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2023年12月5日-6日，由中国汽车工业协会和中国电子科技集团有限公司共同主办的“2023全球汽车芯片创新大会暨第二届中国汽车芯片高峰论坛”在无锡举办。本届芯片大会以“共享中国机遇•共谋创新发展•共赢产业未来”为主题，设置了“1场高层峰会、1场主旨论坛、4场主题论坛”共6场会议。其中，在12月6日下午举办的“主题论坛三：构建汽车智能‘芯’生态”上，无锡北微传感科技有限公司首席技术官，北京大学软件与微电子学院教授时广轶发表精彩演讲。
以下内容为现场演讲实录：
尊敬的秘书长，各位同仁，下午好！今天下午来的时候，因为第一件事情要停车，所以我们把车停在地面一层，但那个时候我没有办法说：好吧，你自己停到车位上去，因为我们现在的智能驾驶还不能够实现自动泊车。
那么如何实现自动泊车呢？就一定离不开一件非常重要的传感器，惯性传感器，所以今天我将围绕着惯性传感器国内的产业化、我在北京大学研究的成果以及我们现在创立的北微传感给大家做一个剖析，请大家多多批评指正。
首先介绍一下我们目前惯性里面最重要的陀螺仪，如果你的转向，或者陀螺仪的系统给的不准确，带来的就是你的定位定向肯定不行，现在非常流行的一个是半球谐振陀螺和我们的量子陀螺，以及现在大家在做更好的能够形成好的性价比的陀螺，但是我目前看到的，由于工艺的限制以及我们整个半导体的发展，包括对于量子囚禁的作用和低成本的方式，可能一个核心的器件比较小，但是它围绕的电路非常大型，所以很难形成量产。
目前对于我们车来讲最合适的无疑是MEMS陀螺仪，我们也有类似于很老的机械式，包括石英挠性加表和MEMS加表，所以我们的惯性器件在里面就是两个重要的器件，MEMS加速度计和MEMS陀螺仪。我前天去见了我的投资人，他是原来理想的CTO王凯王总，王总说我们想一想10万块以内的话，至少要一个IMU，如果是20万以上的话，大概要用3个，如果30万以上，可能就要用5个IMU芯片，所以IMU芯片在车上的应用是非常多的，这个简单介绍一下，因为我们都是同行，可能有些人不是做导航这一块内容的，它实际上很简单，如果GPS或者是RTK的差分失锁了之后，我能够用我的惯性IMU进行一段时间的保持。
目前来讲，业内能够做到的程度，我每公里跑千分之一点五，到千分之二，和里程计去结合，是我们做的比较好的一些算法，如果没有里程计的话，大家能做到每公里跑7米左右，现在的精度相对是比较高的。我这里强调一件事情，我后面会展开一些内容，大家现在非常在乎的是定位，而现在定位很尴尬，大家在用雷达，用视觉，实际上并没有主要依靠IMU，也没有依靠GPS，因为GPS动不动就给大家来一个飞点，飞几十米高再落回来。
很重要的一件事，要实现对于我们定姿的一个考虑，这个在很多汽车动力总盘控制和动力总成控制里面是非常有用的，我先给大家一个我目前认知的结论，目前全中国没有量产的纯的IMU的六轴芯片，现在刚刚上市的是我们一个非常好的朋友，叫芯动联科，它的非常好的产品是单轴的陀螺仪，芯片稳定性最好的时候能够做到0.5度/小时，非常棒，北京大学还做不过他们，因为北京大学虽然表头设计的不错，但是ASIC还是差一些，所以加在一起的话，我认为还有一段路要走。实际上要完成一个车规级的，包括满足功能安全的要求，我猜2023或者2024年马上要发布L3的法规了，这个时候我们要完成的一件事情就是我究竟能不能实现公共安全的IMU芯片的设计，国内目前是看不到的，国际上做的最好的三家，分别是ADI、Murata，两个都过了26262ASL-B产品级认证，还有一个是博世，还有一些ST、TDK等等，它们也在逐渐的从消费电子慢慢向这边转型。国内目前我能看到三轴的加表，包括明皜这两天在申请报会，包括深迪，原来无锡有一个美新半导体，我们都在尝试着做六轴，但其实还是非常有难度的。
