據麥姆斯咨詢介紹,在當下的“萬物電氣化(electrification of everything)”時代,傳感器已成為一個必不可少的先決條件:汽車、巴士、摩托車、無人送貨車、建筑機械和許多其它車輛配備越來越多的傳感器,以實現安全且舒適的輔助駕駛/自動駕駛。全面的感知能力對于支持運動檢測、定位、導航、數據融合等許多用途至關重要。
為此,松下機電(Panasonic Industry)開發出汽車類6軸MEMS慣性傳感器系列,即MEMS慣性測量單元(IMU),該系列產品通過單芯片解決方案面向車載領域的功能安全(ISO26262)為車身穩定控制、ADAS和自動駕駛等系統提供慣性感知功能,并且符合ASIL-B(D)標準,具有高水平的功能安全性及自診斷功能。
過去用于車載系統的慣性傳感器,其角速度和加速度的感測元件是由多顆芯片構成的,因此面臨因角速度和加速度的軸偏離而影響輸出精度的問題。松下推出的新型高質量、高可靠的6軸MEMS慣性傳感器系列,也稱為“6合1傳感器”,單顆芯片集成了3軸MEMS陀螺儀和3軸MEMS加速度計,即利用基于單芯片MEMS技術實現高6軸正交性(軸間正交性≦0.01°),為提高車載系統的安全性能和設計自由度做出貢獻。找元器件現貨上唯樣商城
松下汽車類6軸MEMS慣性傳感器采用單芯片解決方案
松下汽車類6軸MEMS慣性傳感器采用電容式MEMS感測技術,通過晶圓級封裝使得蓋帽、MEMS和ASIC形成一體,實現了小型化的6軸慣性傳感器,封裝尺寸為4.5 mm x 4.5 mm x 1.1 mm。由此,為車載系統的綜合化和車載ECU的小型化做出了貢獻。
松下汽車類6軸MEMS慣性傳感器剖面圖
該慣性傳感器封裝形式為可潤濕側翼QFN。松下借助凹痕加工技術,使得這種封裝外殼引腳的側面能夠形成可目視的焊腳。由此,通過焊腳的目視檢查,即可確認引腳是否已被正常地焊接到基板的焊盤上。這可以實現高質量焊接,從而實現無差錯裝配,這對于汽車安全性、舒適性,以及工業應用都至關重要。
慣性傳感器封裝引腳凹痕加工示意圖
貼裝完后的慣性傳感器外觀示意圖
松下汽車類6軸MEMS慣性傳感器的一個關鍵用途是可以在劇烈振動的情況下(例如當汽車突然沖出道路時)檢測車輛的運動狀況,然后利用傳感器數據來調整馬達的扭矩和制動力,以實現安全的車輛狀態。
該6軸慣性傳感器還成功實施了與汽車安全相關的雷達(RADAR)/激光雷達(LiDAR)應用。通常,雷達/激光雷達會出現安裝偏移,例如在車輛工廠組裝和經銷商運輸過程中。因此需要工廠或經銷商對此類安裝偏移進行校準,使其不影響雷達/激光雷達的探測方向或被探測物體在3D地圖中的位置精度。為此,工廠或經銷商在靜止情況下使用3軸加速度計進行傾斜檢測以測量安裝偏移,并且在運動情況時,還會使用3軸陀螺儀來測量偏移。
雷達/激光雷達可以搭配6軸慣性傳感器以獲得姿態(橫滾、俯仰和偏航)及地理坐標信息,助力自動駕駛汽車實現更加安全的導航和定位功能。對于掃描周期較長的激光雷達等傳感器,車載系統需要將上一個周期檢測到的周圍環境3D點云與當前周期檢測到的3D點云進行比較。通過使用來自6軸慣性傳感器的車輛運動數據,可以減少匹配上一個周期的3D點云和當前周期的3D點云的計算量。
在汽車行駛時,6軸慣性傳感器能夠動態地檢測道路的起伏,車載系統根據傳感器數據可修正雷達/激光雷達照射位置或探測到的物體在地圖上的位置。尤其是在GNSS(全球導航衛星系統)信號被阻擋時(例如隧道中),基于慣性傳感器的航位推算(DR)可以計算出當前車輛的位置,保證連續定位、穩健駕駛。
除了這些與汽車安全相關的應用之外,該6軸慣性傳感器還成功地應用于AR-HUD(增強現實抬頭顯示)系統等舒適性應用。在這個用例中,慣性傳感器檢測車輛的運動,并可以使用“AR.markers”調整AR-HUD光束的位置,以便駕駛員以最佳方式觀看。另一個與舒適性相關的應用是主動懸架系統,其通過慣性傳感器采集車輛姿態信息,經過主動懸架控制器計算,向四輪減震器輸出軟硬不同的阻尼控制,最后通過控制四個減震器內部的電磁閥來動態調整懸架軟硬。
松下目前正在進行不同實施狀態的多個項目,推動商業應用領域也使用6軸慣性傳感器。例如,自動駕駛巴士可以借助6軸慣性傳感器來計算車輛是否在預定義的路徑上。自主叉車受益于6軸慣性傳感器提供的安全性和舒適性——例如防止貨物從叉車上掉落。這些也適用于其它“即將實現自主運行”的機械——例如割草機、鐵路列車或壓實機。
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