松下汽车类6轴单芯片MEMS惯性传感器，提高车载系统的安全性和舒适性

据麦姆斯咨询介绍，在当下的“万物电气化（electrification of everything）”时代，传感器已成为一个必不可少的先决条件：汽车、巴士、摩托车、无人送货车、建筑机械和许多其它车辆配备越来越多的传感器，以实现安全且舒适的辅助驾驶/自动驾驶。全面的感知能力对于支持运动检测、定位、导航、数据融合等许多用途至关重要。

为此，松下机电（Panasonic Industry）开发出汽车类6轴MEMS惯性传感器系列，即MEMS惯性测量单元（IMU），该系列产品通过单芯片解决方案面向车载领域的功能安全（ISO26262）为车身稳定控制、ADAS和自动驾驶等系统提供惯性感知功能，并且符合ASIL-B(D)标准，具有高水平的功能安全性及自诊断功能。

松下汽车类6轴MEMS惯性传感器用例

过去用于车载系统的惯性传感器，其角速度和加速度的感测元件是由多颗芯片构成的，因此面临因角速度和加速度的轴偏离而影响输出精度的问题。松下推出的新型高质量、高可靠的6轴MEMS惯性传感器系列，也称为“6合1传感器”，单颗芯片集成了3轴MEMS陀螺仪和3轴MEMS加速度计，即利用基于单芯片MEMS技术实现高6轴正交性（轴间正交性≦0.01°），为提高车载系统的安全性能和设计自由度做出贡献。

松下汽车类6轴MEMS惯性传感器采用单芯片解决方案

松下汽车类6轴MEMS惯性传感器采用电容式MEMS感测技术，通过晶圆级封装使得盖帽、MEMS和ASIC形成一体，实现了小型化的6轴惯性传感器，封装尺寸为4.5 mm x 4.5 mm x 1.1 mm。由此，为车载系统的综合化和车载ECU的小型化做出了贡献。

松下汽车类6轴MEMS惯性传感器剖面图

该惯性传感器封装形式为可润湿侧翼QFN。松下借助凹痕加工技术，使得这种封装外壳引脚的侧面能够形成可目视的焊脚。由此，通过焊脚的目视检查，即可确认引脚是否已被正常地焊接到基板的焊盘上。这可以实现高质量焊接，从而实现无差错装配，这对于汽车安全性、舒适性，以及工业应用都至关重要。

惯性传感器封装引脚凹痕加工示意图

贴装完后的惯性传感器外观示意图

松下汽车类6轴MEMS惯性传感器的一个关键用途是可以在剧烈振动的情况下（例如当汽车突然冲出道路时）检测车辆的运动状况，然后利用传感器数据来调整马达的扭矩和制动力，以实现安全的车辆状态。

该6轴惯性传感器还成功实施了与汽车安全相关的雷达（RADAR）/激光雷达（LiDAR）应用。通常，雷达/激光雷达会出现安装偏移，例如在车辆工厂组装和经销商运输过程中。因此需要工厂或经销商对此类安装偏移进行校准，使其不影响雷达/激光雷达的探测方向或被探测物体在3D地图中的位置精度。为此，工厂或经销商在静止情况下使用3轴加速度计进行倾斜检测以测量安装偏移，并且在运动情况时，还会使用3轴陀螺仪来测量偏移。

雷达/激光雷达可以搭配6轴惯性传感器以获得姿态（横滚、俯仰和偏航）及地理坐标信息，助力自动驾驶汽车实现更加安全的导航和定位功能。对于扫描周期较长的激光雷达等传感器，车载系统需要将上一个周期检测到的周围环境3D点云与当前周期检测到的3D点云进行比较。通过使用来自6轴惯性传感器的车辆运动数据，可以减少匹配上一个周期的3D点云和当前周期的3D点云的计算量。

在汽车行驶时，6轴惯性传感器能够动态地检测道路的起伏，车载系统根据传感器数据可修正雷达/激光雷达照射位置或探测到的物体在地图上的位置。尤其是在GNSS（全球导航卫星系统）信号被阻挡时（例如隧道中），基于惯性传感器的航位推算（DR）可以计算出当前车辆的位置，保证连续定位、稳健驾驶。

除了这些与汽车安全相关的应用之外，该6轴惯性传感器还成功地应用于AR-HUD（增强现实抬头显示）系统等舒适性应用。在这个用例中，惯性传感器检测车辆的运动，并可以使用“AR.markers”调整AR-HUD光束的位置，以便驾驶员以最佳方式观看。另一个与舒适性相关的应用是主动悬架系统，其通过惯性传感器采集车辆姿态信息，经过主动悬架控制器计算，向四轮减震器输出软硬不同的阻尼控制，最后通过控制四个减震器内部的电磁阀来动态调整悬架软硬。

松下目前正在进行不同实施状态的多个项目，推动商业应用领域也使用6轴惯性传感器。例如，自动驾驶巴士可以借助6轴惯性传感器来计算车辆是否在预定义的路径上。自主叉车受益于6轴惯性传感器提供的安全性和舒适性——例如防止货物从叉车上掉落。这些也适用于其它“即将实现自主运行”的机械——例如割草机、铁路列车或压实机。