Navádění řidičů k cíli je v současné době již běžnou záležitostí a navigační systémy GPS jsou v řadě případů montovány do palubních desek i přímo ve výrobě. GPS (anglicky Global Positioning System, česky globální polohový systém, hovorově džípíeska) je globální družicový polohový systém vlastněný USA a provozovaný Vesmírnými silami Spojených států amerických. Přístroje založené na této technologii při cestách nahrazují klasické papírové mapy, umožňují naplánovat trasy, vypočítat přibližnou dobu jízdy, přesnou vzdálenost nebo třeba upozorní na radary a možné uzavírky. Mají nejedny užitečné vlastnosti a funkce. Například asistent řazení do pruhů pomůže řidiči se s předstihem zařadit do správného jízdního směru. Fotorealistické náhledy díky grafickému znázornění křižovatky usnadní orientaci. Ukazatel povolené rychlosti na displeji navigace znázorňuje maximální povolenou rychlost v daném úseku. Při jejím překročení se ozve zvukový signál. Podpora zájmových bodů v navigaci upozorní na čerpací stanice, parkoviště, zajímavá místa atd. Parkovací asistent pomáhá vyhledat v cíli místo k parkování. Služby Live zasílají nejnovější dopravní informace přes RDS-TMC přijímač.
Ale mají i svá úskalí a neduhy Vlivem chyba nepřesností však může leckdy tento jinak užitečný vynález zahnat řidiče „do úzkých“, o čemž svědčí i jedna z řady novinových zpráv: „Slepé následování navigace se nevyplatilo mladému polskému řidiči kamionu. Se svým tahačem plně naloženým jedenácti tunami hliníku uvízl v neprůjezdné uličce na okraji Vsetína, kde by se zvládla vyhnout jen jízdní kola a kam mají nákladní auta zákaz vjezdu. Dál to nešlo, chtěl vycouvat a při tomto manévru se pod ním utrhla krajnice a sjel do příkopu. Kvůli špatnému přístupu trvalo hasičům několik hodin, než jej vyprostili.“ Proto výrobci navigací hledají řešení, která by tento problém snížila na minimum či zcela odstranila. Jednou z nadějných možností je polovodičová technologie MEMS.
Oč se jedná? Technologie MEMS umožňuje výrobu pokroči lých senzorů. MEMS je zkratka anglického názvu Micro Electro Mechanical Systems. Německé zdroje používají pro tyto komponenty název Micro Systeme (Technik). Japonské termín Micro Machines. Zjednodušeně řečeno, MEMS jsou součástky s mikrorozměry, v nichž jsou integrovány ovladače, čidla, mechanické komponenty nebo elektrické obvody.
Názorný příklad — mobilní telefony V případě navigací jsou „v pozadí“ miniaturní (polovodičové) zmenšeniny dvou vynálezů, které už delší dobu slouží v technických zařízeních: gyroskopu a akcelerometru. Gyroskop poprvé prakticky využil Ignác Kotrnetz ve vládou utajeném projektu v Německu za první světové války. Využil ho v prvním ponorkovém torpédu, kde sloužil k udržení torpéda v přímočarém pohybu. Dnes se používají nejen ve vojenské technice, ale rovněž v lodní dopravě, astronautice, letectví, domácích spotřebičích, ke stabilizaci (uklidnění) pohybující se kamery, dalekohledu, periskopu. Gyrostatického principu také využívá tradiční hračka káča. Akcelerometr je součástka nebo přístroj měřící zrychlení, a to jak posuvné, tak rotační. Používá se třeba v airbagu, což jak známo je zařízení pasivní bezpečnosti užívané zejména v automobilech. Pokud dojde k havárii, senzory nárazu (akcelerometry) ho zaznamenají a řídicí elektronika aktivuje vyvíječ plynu. Během velmi krátké doby (cca 40 ms) se do té doby složený vzduchový vak nafoukne a vytvoří tak před pasažérem ochranný prostor, který zbrzdí pasažérův náraz. Oba tyto vynálezy se tedy zmenšily v podobě senzorů do tak malých rozměrů, že se téměř ztrácejí na rozevřené dlani. To otevřelo dveře novým možnostem: gyroskop i akcelerometr se tak dostaly i do mobilních přístrojů. Běžný uživatel netuší, že tyto senzory polohy a zrychlení jsou třeba nedílnou součástí moderních mobilních telefonů. Gyroskop v nich měří naklonění a natočení telefonu. Při otočení smartphonu se tak například otočí i obraz na displeji. Akcelerometr však na rozdíl od gyroskopu měří zrychlení, zatímco gyroskop úhlovou rychlost. Proto je vhodné využít jejich kombinaci, aby bylo možné určit skutečný pohyb zařízení v prostoru. Gyroskop rovněž usnadňuje sledování videí, čtení e-knih nebo hraní mobilních her, které se ovládají pohybem telefonu.
