加速度計(jì)和陀螺儀傳感器
提升車(chē)輛的安全性
加速度計(jì)可用于偵測(cè)物體的加速度，陀螺儀則可以偵測(cè)物體的角速度，廣泛應(yīng)用在像是智能手機(jī)等各種設(shè)備之中。在汽車(chē)應(yīng)用中，慣性傳感器的應(yīng)用更加廣泛，可以大大提升車(chē)輛行駛的穩(wěn)定性與安全性。本文將為您介紹慣性傳感器在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，以及由Murata所推出的微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 陀螺儀傳感器的產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)。
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慣性傳感器在汽車(chē)領(lǐng)域的新應(yīng)用發(fā)展快速
慣性傳感器在汽車(chē)領(lǐng)域的新應(yīng)用仍不斷涌現(xiàn)，用于提高道路安全性，像是ADAS和慣性導(dǎo)航、坡道起步輔助（HSA）、動(dòng)態(tài)大燈調(diào)平、怠速啟停、發(fā)動(dòng)機(jī)抗振、電子駐車(chē)制動(dòng)器（EPB）、翻車(chē)檢測(cè)（ROV）、電子穩(wěn)定性控制（ESC）等，其中的電子穩(wěn)定性控制（ESC），有時(shí)也被稱(chēng)為電子穩(wěn)定程序（ESP）和車(chē)輛穩(wěn)定性控制（VSC），都是控制車(chē)輛駕駛動(dòng)態(tài)的同一系統(tǒng)的首字母縮寫(xiě)詞，各家車(chē)廠對(duì)同一系統(tǒng)會(huì)使用不同的首字母縮寫(xiě)詞進(jìn)行營(yíng)銷(xiāo)，其實(shí)其基本功能相似。
車(chē)輛的防死鎖煞車(chē)系統(tǒng)（ABS）和牽引力控制在彎道行駛情況下仍是不夠的，ESC可糾正轉(zhuǎn)向不足和過(guò)度轉(zhuǎn)向，并有助于將汽車(chē)保持在道路上。ESC可將由角速率傳感器測(cè)量的偏航率和橫向加速度，以及由低G加速度計(jì)測(cè)量的橫向加速度，與根據(jù)車(chē)輪速度信息和方向盤(pán)角度計(jì)算的值進(jìn)行比較，以得知車(chē)輛的行駛動(dòng)態(tài)，在危險(xiǎn)發(fā)生之前，實(shí)時(shí)進(jìn)行介入與修正，使車(chē)輛能夠穩(wěn)定與安全地行駛。
慣性傳感器能夠作為傳感器組組裝到車(chē)輛中，也能像大多數(shù)當(dāng)前的車(chē)輛設(shè)計(jì)一樣，集成到制動(dòng)單元或安全氣囊ECU中。新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)增加了電子駐車(chē)制動(dòng)器（EPB）、怠速停止啟動(dòng)（ISS）的測(cè)量功能，甚至是用于自動(dòng)駐車(chē)轉(zhuǎn)向控制和車(chē)道保持輔助系統(tǒng)的冗余偏航傳感器。ESC系統(tǒng)已經(jīng)從智能ABS系統(tǒng)發(fā)展到車(chē)輛中央主動(dòng)安全系統(tǒng)，它控制車(chē)輛的穩(wěn)定性并提供信息多重系統(tǒng)。未來(lái)，ESC傳感器將在各種自動(dòng)駕駛（AD）和ADAS應(yīng)用中發(fā)揮作用，以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛定位和其他功能。
基于成熟的3D MEMS技術(shù)的慣性傳感器
陀螺儀是一種用于測(cè)量或保持方向和角速度的設(shè)備，它是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的輪子或圓盤(pán)，其中的旋轉(zhuǎn)軸可以自由地呈現(xiàn)任何方向。根據(jù)角動(dòng)量守恒，旋轉(zhuǎn)時(shí)，該軸的方向不受支架傾斜或旋轉(zhuǎn)的影響?；谄渌?a target="_blank">工作原理的陀螺儀也存在，例如電子器件中的微芯片封裝MEMS陀螺儀、固態(tài)環(huán)形激光器、光纖陀螺儀和非常靈敏的量子陀螺儀。
陀螺儀傳感器對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境條件的準(zhǔn)確度越高，控制系統(tǒng)就越好。Murata的陀螺儀加速度傳感器能夠在任何裝配位置和測(cè)量方向上，提供可靠和準(zhǔn)確的測(cè)量，Murata還在開(kāi)發(fā)下一代組合傳感器，該傳感器可為各種應(yīng)用實(shí)現(xiàn)高性能、高成本效益的功能集成。
Murata的陀螺儀傳感器是基于Murata成熟的3D MEMS技術(shù)，以及高度集成的電子器件開(kāi)發(fā)來(lái)制造出陀螺儀組件。工業(yè)陀螺儀提供的性能水平通常只適用于昂貴的模塊產(chǎn)品，將傳感組件和測(cè)量電路組裝在一個(gè)預(yù)成型塑料雙扁平引線（DIL）封裝中，Murata陀螺儀傳感器均符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，適用于無(wú)鉛回流焊。
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用于汽車(chē)安全關(guān)鍵應(yīng)用的慣性組合傳感器
