部結構的優(yōu)化，提高系統(tǒng)的可用性。在實際的操作過程中，MEMS技術對系統(tǒng)的優(yōu)化采取自上而下的方法。第一步，對汽車傳感器的系統(tǒng)需求、特性、加工性能進行分析與了解，從而得出系統(tǒng)設計的基本方向。第二步，系統(tǒng)設計需要將傳感單元設計與信號評測電路設計相結合，進行機械布局與電子布局，這是系統(tǒng)設計的基本框架。第三步，對機械布局與電子布局進行整合，形成整體性布局，完成系統(tǒng)開發(fā)的基本流程。在系統(tǒng)設計的過程中，需要注意每個步驟之間都有一定的聯(lián)系，自上而下進行，同時也自下而上的進行信息的反饋，發(fā)現(xiàn)在設計環(huán)節(jié)存在的缺陷，進行及時的調(diào)整。其次，是傳感器智能化模型的構建，對系統(tǒng)的功能進行相應的調(diào)配，實現(xiàn)各個功能具體的分工。智能汽車傳感器系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)的完成，可以充分體現(xiàn)性能的整體優(yōu)勢。最后，汽車傳感器系統(tǒng)的具體應用，采用多傳感器信息融合算法，并且結合人工智能，實現(xiàn)汽車傳感器的自動化與智能化處理。

2.2 MEMS多域耦合和仿真分析

微器件包含多種類型，是微機電系統(tǒng)的重要組成部分。MEMS技術設計的范圍是比較廣泛的，其能量之間的轉換，對于光學、物理學、化學等領域都有一定的深入研究。結構動力學、熱傳輸學、流動動力學和電磁學是MEMS系統(tǒng)學科交叉，不同的組合方式形成了不同的應用原理，如熱激勵響應熱致動器、微致冷器流量和熱傳感器等。MEMS多域耦合是一個較為復雜的系統(tǒng)，對系統(tǒng)設計的科學性、合理性有著較高的要求，保證物理域綜合可以正常運行。電域、結構力學域、熱域、流體域是常見的多域耦合效應，電域與熱域、結構力學域之間有一定的關系，而結構力學域、熱域與流體域之間也有一定的關系，通過關系交合實現(xiàn)能量轉換。在MEMS多域耦合中，需要重點關注各個領域的特性，進行針對性的分析優(yōu)化，通過調(diào)整達到平衡狀態(tài)。能量場分為保守能量場、非保守能量場兩種，保守能量場能量是守恒的，非保守能量場會存在能量的損耗，需要用解析法進行單獨的運算求解。MEMS多域耦合在多物理域的條件下，運算具有一定的難度，此時可以利用降價法進行處理，綜合多方面的情況進行求解，從而實現(xiàn)高效精確的求解，取得更好的效果。耦合MEMS器件的動態(tài)仿真也是存在的問題之一，采用降價法進行處理有利于模型的構建，也可以形成更為整體性的系統(tǒng)。微機電系統(tǒng)設計的模擬主要分為系統(tǒng)級模擬、基于能量的宏模型和器件級模擬，有著具體的層次劃分，相應的也有不同的要求。

2.3 面向MEMS的多學科優(yōu)化設計和算法

MEMS設計的關鍵在于多學科之間的交叉，通過不同的材料加工與方法進行綜合，實現(xiàn)多物理域的協(xié)調(diào)，從而使得MEMS多域耦合更好的配合運行。MEMS系統(tǒng)設計的復雜性較高，對于各方面工作的進行有一定的難度，在實際的操作中可以通過層級系統(tǒng)、非層級系統(tǒng)和混合層級系統(tǒng)等進行具體的劃分，從而可以進行細化研究。層級系統(tǒng)以分級的方式進行劃分，其形成一種樹狀結構，其系統(tǒng)構造較為簡單。非層級系統(tǒng)是網(wǎng)狀結構，多物理域相互之間的聯(lián)系緊密，形成不同的交互關系。混合層級系統(tǒng)是樹狀與網(wǎng)狀的混合，對于系統(tǒng)的劃分有著更大的優(yōu)勢，在MEMS優(yōu)化設計中的應用是比較廣泛的。MEMS系統(tǒng)的優(yōu)化主要分為四個框架，分別是系統(tǒng)結構、封裝子系統(tǒng)、非MEMS子系統(tǒng)詳細設計、器件結構。對于非MEMS子系統(tǒng)詳細設計和封裝子系統(tǒng)需要進行重點的詳細設計，器件結構也需要關注生產(chǎn)成本和驅動方式，從加工工藝的提高等方面入手，提高系統(tǒng)的性能與安全。MEMS多學科優(yōu)化設計是根據(jù)其系統(tǒng)的復雜性進行的，多個領域的交叉配合，對方案設計也提出了更高的要求，通過對子系統(tǒng)的優(yōu)化，并且以其為基礎進行系統(tǒng)的整合，充分體現(xiàn)子系統(tǒng)的優(yōu)勢。在系統(tǒng)的優(yōu)化設計中，子系統(tǒng)既可以獨立運行，也可以結合進行，實現(xiàn)信息更好的交流，為數(shù)據(jù)的分析提供更多的理論依據(jù)。

2.4 MEMS加速度計設計與優(yōu)化

加速度計主要用于測量慣性的大小，進而分析傳感器加速度的大小與運行的安全性。慣性大小與物體的質(zhì)量、加速度有著直接的聯(lián)系，成正比關系，質(zhì)量相等時，加速度越大，物體的慣性也就越大。因此，對于MEMS加速度計設計與優(yōu)化可以從質(zhì)量方面進行控制，進而改變物體所受到的力的大小。在MEMS加速度計設計中，可以采取梳齒式MEMS加速度計，可以有效的降低加速度計的有諧振頻率存在的弊端，提高加速度計測量的精確度。通過梳齒式MEMS加速度計對系統(tǒng)進行優(yōu)化，在一定程度上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在實際的操作中，對于MEMS加速度計整體性能的提高，可以從結構、阻尼、驅動與檢測電路、加工工藝等方面出發(fā)，進而詳細的分析，改善存在的實際缺陷。在加速度計設計與優(yōu)化的過程中，也需要重點注意整體性的優(yōu)化效果，選擇合理的算法，實現(xiàn)多領域的交叉配合。

3 結語

MEMS技術在汽車傳感器設計中的應用取得了很大的成效，改善了傳統(tǒng)傳感器中存在的不足，從不同的角度進行深入的分析，結合各個領域的特點，實現(xiàn)多領域更好的結合。MEMS汽車傳感器設計技術的優(yōu)化，還需要考慮材料、結構、制作工藝等方面的提高，從系統(tǒng)內(nèi)部結構出發(fā)，對系統(tǒng)的性能進行整體性的提高，也使得系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性更高，滿足實用化發(fā)展的要求，取得更好的效果。