Uplatnění také v navigacích S vývojem polovodičové technologie oba tyto snímače nabývají na důležitosti i v jiných oblastech a se zavedením senzorů MEMS se stávají čím dál „chytřejšími“. Schopnost integrovat snímače s elektronikou byla v dobách, kdy se tato technologie začínala zavádět, její nejvýznamnější silnou stránkou. Dnes mohou výrobci tento potenciál plně využít. V kombinaci se snímači GPS zvládají snímače MEMS asistovat i při ovládání navigace. Gyroskopický senzor měří úhlovou rychlost a společně s akcelerometrem umožňuje přesné určení pohybu zařízení v prostoru. Senzor MEMS SMI230, podle tiskové zprávy společnosti Bosch, trvale registruje změny směru a rychlosti vozidla, vyhodnocuje informace a předává je do navigačního systému. Tam se kombinují s polohovými údaji globálního navigačního satelitního systému GNSS (Global Navigation Satellite System) a použijí se k navigaci. Co tedy čip obsahuje: Jeden digitální 16bitový tříosý gyroskop (Ω) a jeden digitální 16bitový tříosý snímač zrychlení (a). Akcelerometr a gyroskop lze ovládat samostatně, ale lze je také propojit a využít vzájemnou synchronizaci dat. Kombinace dvou senzorů dosahuje vysoké přesnosti a dokáže nezvykle rychle detekovat změny v pohybu vozidla. MEMS detekuje zrychlení a úhlovou rychlost ve třech kolmých osách. Tím dosahuje přesnost a rychlost snímání náklonu, pohybu, vibrací nebo otřesů. Modul SMI230 poskytuje navigačnímu systému potřebná data o pohybu, aby mohl i při slabém signálu GPS, který již není k dispozici, nepřetržitě určovat aktuální polohu jedoucího vozidla. Spolu s akcelerometrem odhadne, kterým směrem a jak rychle se pohybuje, takže aplikace může navigovat určitou dobu i bez signálu. Praktický vedlejší účinek: navigace funguje ještě spolehlivěji. Problém špatného př íjmu GPS nastává zejména v horských oblastech, ve velkých městech nebo v tunelech. Zde navigace často ztratí svou orientaci. Poté vstupuje do hry senzor MEMS, který měří rychlost otáčení i zrychlení jedoucího objektu a navigace již neselhává. Navigační systém vydává příkazy pro určení směru ve správný čas a za tímto účelem neustále porovnává změny směru a rychlosti vozidla zjištěné senzorem se signálem poslední polohy a synchronizuje tedy aktuální pozici na navigační mapě. Poloha vozidla je spolehlivě zobrazena i po delší době. „Když tudíž navigační systém neví jak dál, pomocí polovodičových senzorů zajistí, že nedojde ke ztrátě orientace,“ říká Jens Fabrowsky, člen představenstva divize Bosch Automotive Electronics. „Díky vždy spolehlivým datům o pohybu vozidla se tak výpadek navigace stává minulostí. Rovněž kombinací informací o GPS poloze a informací od senzorů již navigační šipka nedělá žádné nerealistické skoky nebo náhlé orientační změny. Výroba senzoru SMI230 byla zahájena nedávno a první zákazníci ho již dostávají ze sériové výroby,“ dodává.
Další možnosti Senzor MEMS SMI230 zlepšuje nejen navigaci vozidel, ale také správu vozového parku a mýtné systémy. Navíc se používá v zabezpečovacích systémech, protože rozpoznává vibrace a nárazy na auto. V případě nehody – měřitelné pomocí extrémně negativních hodnot zrychlení (náraz) nebo enormních pohybů otáčení (převrácení) – může být pomocí dat senzorů dokonce schopen zavolat automaticky pomoc nouzovým voláním eCall. /Milan Bauman/
