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定性與安全性。本文將為您介紹慣性傳感器在汽車領域的應用與發展，以及由Murata所推出的微機電系統 (MEMS) 陀螺儀傳感器的產品特性與優勢。
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慣性傳感器在汽車領域的新應用發展快速
慣性傳感器在汽車領域的新應用仍不斷涌現，用于提高道路安全性，像是ADAS和慣性導航、坡道起步輔助（HSA）、動態大燈調平、怠速啟停、發動機抗振、電子駐車制動器（EPB）、翻車檢測（ROV）、電子穩定性控制（ESC）等，其中的電子穩定性控制（ESC），有時也被稱為電子穩定程序（ESP）和車輛穩定性控制（VSC），都是控制車輛駕駛動態的同一系統的首字母縮寫詞，各家車廠對同一系統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（ABS）和牽引力控制在彎道行駛情況下仍是不夠的，ESC可糾正轉向不足和過度轉向，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，在危險發生之前，實時進行介入與修正，使車輛能夠穩定與安全地行駛。
慣性傳感器能夠作為傳感器組組裝到車輛中，也能像大多數當前的車輛設計一樣，集成到制動單元或安全氣囊ECU中。新的系統設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向控制和車道保持輔助系統的冗余偏航傳感器。ESC系統已經從智能ABS系統發展到車輛中央主動安全系統，它控制車輛的穩定性并提供信息多重系統。未來，ESC傳感器將在各種自動駕駛（AD）和ADAS應用中發揮作用，以實現車輛定位和其他功能。
基于成熟的3D MEMS技術的慣性傳感器
陀螺儀是一種用于測量或保持方向和角速度的設備，它是一個旋轉的輪子或圓盤，其中的旋轉軸可以自由地呈現任何方向。根據角動量守恒，旋轉時，該軸的方向不受支架傾斜或旋轉的影響。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、固態環形激光器、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環境條件的準確度越高，控制系統就越好。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還在開發下一代組合傳感器，該傳感器可為各種應用實現高性能、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，以及高度集成的電子器件開發來制造出陀螺儀組件。工業陀螺儀提供的性能水平通常只適用于昂貴的模塊產品，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數字接口。采用雙扁平引線（DFL）外殼，可確保在整個產品生命周期內可靠運行。SCA3100-D04是專為滿足汽車應用的高穩定性、可靠性和質量要求而設計、制造和測試。
SCA3100-D04加速度計在廣泛的溫度、濕度和振動范圍內具有非常穩定的輸出。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，溫度范圍內的偏移穩定性為±30mg，振幅響應為45Hz，質量只有0.31g，具有SPI數字接口，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數字加速度計產品系列兼容的封裝、引腳分配和SPI協議，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。
SCA3100-D04是針對穩定性要求高的應用所開發，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陀螺儀結合XYZ加速度傳感器，以及5 DoF:XZ陀螺儀結合XYZ加速度傳感器，角速率測量范圍為±300°/s，可在惡劣環境下實現穩定傳感。
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，可應用于多領域的自我檢測功能，符合AEC-Q100規范。
SCC3000組件是可通過較實惠的價格實現ESC的產品家族，包括標準級和帶有附加功能的高規格ESC。針腳兼容性和組件家族具有通用SPI接口，可減少系統供應商階段的工程設計，同時加強系統穩定性。
SCC3000可應用于在嚴苛環境條件下追求高安全、高穩定性的應用領域，像是應用于電子穩定控制（ESC）、前照燈校準、防翻滾穩定性控制、動態底盤控制、車道保持輔助（LKA）、動作與導航測量等。
SCC3000產品系列包括有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。
結語
隨著科技的快速發展，汽車上配備了越來越多樣的主動與被動安全系統，這些系統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這些功能。Murata推出的MEMS陀螺儀加速度傳感器擁有高質量、高穩定性與高精度，將是汽車相關應用的理想選擇。