我们把这几个难度留在这儿，第一个大限定条件，我们要求把价格卷起来，现在一个组合导航的产品，我听到同行讲，可能已经是千元左右的状态，杀的血淋淋，还要有GPS板卡，还要有IMU的芯片，其实做起来还是非常讲究成本的。你要做六轴的芯片，里面有几个重要的难点，比如我的Z轴的加速度计，X、Y轴的陀螺仪，把这六个轴混在一起是不容易的一件事，陀螺仪大多数都是谐振的一个过程，所以你很难把ASIC做的非常漂亮。加在一起的话，我们要把它的成本，按照大数据去走，完全是另外一个套路。
当然我们还是做了一些不错的单轴的芯片，包括加表陀螺。我们做的也还可以，大概北大能做到全温10度/小时，10秒平滑的一个状态，上车是够的，但是价格绝对是不可以的，所以大家大批量的还是在用Murata、ADI的。这一块的工作我们任重道远，有很多事情要做，我们听说某遥遥领先的公司在做这件事，我们不知道它们能不能做的很好，但是我们期望有这么一个领军人物能做起来。
接下来我们做了一些很有意思的尝试性的工作，我们也打通了整个供应链，我们把我们的GPS、MCU，Flash和我们的IMU芯片做成裸die封装的形式，其实就想替代下一代的Pbox，大家看到这个成本已经觉得很高了，所以大家希望这个BOM成本能下到200-300，售价能下到500块以内，这里面还有一个好处，大家知道IMU在进行最后标校的时候，一定离不开温补，你就要进温箱，一个温箱里面塞的产品越多，意味着你补偿的成本就越低，这样带来的一个好处是我把一个PBOX做成芯片化，我的体积大幅缩小，可以很好地提高我的一致性和补偿效率。
这是我们目前通过北大跟我们公司的合作完成的一个量产的产品，今年年底刚刚点亮，我们预期6月份重新做一版满足功能安全的微系统，向各个车企送样，这个是我们的支撑，因为实际上我们在后面想惯性系统我们还有一个光纤陀螺仪的延展，也就是说惯性系统的算法最开始本来也是用于航空航天5G系统，光纤陀螺和MEMS陀螺最大的区别一个是能敏感到地球自转，MEMS是不能敏感到地球自转的。所以陀螺仪，尤其是光纤陀螺仪可以用来做我们的寻北仪，这是一个很好的应用方向。
我要说明一件事情，围绕着我们这些芯片，包括我用到Murata、芯动联科的芯片，我们要做一个连连看，这就是很有意思的一件事，我们不仅有组合导航的产品，我在最右下角，但是实际上我们有这样的上面的核心器件，我可以把它下面连成我的相应的一些产品，那就变成了我如果用一个三轴加速度计，实际上我可以做成一个简单的倾角，那是静态倾角，它经常用来测车厂的一些沉降，包括我们还把它用在大飞机C919装备的沉降线上。所以在一些工业化生产当中，一些基本的倾斜是惯性的基本的应用。
如果用电子罗盘，把我的方位角给出来的话，它是利用地球磁场来进行测量，那这两天就特别不好使，因为据说在北京已经看到极光了，所以磁力计是一个特别不靠谱的事，它一定要跟我们的惯性结合，才能做比较好的一个寻北的过程。
三轴加速度计和陀螺仪形成的惯性测量单元，这个应用就非常多了，我们现在定义了一种新的形式，很多车企说，对不起，北微传感，我不要Pbox，我不要组合导航的产品，我只要IMU，但是我车里面本身有网络，我车里面本身有GPS，我把我的信号给你，你在这边给我做一个边缘计算就好了，你通过CAN FD给我上来，或者总线给我上来，然后在我GPS失锁的时候，你只要把计算的内容给到我就可以了。我说这样很好，这样的话其实我就是做纯IMU，我不给你姿态，给你定位，而且我能帮你省成本，所以车厂听了很高兴，它说这种事特别好，这种减法就是我大概一个车可能用3-4个IMU，但是我可能把它IMU的数量减少到2-3个，我这个IMU进行复用，这是我现在跟很多主机厂，Tier1厂商在谈的一个很好的合作模式，大家在降本的压力情况下不是把这个价格打的很低，而是我尝试着用更好的一些复用的方法来做，后面我会展示一些，如果你想复用的话，会用那些关键技术。
