松下汽車(chē)類(lèi)6軸單芯片MEMS慣性傳感器

據麥姆斯咨詢(xún)介紹，在當下的“萬(wàn)物電氣化（electrification of everything）”時(shí)代，傳感器已成為一個(gè)必不可少的先決條件：汽車(chē)、巴士、摩托車(chē)、無(wú)人送貨車(chē)、建筑機械和許多其它車(chē)輛配備越來(lái)越多的傳感器，以實(shí)現安全且舒適的輔助駕駛/自動(dòng)駕駛。全面的感知能力對于支持運動(dòng)檢測、定位、導航、數據融合等許多用途至關(guān)重要。

為此，松下機電（Panasonic Industry）開(kāi)發(fā)出汽車(chē)類(lèi)6軸MEMS慣性傳感器系列，即MEMS慣性測量單元（IMU），該系列產(chǎn)品通過(guò)單芯片解決方案面向車(chē)載領(lǐng)域的功能安全（ISO26262）為車(chē)身穩定控制、ADAS和自動(dòng)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。

松下汽車(chē)類(lèi)6軸MEMS慣性傳感器

松下汽車(chē)類(lèi)6軸MEMS慣性傳感器用例

過(guò)去用于車(chē)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(wèn)題。松下推出的新型高質(zhì)量、高可靠的6軸MEMS慣性傳感器系列，也稱(chēng)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(shù)實(shí)現高6軸正交性（軸間正交性≦0.01°），為提高車(chē)載系統的安全性能和設計自由度做出貢獻。

松下汽車(chē)類(lèi)6軸MEMS慣性傳感器采用單芯片解決方案

松下汽車(chē)類(lèi)6軸MEMS慣性傳感器采用電容式MEMS感測技術(shù)，通過(guò)晶圓級封裝使得蓋帽、MEMS和ASIC形成一體，實(shí)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(chē)載系統的綜合化和車(chē)載ECU的小型化做出了貢獻。

松下汽車(chē)類(lèi)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(shù)，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(guò)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(pán)上。這可以實(shí)現高質(zhì)量焊接，從而實(shí)現無(wú)差錯裝配，這對于汽車(chē)安全性、舒適性，以及工業(yè)應用都至關(guān)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(guān)示意圖

松下汽車(chē)類(lèi)6軸MEMS慣性傳感器的一個(gè)關(guān)鍵用途是可以在劇烈振動(dòng)的情況下（例如當汽車(chē)突然沖出道路時(shí)）檢測車(chē)輛的運動(dòng)狀況，然后利用傳感器數據來(lái)調整馬達的扭矩和制動(dòng)力，以實(shí)現安全的車(chē)輛狀態(tài)。

該6軸慣性傳感器還成功實(shí)施了與汽車(chē)安全相關(guān)的雷達（RADAR）/激光雷達（LiDAR）應用。通常，雷達/激光雷達會(huì )出現安裝偏移，例如在車(chē)輛工廠(chǎng)組裝和經(jīng)銷(xiāo)商運輸過(guò)程中。因此需要工廠(chǎng)或經(jīng)銷(xiāo)商對此類(lèi)安裝偏移進(jìn)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(chǎng)或經(jīng)銷(xiāo)商在靜止情況下使用3軸加速度計進(jìn)行傾斜檢測以測量安裝偏移，并且在運動(dòng)情況時(shí)，還會(huì )使用3軸陀螺儀來(lái)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(tài)（橫滾、俯仰和偏航）及地理坐標信息，助力自動(dòng)駕駛汽車(chē)實(shí)現更加安全的導航和定位功能。對于掃描周期較長(cháng)的激光雷達等傳感器，車(chē)載系統需要將上一個(gè)周期檢測到的周?chē)h(huán)境3D點(diǎn)云與當前周期檢測到的3D點(diǎn)云進(jìn)行比較。通過(guò)使用來(lái)自6軸慣性傳感器的車(chē)輛運動(dòng)數據，可以減少匹配上一個(gè)周期的3D點(diǎn)云和當前周期的3D點(diǎn)云的計算量。

在汽車(chē)行駛時(shí)，6軸慣性傳感器能夠動(dòng)態(tài)地檢測道路的起伏，車(chē)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(shí)（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(chē)輛的位置，保證連續定位、穩健駕駛。

除了這些與汽車(chē)安全相關(guān)的應用之外，該6軸慣性傳感器還成功地應用于A(yíng)R-HUD（增強現實(shí)抬頭顯示）系統等舒適性應用。在這個(gè)用例中，慣性傳感器檢測車(chē)輛的運動(dòng)，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(guān)看。另一個(gè)與舒適性相關(guān)的應用是主動(dòng)懸架系統，其通過(guò)慣性傳感器采集車(chē)輛姿態(tài)信息，經(jīng)過(guò)主動(dòng)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(guò)控制四個(gè)減震器內部的電磁閥來(lái)動(dòng)態(tài)調整懸架軟硬。

松下目前正在進(jìn)行不同實(shí)施狀態(tài)的多個(gè)項目，推動(dòng)商業(yè)應用領(lǐng)域也使用6軸慣性傳感器。例如，自動(dòng)駕駛巴士可以借助6軸慣性傳感器來(lái)計算車(chē)輛是否在預定義的路徑上。自主叉車(chē)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(chē)上掉落。這些也適用于其它“即將實(shí)現自主運行”的機械——例如割草機、鐵路列車(chē)或壓實(shí)機。

審核編輯 ：李倩