汽車領域中MEMS傳感器的應用知識盤點

　　現在汽車的預防安全越來越受到人們重視，MEMS傳感器應用于汽車安全技術許多領域，以下是對汽車領域中MEMS傳感器的應用知識盤點：
　　
　　一、電子穩定性控制系統(ESC)
　　
　　電子穩定性控制系統(ESC、ElectricStabilityControl)是用于防止車輛在雨后濕滑的道路或彎曲路段處發生側滑的裝置。該裝置使用了MurataElectronicsOy(以下簡稱為MFI)的加速度傳感器。
　　
　　通常，僅靠ABS和牽引控制系統無法滿足車輛在彎曲路段上的行車安全要求。該場合下電子穩定性控制系統(ESC)就能夠通過修正駕駛員操作中的轉向不足或過度轉向，來控制車輛使其不偏離道路。該系統通過使用一個陀螺儀來測量車輛的偏航角，同時用一個低重力加速度傳感器來測量橫向加速度。將所得測量數據與通過行駛速度和車輪傾斜角兩項數據計算得到的結果進行比對，從而調整車輛轉向以防止發生側滑。
　　
　　加速度傳感器通常會被獨立安裝在車輛重心附近，或作為傳感器組的一部分以貼裝組件的形式被安裝在印制電路板上。標準測量范圍為±1.5～2.0g；偏移量與溫度或使用時間無關，穩定在100mg以下；頻帶在0～50Hz范圍內。
　　
　　電子穩定性控制系統(ESC)通常需要以車輛的橫向為檢測軸，以確保在受到縱向加速度或車輛減速時，將影響控制在zui小限度。將MFI的加速度傳感器安裝在印制電路板上時，可選擇兩種安裝方向，即檢測軸是與安裝面平行還是垂直。若使用的是獨立型加速度傳感器時，則需要根據安裝位置選用相應的托架。
　　
　　在范圍內，有關ESC的標準法規制定工作正在積極推進中。在*“世界車輛法規協調論壇”“1998年協定書”的框架下，有關“輕型汽車電子穩定性控制系統”技術法規(GTR)于2008年制定完成并獲得WP29批準(即GTR8)。美國、歐美、日本、澳大利亞、韓國等在內的國家和地區已經或正在將ESC作為強制安裝的安全裝置。作為“1998年協定書”簽署國，中國從2007年開始全面參與ESC技術法規的協調進程，結合國內ESC產品開發、應用和試驗能力提出了若干提案，并正在制定相關的國家標準。
　　
　　二、電子駐車制動系統(EPB)
　　
　　EPB(電子駐車制動系統，ElectronicParkingBrake)取代了傳統的基于機械杠桿和鏈條的駐車制動裝置，為駕駛員提供了更有效的停車輔助。并且由于取消了主副駕駛位之間的駐車制動桿，駕駛席周圍的空間便能得到更有效的利用。EPB系統可根據車體縱向的傾斜度不斷調整剎車力度。僅需按下儀表盤上相應的按鈕，剎車就會被鎖定；在車輛啟動和加速時，剎車將自動解鎖。
　　
　　該系統還能夠對低速牽引狀態下的車輛進行輔助控制，防止車輛在坡上自然下滑。該系統與距離傳感器系統信號對接后，甚至可以在狹窄區域內完成平行停車。如果與發動機防盜系統整合，便可形成一套zui為可靠的防盜機制。
　　
　　該系統內的傳感器實際測量起點通常是在±3°以內；對應的重力加速度值大約為50mg。這剛好與車輛在整個使用壽命和溫度范圍內的偏移穩定性要求相吻合。系統內部傳感器的頻率范圍按要求盡量保持zui低，上限不超過10-50Hz。
　　
　　三、防抱死制動系統(ABS)
　　
　　在四輪驅動的車輛中，由于每個車輪都可能會打滑，所以ABS系統所需的車身速度和車輪速度參數無法通過傳感器來測量。因此車輛的加/減速度信息只能通過對前后方向加速度的測量來獲得。ABS系統的加速度傳感器除了能夠以獨立元件或集成在印制電路板上的形式裝入ABS控制器外，還能安裝在其他的傳感器類中。
　　
　　ABS系統使用的加速度傳感器的測量范圍通常在1～2G(G為重力加速度)。在檢測溫度范圍和車輛使用壽命內誤差偏移能夠始終低于100mg的狀態。該傳感器的檢測軸的方向必須為車輛的前后方向。MurataElectronicsOy的加速度傳感器可以滿足各種傳感器單元和印制電路板貼裝情況下的應用。
　　
　　四、電子控制式懸架系統(ECS)
　　
　　電子控制式懸架系統(ECS)的主要用途是根據行駛速度、路面狀況、轉向情況、變速狀態等信息以及不同的駕駛條件調節懸掛系統，為駕駛者提供良好的操作穩定性和乘坐舒適度。ECS系統為用戶呈現從平穩舒緩到高速暢快的多種駕駛體驗。駕駛者僅需按下選擇按鈕就能在運動型、普通型和舒適型駕駛模式間自由切換。
　　
　　ECS系統內部的加速度傳感器可用于檢測車體的運動狀態，有時還用于檢測前輪垂直方向的運動狀態。用于檢測車體的運動狀態的兩個加速度傳感器被安裝在前減震器與彈簧頂部固定點附近。而靠近輪轂的加速度傳感器則是被裝在減震器和車輪彈簧附近區域。這樣一來，就能夠通過兩組傳感器的測量數據計算出車體與車輪的垂直距離差。在更*的輪轂傳感器系統中，加速度傳感器則被距離傳感器替代，用于直接測量車輪與車體之間的距離。
　　
