本文中，我們將研究汽車(chē)MEMS慣性傳感器的應(yīng)用，描述它們的工作原理，并討論如何利用MEMS慣性傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的應(yīng)用改進(jìn)。

　　當(dāng)前，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器已被大多數(shù)汽車(chē)工程師視為尖端技術(shù)或邊緣技術(shù)，以尋求提高性能、降低成本并增強(qiáng)家用轎車(chē)的可靠性。實(shí)際上，在過(guò)去的十年中，汽車(chē)中已經(jīng)使用了數(shù)億個(gè)MEMS傳感器。

但是，MEMS傳感器中的許多傳感器（例如MEMS壓力傳感器）只是用更便宜、更可靠的設(shè)備替代了舊技術(shù)，相比之下，MEMS慣性傳感器實(shí)現(xiàn)了許多理想的功能，這些功能在當(dāng)今的汽車(chē)中越來(lái)越普遍。據(jù)了解，慣性傳感器包括加速度計(jì)(或加速度傳感計(jì))和角速度傳感器(陀螺)以及它們的單、雙、三軸組合IMU(慣性測(cè)量單元)、AHRS(包括磁傳感器的姿態(tài)參考系統(tǒng))。

　　在本文中，我們將研究汽車(chē)MEMS慣性傳感器的應(yīng)用，描述它們的工作原理，并討論如何利用MEMS傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的應(yīng)用改進(jìn)。許多應(yīng)用程序你可能很熟悉，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)在汽車(chē)中無(wú)處不在；一些應(yīng)用程序（通常是最有趣的）雖然只出現(xiàn)在高端機(jī)型中，但未來(lái)注定會(huì)成為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。

　　一、安全氣囊控制的碰撞感測(cè)

　　用于安全氣囊控制的碰撞感測(cè)是慣性MEMS傳感器在汽車(chē)上最大的應(yīng)用。在這種應(yīng)用中，加速度計(jì)連續(xù)測(cè)量汽車(chē)的加速度，當(dāng)該參數(shù)超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，微控制器計(jì)算加速度的積分（即曲線下的面積），以確定速度是否發(fā)生了較大的凈變化。如果有的話，安全氣囊就會(huì)被引爆，發(fā)射前安全氣囊的決定必須在幾十毫秒內(nèi)做出，由于車(chē)門(mén)比方向盤(pán)或儀表板更靠近乘員，因此必須更快地決定是否啟用側(cè)氣囊。

　　大約15或20年前，當(dāng)安全氣囊首次出現(xiàn)在汽車(chē)中時(shí)，安全氣囊控制模塊的制造商就依賴于分布在整個(gè)汽車(chē)中的g個(gè)開(kāi)關(guān)（慣性開(kāi)關(guān)，它由裝在圓柱形外殼中的觸點(diǎn)、球和彈簧組成）。這些開(kāi)關(guān)沒(méi)有提供有關(guān)所感測(cè)到的加速度性質(zhì)的大量信息，它們只是提供開(kāi)/關(guān)信號(hào)，告訴你加速度高于或低于閾值。因此，一個(gè)簡(jiǎn)單的中控臺(tái)安全氣囊控制模塊需要幾個(gè)開(kāi)關(guān)（通常是3到7個(gè)）來(lái)確定加速度是路面不平還是撞車(chē)的結(jié)果。而且更糟糕的是，由于其觸點(diǎn)g開(kāi)關(guān)的可靠性、所需的長(zhǎng)壽命以及高昂成本，因此將它們連接到整個(gè)汽車(chē)的多個(gè)位置增加了成本，降低了可靠性。

　　而將MEMS加速度計(jì)引入安全氣囊控制模塊實(shí)際上消除了將g開(kāi)關(guān)用作安全氣囊模塊中的主要加速度傳感器的麻煩，由于MEMS加速度計(jì)讀取連續(xù)（模擬）測(cè)量值，因此可以在中央控制臺(tái)中用一個(gè)MEMS設(shè)備替換g開(kāi)關(guān)。隨之而來(lái)的可靠性提高和安全氣囊系統(tǒng)價(jià)格的下降有助于使其在汽車(chē)中普及。更重要的是，MEMS加速度計(jì)可以執(zhí)行可靠的自檢，從而使安全氣囊模塊處理器可以確定傳感器的數(shù)據(jù)是否可靠或者是否必須對(duì)安全氣囊模塊進(jìn)行維修。