由Murata推出的SCA3100-D04是一款基于VTI電容式3D-MEMS技術(shù)的高性能三軸加速度計(jì)組件。該組件集成了高精度MEMS加速度傳感和靈活的SPI數(shù)字接口。采用雙扁平引線（DFL）外殼，可確保在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)可靠運(yùn)行。SCA3100-D04是專(zhuān)為滿足汽車(chē)應(yīng)用的高穩(wěn)定性、可靠性和質(zhì)量要求而設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試。
SCA3100-D04加速度計(jì)在廣泛的溫度、濕度和振動(dòng)范圍內(nèi)具有非常穩(wěn)定的輸出。該組件符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，并具有多種先進(jìn)自診斷功能。DFL外殼適用于SMD安裝，并且該組件符合RoHS和ELV指令。SCA3100-D04是VTI數(shù)字加速度計(jì)系列的一部分，與單軸加速度計(jì)（SCA800系列）和其他多軸加速度計(jì)（SCA2100系列和SCA3100系列）完全兼容。
SCA3100-D04這款帶數(shù)字SPI接口的3軸高性能加速度計(jì)，采用3.3V電源電壓，具有±2g的測(cè)量范圍，可進(jìn)行XYZ方向的3軸測(cè)量，溫度范圍內(nèi)的偏移穩(wěn)定性為±30mg，振幅響應(yīng)為45Hz，質(zhì)量只有0.31g，具有SPI數(shù)字接口，擁有廣泛的自我診斷功能，尺寸只有7.6 x 3.3 x 8.6 mm（寬 x 高 x 長(zhǎng)），符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，除此之外，VTI數(shù)字加速度計(jì)產(chǎn)品系列兼容的封裝、引腳分配和SPI協(xié)議，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的DFL塑料封裝，包裝采用330mm壓紋帶，標(biāo)準(zhǔn)包裝數(shù)量為100個(gè)，適用于無(wú)鉛焊接工藝和SMD安裝，是成熟的電容式3D-MEMS技術(shù)。
SCA3100-D04是針對(duì)穩(wěn)定性要求高的應(yīng)用所開(kāi)發(fā)，典型應(yīng)用包括坡道起步輔助（HSA）、電子駐車(chē)制動(dòng)器（EPB）、翻車(chē)檢測(cè)、懸架控制、測(cè)斜儀、運(yùn)動(dòng)和位置測(cè)量等。
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一體型四軸／五軸陀螺儀加速度傳感器
由Murata推出的一體型SCC3000陀螺儀加速度傳感器，是一款配有數(shù)字SPI接口的一體型X或Z雙軸陀螺儀3軸加速度傳感器，符合達(dá)到ASIL-D系統(tǒng)的ISO26262標(biāo)準(zhǔn)，是具有針腳和軟件兼容性的組件家族，包括4 DoF:X或Z陀螺儀結(jié)合XYZ加速度傳感器，以及5 DoF:XZ陀螺儀結(jié)合XYZ加速度傳感器，角速率測(cè)量范圍為±300°/s，可在惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳感。
SCC3000的3軸加速測(cè)量（XYZ）范圍為±6g，另外還可進(jìn)行±15g的測(cè)定，工作溫度范圍為-40℃～+110℃（如需達(dá)到+125℃，請(qǐng)另行咨詢Murata），可供用戶選擇的濾波器設(shè)置有13、20、46、200、300Hz，支持的電源電壓為3.0V～3.6V，可應(yīng)用于多領(lǐng)域的自我檢測(cè)功能，符合AEC-Q100規(guī)范。
SCC3000組件是可通過(guò)較實(shí)惠的價(jià)格實(shí)現(xiàn)ESC的產(chǎn)品家族，包括標(biāo)準(zhǔn)級(jí)和帶有附加功能的高規(guī)格ESC。針腳兼容性和組件家族具有通用SPI接口，可減少系統(tǒng)供應(yīng)商階段的工程設(shè)計(jì)，同時(shí)加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
SCC3000可應(yīng)用于在嚴(yán)苛環(huán)境條件下追求高安全、高穩(wěn)定性的應(yīng)用領(lǐng)域，像是應(yīng)用于電子穩(wěn)定控制（ESC）、前照燈校準(zhǔn)、防翻滾穩(wěn)定性控制、動(dòng)態(tài)底盤(pán)控制、車(chē)道保持輔助（LKA）、動(dòng)作與導(dǎo)航測(cè)量等。
SCC3000產(chǎn)品系列包括有SCC3134-D10、SCC3134-D16、SCC3234-D10與SCC3334-D10，其中的SCC3334-D10是五軸陀螺儀加速度傳感器，可支持陀螺儀2軸（XZ）、加速測(cè)量3軸（XYZ），測(cè)量范圍為300dps、6g、15g，幅度響應(yīng)為13、20、46、200、300Hz，總偏移為±3°/s、±70mg，靈敏度為80LSB/(°/s)、3924LSB/g，15g時(shí)為1962LSB/g。
結(jié)語(yǔ)
隨著科技的快速發(fā)展，汽車(chē)上配備了越來(lái)越多樣的主動(dòng)與被動(dòng)安全系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通常都得偵測(cè)汽車(chē)的實(shí)時(shí)加速度與角速度，以便做出相應(yīng)的動(dòng)作與反應(yīng)，這都需要采用陀螺儀才能實(shí)現(xiàn)這些功能。Murata推出的MEMS陀螺儀加速度傳感器擁有高質(zhì)量、高穩(wěn)定性與高精度，將是汽車(chē)相關(guān)應(yīng)用的理想選擇?！ ?/p>