　　另外，在許多ECS系統中，車輛的中部或后部還額外裝有一個用于檢測車輛顛簸的加速度傳感器。能夠略微消除車體在加速或減速時的傾斜。
　　
　　空氣懸架系統如今被應用于包括運動型多功能車(SUV)在內的大多數中、豪華型車輛。可通過調節車體邊角處氣罐內的空氣體積來修正懸架設置。該系統通常包括1個特殊的氣體壓縮機，1到2個氣體儲備罐，4個由空氣彈簧和傳統減震器構成的減震單元，2到5個獨立的加速度傳感器，以及電子控制單元(ECU)。
　　
　　由于空氣懸架系統對中小型車輛來說較為昂貴，通常會使用以油取代空氣的懸架系統。盡管調節油量的系統價格較低，但是無法達到空氣式懸架系統的性和舒適度。油量的調節由特殊的電子閥門來實現，該系統中會使用3到5個獨立的加速度傳感器。
　　
　　五、防翻滾穩定性控制系統(ARC)
　　
　　作為車輛穩定性控制的一部分，車輛防翻滾穩定性控制系統(ARC)通常被整合進電子穩定控制系統(ESC)或懸架系統。防翻滾控制能夠在啟動剎車裝置或平衡桿的異常動作時，防止車體發生大幅度的搖晃。在將ARC系統整合到ESC系統中時，需要額外使用一個用于檢測車輛前后方向加速度的加速度傳感器(測量范圍為1～2g)。
　　
　　當該系統被用于SUV或越野車等車身整體較高或懸架位置較高的車輛時，有時也會被設計成一個獨立的系統。此時，需將一個獨立型傳感器安裝在車的頂部，另一個則裝在下方地板處相應的位置。
　　
　　六、引擎防震系統
　　
　　引擎和變速箱的防震控制如今正吸引業內人士越來越多的關注。其中一個重要的原因是新一代的引擎能夠在無需滿負荷運作時，通過關閉部分氣缸來節省燃料。
　　
　　引擎中個別氣缸的關閉會導致車體的震動。并且相對引擎重量而言，車體重量正在變得越來越輕。特別對于柴油動力的6氣缸或8氣缸引擎來說，引擎的震動將會導致車輛整體隨之震動。而對于混合動力汽車，汽油和電力引擎間的頻繁切換也會導致車體震動，該情況在小型柴油混合動力車中尤為突出。
　　
　　應對車體震動的解決方案是主動電子控制減震裝置。這些裝置在閉環控制系統(反饋控制系統)中使用了加速度傳感器，并被裝在車體的各個重要部位。
　　
　　七、上坡起步輔助系統(HSA)
　　
　　HAS(HillStartAssist)是一個直接連接主剎車裝置和ESC系統的電子駐車制動系統。當車輛在坡上發動時，它可以自動控制制動壓力以防止車輛向后自然下滑。
　　
　　HAS系統需要使用高性能的傳感器來感應車輛前后方向細微的傾斜，也就是道路的斜率。該系統對傳感器穩定性的要求為在使用壽命和溫度范圍內測量出的傾角誤差小于3°(換算為傳感器輸出值相當于50mg)。在汽車裝配時產生的所有“偏移誤差”，都可以在生產線zui后的“偏移校準”步驟中消除；此外，還可通過電子穩定性控制(ESC)系統內的電子控制單元(EUC)所裝的軟件來對完成后的偏移信號進行校準。
　　
　　八、心跳探測和*防盜系統
　　
　　所謂心跳探測，是通過高靈敏度傳感器和精密的電腦軟件相互配合，從而在車輛已被上鎖等應為空車狀態的情況下，探測車內是否有人的新型系統。該系統可被用于檢測由于父母疏忽而被留在車內的兒童或藏匿于車內的非法進入者。
　　
　　車輛防盜裝置和引擎鎖定防盜裝置的原理是使用較為廉價的2軸加速度傳感器來檢測車輛的運動狀態。如果與高精度的心跳探測傳感器相結合，就能構成安全系數更高的*防盜系統。
　　
　　九、翻滾傳感器(ROV)
　　
　　翻滾傳感器即側翻檢測傳感器，作為乘客保護系統的一部分被整合在安全氣囊控制系統中。所謂翻滾傳感器，具體來說，是由1軸或2軸(翻轉角和俯仰角)角速度傳感器和加速度傳感器構成的，用于檢測車輛Z軸方向也就是上下方向的角速度和加速度的傳感器。該系統中加速度傳感器的測量范圍基本上為3～5g，頻帶zui大不超過400Hz，穩定偏移約為300mg。
　　
　　十、車胎壓力監測系統(TPMS)
　　
　　將壓力傳感器應用于汽車領域的車胎壓力監測系統正在迅速推進中。雖然該系統基本上是通過對胎內氣壓的監控點亮警告指示燈，但若能與各類車輛安全系統進行關聯，就可以實現爆胎預警之外的許多吸引力的功能。當車胎壓力不正常時，將有可能發生以下幾種問題：
　　
　　前胎氣壓過低將導致轉向不足，后胎氣壓過低將導致過度轉向。
　　
　　不論胎壓是不足還是過高，都會顯著縮短輪胎的使用壽命。
　　
　　當輪胎壓力偏離*值0.4bar時，輪胎壽命將縮短30%；胎壓不足的情況下，壓力每低0.6bar，就會額外增加4%的油耗。
　　
　　當以超過100km/h的速度高速行駛時，一旦發生輪胎打滑的現象，輪胎就會脫離路面，這是十分危險的。
　　
　　當車胎壓力比正常值的50%還低時，即使使用了ABS系統，在濕滑路面以100km/h行駛的制動距離也會增加10m。
　　
　　當車胎壓力低于一定值時，系統將發出警報。
　　
　　不正常的車胎壓力將妨礙懸架系統的正常工作。