AHRS增加了磁力计和组合导航，我就不讲了。所以其实大家看到我们要补偿的这个内容很多，我们也存储了很多算法，基本的标校一定是离不开的，你的IMU做的再好，六轴一旦出厂之后，就要进行标校，因为你要贴到PCB板上去，第二件事，我除了我本身的PCB板的标定，我还要把它放在车上的时候，使用之前进行标校，比如我去感B值，或者一些基础的标校，这些越快速、越灵活，甚至你都不用去4S店，一个用户拿到一个新车，开了两年之后，传感器漂移了，它转一圈就把它标校出来，这样的算法是最核心最有用的，所以我们其实做了很多这样的算法的储备，也是为我们后面批量生产和使用提供了一些基础的支撑。
这是一个基本的组合导航，我这里边只说一件事，我们北微传感在做导航的时候用了一个很有意思的双速卡尔曼滤波，我前两天刚刚去了某主机厂，他给我提了一个要求，为什么感觉机器人开车跟人开车的加速度的感觉总是不一样，人开车的话，会感觉加速度很顺滑，汽车自动驾驶就很不舒服，其实很简单，因为我发现车在过一些坡的时候，它这个角度的姿态跟我的加速度混合在一起了，所以它就很难控制的很精确，它的加速度非常有顿挫感，让你觉得很不舒服。所以我们的双速卡尔曼滤波有一个核心的思想，我能得到非常平滑的动态姿态，然后扣掉有害的加速度，这里面也包含重力加速度，这时候才能得到非常丝滑的一个纯的加速度的值，在域控的时候，我得到一个很好的丝滑的加速度值，我才能用到我很好的控制里面。这个相关的算法我们可以用到智能驾驶的地铁，和智能驾驶的列车当中。
这是我们的三个比较核心的算法，包括多传感器的时空误差标定，多节点动态倾斜算法以及组合导航可靠性增强算法的标定，我后面会展示一些结果。所以围绕我刚才提的这个连连看，我们有几个比较典型的产品，包含了紧耦合的组合导航，包含了倾角+北斗，动态和静态的姿态和定位的控制和边缘计算，还有我光纤陀螺的状态，所以北微传感涉及的业务主要是智能驾驶、结构监测和自动化，我们向上走了七轴微系统，我们下一步的野心是做MEMS芯片，这个我觉得离不开我们有识之士共同的状态，去年乘用车不完全统计2300万辆，未来如果每一辆车都需要一颗MCU芯片，可能还不止一颗，这个用量是非常巨大的，我们还有很多无人驾驶系统和国防的系统，都是需要的。
所以我们把这三个智能的方向，第一个放在了结构监测，这是惯性应用的一个很典型的应用案例，另外在很多智能驾驶里面，我们特别强调动态姿态的控制，我们动态姿态的滤波器设计大概有100多种，应用的场景很有意思，它把很多动态姿态混叠在一起。我经常讲我们公司是一个人工智能的公司，我们是用人工的双眼，智能的分析信号，所以我的东北老乡王濛，奥运冠军就说了，我的眼睛就是尺.我觉得在惯性领域，我的眼睛也是尺，只要惯性的信号过来，我就知道这个惯性信号是从哪里产出来的，所以我大概有十几位算法工程师，这个团队只要看到这个信号就知道这个信号的精度大概是什么样的，是什么东西采集下来的，这是很有意思的一个事。
再下来是我们的智能驾驶的一些组合导航，包括我们的一些边缘计算的使用方式，这样的一个场景，是我现在车辆的整个控制当中必不可少的，我们也真心希望这一天非常快速地到来，无论男司机和女司机，再也不怕边坡的倒车入库，包括各种各样高难度的动作，都可以交给车来实现。这是我们做的一些定义，我想惯性厂商、卫导厂商和高精度厂商，我们要共同完成的一个目标是组合导航的实现，目前还不是一个主要依赖的路径，但是我相信有一天，它会成为一个非常重要的补充。
