加速度计可用于侦测物体的加速度，陀螺仪则可以侦测物体的角速度，广泛应用在像是智能手机等各种设备之中。在汽车应用中，惯性传感器的应用更加广泛，可以大大提升车辆行驶的稳定性与安全性。本文将为您介绍惯性传感器在汽车领域的应用与发展，以及由Murata所推出的微机电系统（MEMS）陀螺仪传感器的产品特性与优势。

惯性传感器在汽车领域的新应用发展快速

惯性传感器在汽车领域的新应用仍不断涌现，用于提高道路安全性，像是ADAS和惯性导航、坡道起步辅助（HSA）、动态大灯调平、怠速启停、发动机抗振、电子驻车制动器（EPB）、翻车检测（ROV）、电子稳定性控制（ESC）等，其中的电子稳定性控制（ESC），有时也被称为电子稳定程序（ESP）和车辆稳定性控制（VSC），都是控制车辆驾驶动态的同一系统的首字母缩写词，各家车厂对同一系统会使用不同的首字母缩写词进行营销，其实其基本功能相似。


车辆的防死锁煞车系统（ABS）和牵引力控制在弯道行驶情况下仍是不够的，ESC可纠正转向不足和过度转向，并有助于将汽车保持在道路上。ESC可将由角速率传感器测量的偏航率和横向加速度，以及由低G加速度计测量的横向加速度，与根据车轮速度信息和方向盘角度计算的值进行比较，以得知车辆的行驶动态，在危险发生之前，实时进行介入与修正，使车辆能够稳定与安全地行驶。


惯性传感器能够作为传感器组组装到车辆中，也能像大多数当前的车辆设计一样，集成到制动单元或安全气囊ECU中。新的系统设计增加了电子驻车制动器（EPB）、怠速停止启动（ISS）的测量功能，甚至是用于自动驻车转向控制和车道保持辅助系统的冗余偏航传感器。ESC系统已经从智能ABS系统发展到车辆中央主动安全系统，它控制车辆的稳定性并提供信息多重系统。未来，ESC传感器将在各种自动驾驶（AD）和ADAS应用中发挥作用，以实现车辆定位和其他功能。


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基于成熟的3D MEMS技术的惯性传感器

陀螺仪是一种用于测量或保持方向和角速度的设备，它是一个旋转的轮子或圆盘，其中的旋转轴可以自由地呈现任何方向。根据角动量守恒，旋转时，该轴的方向不受支架倾斜或旋转的影响。基于其他工作原理的陀螺仪也存在，例如电子器件中的微芯片封装MEMS陀螺仪、固态环形激光器、光纤陀螺仪和非常灵敏的量子陀螺仪。


陀螺仪传感器对车内环境条件的准确度越高，控制系统就越好。Murata的陀螺仪加速度传感器能够在任何装配位置和测量方向上，提供可靠和准确的测量，Murata还在开发下一代组合传感器，该传感器可为各种应用实现高性能、高成本效益的功能集成。


Murata的陀螺仪传感器是基于Murata成熟的3D MEMS技术，以及高度集成的电子器件开发来制造出陀螺仪组件。工业陀螺仪提供的性能水平通常只适用于昂贵的模块产品，将传感组件和测量电路组装在一个预成型塑料双扁平引线（DIL）封装中，Murata陀螺仪传感器均符合RoHS标准，适用于无铅回流焊。


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用于汽车安全关键应用的惯性组合传感器

由Murata推出的SCA3100-D04是一款基于VTI电容式3D-MEMS技术的高性能三轴加速度计组件。该组件集成了高精度MEMS加速度传感和灵活的SPI数字接口。采用双扁平引线（DFL）外壳，可确保在整个产品生命周期内可靠运行。SCA3100-D04是专为满足汽车应用的高稳定性、可靠性和质量要求而设计、制造和测试。


SCA3100-D04加速度计在广泛的温度、湿度和振动范围内具有非常稳定的输出。该组件符合AEC-Q100标准，并具有多种先进自诊断功能。DFL外壳适用于SMD安装，并且该组件符合RoHS和ELV指令。SCA3100-D04是VTI数字加速度计系列的一部分，与单轴加速度计（SCA800系列）和其他多轴加速度计（SCA2100系列和SCA3100系列）完全兼容。


SCA3100-D04这款带数字SPI接口的3轴高性能加速度计，采用3.3V电源电压，具有±2g的测量范围，可进行XYZ方向的3轴测量，温度范围内的偏移稳定性为±30mg，振幅响应为45Hz，质量只有0.31g，具有SPI数字接口，拥有广泛的自我诊断功能，尺寸只有7.6 x 3.3 x 8.6 mm（宽 x 高 x 长），符合AEC-Q100标准，除此之外，VTI数字加速度计产品系列兼容的封装、引脚分配和SPI协议，符合RoHS标准的DFL塑料封装，包装采用330mm压纹带，标准包装数量为100个，适用于无铅焊接工艺和SMD安装，是成熟的电容式3D-MEMS技术。


SCA3100-D04是针对稳定性要求高的应用所开发，典型应用包括坡道起步辅助（HSA）、电子驻车制动器（EPB）、翻车检测、悬架控制、测斜仪、运动和位置测量等。


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一体型四轴／五轴陀螺仪加速度传感器

由Murata推出的一体型SCC3000陀螺仪加速度传感器，是一款配有数字SPI接口的一体型X或Z双轴陀螺仪3轴加速度传感器，符合达到ASIL-D系统的ISO26262标准，是具有针脚和软件兼容性的组件家族，包括4 DoF:X或Z陀螺仪结合XYZ加速度传感器，以及5 DoF:XZ陀螺仪结合XYZ加速度传感器，角速率测量范围为±300°/s，可在恶劣环境下实现稳定传感。


SCC3000的3轴加速测量（XYZ）范围为±6g，另外还可进行±15g的测定，工作温度范围为-40℃～+110℃（如需达到+125℃，请另行咨询Murata），可供用户选择的滤波器设置有13、20、46、200、300Hz，支持的电源电压为3.0V～3.6V，可应用于多领域的自我检测功能，符合AEC-Q100规范。


SCC3000组件是可通过较实惠的价格实现ESC的产品家族，包括标准级和带有附加功能的高规格ESC。针脚兼容性和组件家族具有通用SPI接口，可减少系统供应商阶段的工程设计，同时加强系统稳定性。


SCC3000可应用于在严苛环境条件下追求高安全、高稳定性的应用领域，像是应用于电子稳定控制（ESC）、前照灯校准、防翻滚稳定性控制、动态底盘控制、车道保持辅助（LKA）、动作与导航测量等。


SCC3000产品系列包括有SCC3134-D10、SCC3134-D16、SCC3234-D10与SCC3334-D10，其中的SCC3334-D10是五轴陀螺仪加速度传感器，可支持陀螺仪2轴（XZ）、加速测量3轴（XYZ），测量范围为300dps、6g、15g，幅度响应为13、20、46、200、300Hz，总偏移为±3°/s、±70mg，灵敏度为80LSB/(°/s)、3924LSB/g，15g时为1962LSB/g。

结语

随着科技的快速发展，汽车上配备了越来越多样的主动与被动安全系统，这些系统通常都得侦测汽车的实时加速度与角速度，以便做出相应的动作与反应，这都需要采用陀螺仪才能实现这些功能。Murata推出的MEMS陀螺仪加速度传感器拥有高质量、高稳定性与高精度，将是汽车相关应用的理想选择。