　　MEMS加速度計(jì)通?？刂苽?cè)面安全氣囊。由于必須迅速做出火災(zāi)決定，因此沒(méi)有時(shí)間等待傳感器信號(hào)通過(guò)汽車(chē)底盤(pán)的傳播，因此必須將衛(wèi)星放置在它所控制的安全氣囊附近。此外，由于沖擊和加速度計(jì)之間實(shí)際上沒(méi)有擠壓區(qū)，因此測(cè)量范圍必須在中控臺(tái)加速度計(jì)上方。結(jié)果，許多配備有側(cè)面安全氣囊的車(chē)輛可能會(huì)為此增加兩到四個(gè)MEMS加速度計(jì)。

　　某些車(chē)型上還增加了位于前保險(xiǎn)杠后面的前視碰撞傳感器，以幫助確定正面碰撞的嚴(yán)重性。將前視傳感器的加速度信號(hào)與中控臺(tái)加速度計(jì)的加速度信號(hào)進(jìn)行比較，從而使安全氣囊模塊控制器可以調(diào)節(jié)安全氣囊的充氣速度，使其與汽車(chē)的減速速度匹配。在此，高g范圍和緊湊尺寸也是該應(yīng)用中的重要因素。

二、車(chē)輛動(dòng)態(tài)控制（VDC）

　　車(chē)輛動(dòng)態(tài)控制（VDC）系統(tǒng)可幫助駕駛員在汽車(chē)開(kāi)始打滑時(shí)重新獲得對(duì)汽車(chē)的控制，如果VDC正常工作，駕駛員甚至可能不知道系統(tǒng)干預(yù)了。

　　VDC系統(tǒng)由一個(gè)陀螺儀、一個(gè)低重力加速度計(jì)和每個(gè)車(chē)輪處的車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器組成（ABS也可以使用車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器）。測(cè)量車(chē)輪轉(zhuǎn)速，并將汽車(chē)的預(yù)測(cè)偏航（或轉(zhuǎn)向）速度與陀螺儀測(cè)得的速度進(jìn)行比較。低重力加速度計(jì)還用于確定汽車(chē)是否在橫向滑動(dòng)，如果測(cè)得的橫擺速度與計(jì)算出的橫擺速度不同，或者檢測(cè)到橫向滑動(dòng)，則可以使用單輪制動(dòng)或減小扭矩來(lái)使汽車(chē)恢復(fù)原狀。

　　在MEMS陀螺儀和加速度計(jì)出現(xiàn)之前，普通乘用車(chē)的VDC是不切實(shí)際的，常規(guī)的陀螺儀和加速度計(jì)將使汽車(chē)成本增加數(shù)千美元。事實(shí)上，用旋轉(zhuǎn)質(zhì)量和應(yīng)變計(jì)制造的傳統(tǒng)陀螺儀可能不夠堅(jiān)固，無(wú)法滿足汽車(chē)市場(chǎng)10年以上的運(yùn)行要求，即使是MEMS陀螺儀也幾乎不能勝任這項(xiàng)任務(wù)。

　　典型的MEMS陀螺儀使用石英音叉，音叉的振動(dòng)以及施加的角度旋轉(zhuǎn)（汽車(chē)的偏航率）在音叉上產(chǎn)生科里奧利加速度，安裝在音叉上的加速計(jì)或應(yīng)變計(jì)測(cè)量微小的科里奧利力。

　　信號(hào)輸出與音叉大小成正比。為了產(chǎn)生足夠強(qiáng)的輸出信號(hào)，音叉必須劇烈振動(dòng)，最好用高Q結(jié)構(gòu)來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。制造商經(jīng)常把音叉放在真空中，以盡量減少音叉周?chē)諝獾臋C(jī)械阻尼，因?yàn)楦逹結(jié)構(gòu)可能相當(dāng)脆弱。

　　由于陀螺儀必須牢固地連接到汽車(chē)上才能準(zhǔn)確

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的三轴加速度传感器和六轴惯性传感器_一文读懂汽车MEMS惯性传感器的七大应用（上）...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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