这是我们测试的一些内容，这个是我们直接在无锡测的，在太湖隧道里面，我们进隧道，进高架，进各种测试，这种测试的方式方法，包括它的参数指标，在业界也都是基本上统一的一个水平。如果限定条件做的更好一点的话，还是有望进一步提高精度，这是一些基本的场景轨迹的路线，具体就不展开了。
我们这里还讲了一个跑车姿态信息的测试，其实测试里面除了一些场景以外，还有非常重要的测试的一些对比，因为我们公司有全系列的包括光纤陀螺仪的测试手段，所以我们可以非常完整地把我们姿态信息进行完整的记录和保存，我们看到其实还有一个很重要的测试叫重复性测试，每一次正行程、反行程，往复的重复的精度都能满足一定的要求，它的峰值都不会偏离太多，那就说明我们的算法是非常有效，而且这样的一个监测也是非常有用的。
这是某主机厂提到一些倒车入库的要求，我们根据要求进行了测试，它的要求很苛刻，它说我这个极其难停，要求停9次，我说我们为什么不设计一个很好的方法，一次性停成呢？他说不行，由于车道太窄，我侧边停车，倒车入库可能都需要很多次的状态，大家都知道，其实由于陀螺仪是时间累计误差会飘移的，所以对于时间限制，对于它累积的测试是非常难以控制的。在这一部分我们做了非常好的算法，能够把四轮的方法，这里面稍微延展一下，这里面还有我们的一个核心技术，我们给奔驰戴姆勒做了一个四轮定位的系统，这里面一个核心的算法加上四轮定位系统和我们组合导航的系统，才完成了这么一个工作，其实很有意思的一件事，我在地下车库的任何一个位置，只要用我的IMU去测量，大概9次3-4分钟可能都不会偏差到半米的精度。
这是我们为了验证这个手段我们就在一个非常开阔的地带，用RTK进行了对比，我们经过倒车入库和RTK的比对，我们得到了非常好的一个结果。这是一个姿态的测量，这是某Tier1厂商提出的测量的方法，包括上下桥和单边和一些大的横滚，大的俯仰，我们相关的产品用在了很多商用车领域，包括中国重汽、陕汽等一些汽车底盘的控制，一些Tier1厂商也用到了相关的算法，我们确实给到了非常好的一个动态角度的跟踪，保证了长时间不发散的能力。
这个是很有意思的一件事，大家在车越来越智能化，越来越集中化的程度，发现我们安装的位置已经越来越有限了，已经不能放在中轴线或者重心的位置，你可能要放在一个偏心的位置，这也是我们非常好的一个强项，IMU的标定，包含了它上车以后系统性的坐标对齐，这里面所有数学的解算，包括单节点和多节点的，我们都进行了完成的解算。
这是我们在一些工程化和自动化，包括三一也是我们合规的客户，徐工机械，包括长沙的一些厂商我们还是有很好的深入的合作，他们用组合导航加上惯性的形式，形成了这种产品自动化的量产，这个是我个人对于物联网的一些理解，除了我们静态的一些监测以外，也是有一些移动目标的实时的控制，才能形成泛在物联网的状态。
最后花一分钟向各位介绍一下公司，北微传感非常好记，北大微电子的缩写，2010年在无锡成立，经过十几年的摸索，我们走了一个非常艰苦的路，陪着很多客户一起走过了IMU在工业化市场里面使用的过程，智能驾驶是其中的一部分，我相信更多的定姿定位的状态可能也会得到更多的应用，我相信这个传感器除了视觉作为最重要的传感器以外，惯性应该是我认为第二大应用的领域。
我们今天很荣幸拿到了26262ASL-D的证书，所以很多传感器可以上车了，我们也起草了组合导航的国家标准，以上是我向各位的介绍，谢谢大家，谢谢秘书长。
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