加速度計和陀螺儀傳感器
提升車輛的安全性
加速度計可用于偵測物體的加速度，陀螺儀則可以偵測物體的角速度，廣泛應用在像是智能手機等各種設(shè)備之中。在汽車應用中，慣性傳感器的應用更加廣泛，可以大大提升車輛行駛的穩(wěn)定性與安全性。本文將為您介紹慣性傳感器在汽車領(lǐng)域的應用與發(fā)展，以及由Murata所推出的微機電系統(tǒng) (MEMS) 陀螺儀傳感器的產(chǎn)品特性與優(yōu)勢。
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慣性傳感器在汽車領(lǐng)域的新應用發(fā)展快速
慣性傳感器在汽車領(lǐng)域的新應用仍不斷涌現(xiàn)，用于提高道路安全性，像是ADAS和慣性導航、坡道起步輔助（HSA）、動態(tài)大燈調(diào)平、怠速啟停、發(fā)動機抗振、電子駐車制動器（EPB）、翻車檢測（ROV）、電子穩(wěn)定性控制（ESC）等，其中的電子穩(wěn)定性控制（ESC），有時也被稱為電子穩(wěn)定程序（ESP）和車輛穩(wěn)定性控制（VSC），都是控制車輛駕駛動態(tài)的同一系統(tǒng)的首字母縮寫詞，各家車廠對同一系統(tǒng)會使用不同的首字母縮寫詞進行營銷，其實其基本功能相似。
車輛的防死鎖煞車系統(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)向不足和過度轉(zhuǎn)向，并有助于將汽車保持在道路上。ESC可將由角速率傳感器測量的偏航率和橫向加速度，以及由低G加速度計測量的橫向加速度，與根據(jù)車輪速度信息和方向盤角度計算的值進行比較，以得知車輛的行駛動態(tài)，在危險發(fā)生之前，實時進行介入與修正，使車輛能夠穩(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輛中，也能像大多數(shù)當前的車輛設(shè)計一樣，集成到制動單元或安全氣囊ECU中。新的系統(tǒng)設(shè)計增加了電子駐車制動器（EPB）、怠速停止啟動（ISS）的測量功能，甚至是用于自動駐車轉(zhuǎn)向控制和車道保持輔助系統(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)展到車輛中央主動安全系統(tǒng)，它控制車輛的穩(wěn)定性并提供信息多重系統(tǒng)。未來，ESC傳感器將在各種自動駕駛（AD）和ADAS應用中發(fā)揮作用，以實現(xiàn)車輛定位和其他功能。
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量或保持方向和角速度的設(shè)備，它是一個旋轉(zhuǎn)的輪子或圓盤，其中的旋轉(zhuǎn)軸可以自由地呈現(xiàn)任何方向。根據(jù)角動量守恒，旋轉(zhuǎn)時，該軸的方向不受支架傾斜或旋轉(zhuǎn)的影響。基于其他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。
陀螺儀傳感器對車內(nèi)環(huán)境條件的準確度越高，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量方向上，提供可靠和準確的測量，Murata還在開發(fā)下一代組合傳感器，該傳感器可為各種應用實現(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發(fā)來制造出陀螺儀組件。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，將傳感組件和測量電路組裝在一個預成型塑料雙扁平引線（DIL）封裝中，Murata陀螺儀傳感器均符合RoHS標準，適用于無鉛回流焊。
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用于汽車安全關(guān)鍵應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，可確保在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)可靠運行。SCA3100-D04是專為滿足汽車應用的高穩(wěn)定性、可靠性和質(zhì)量要求而設(shè)計、制造和測試。
SCA3100-D04加速度計在廣泛的溫度、濕度和振動范圍內(nèi)具有非常穩(wěn)定的輸出。該組件符合AEC-Q100標準，并具有多種先進自診斷功能。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)字加速度計系列的一部分，與單軸加速度計（SCA800系列）和其他多軸加速度計（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，采用3.3V電源電壓，具有±2g的測量范圍，可進行XYZ方向的3軸測量，溫度范圍內(nèi)的偏移穩(wěn)定性為±30mg，振幅響應為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），符合AEC-Q100標準，除此之外，VTI數(shù)字加速度計產(chǎn)品系列兼容的封裝、引腳分配和SPI協(xié)議，符合RoHS標準的DFL塑料封裝，包裝采用330mm壓紋帶，標準包裝數(shù)量為100個，適用于無鉛焊接工藝和SMD安裝，是成熟的電容式3D-MEMS技術(shù)。
SCA3100-D04是針對穩(wěn)定性要求高的應用所開發(fā)，典型應用包括坡道起步輔助（HSA）、電子駐車制動器（EPB）、翻車檢測、懸架控制、測斜儀、運動和位置測量等。
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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，符合達到ASIL-D系統(tǒng)的ISO26262標準，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，角速率測量范圍為±300°/s，可在惡劣環(huán)境下實現(xiàn)穩(wěn)定傳感。
SCC3000的3軸加速測量（XYZ）范圍為±6g，另外還可進行±15g的測定，工作溫度范圍為-40℃～+110℃（如需達到+125℃，請另行咨詢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，可應用于多領(lǐng)域的自我檢測功能，符合AEC-Q100規(guī)范。
SCC3000組件是可通過較實惠的價格實現(xiàn)ESC的產(chǎn)品家族，包括標準級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)供應商階段的工程設(shè)計，同時加強系統(tǒng)穩(wěn)定性。
SCC3000可應用于在嚴苛環(huán)境條件下追求高安全、高穩(wěn)定性的應用領(lǐng)域，像是應用于電子穩(wěn)定控制（ESC）、前照燈校準、防翻滾穩(wěn)定性控制、動態(tài)底盤控制、車道保持輔助（LKA）、動作與導航測量等。
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）、加速測量3軸（XYZ），測量范圍為300dps、6g、15g，幅度響應為13、20、46、200、300Hz，總偏移為±3°/s、±70mg，靈敏度為80LSB/(°/s)、3924LSB/g，15g時為1962LSB/g。
結(jié)語
隨著科技的快速發(fā)展，汽車上配備了越來越多樣的主動與被動安全系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通常都得偵測汽車的實時加速度與角速度，以便做出相應的動作與反應，這都需要采用陀螺儀才能實現(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，將是汽車相關(guān)應用的理想選擇。