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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

作者:时间:2023-01-04来源:松下收藏

据麦姆斯咨询介绍,在当下的“万物电气化(electrification of everything)”时代,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,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。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202301/442332.htm


为此,机电(Panasonic Industry)开发出汽车类6轴惯性系列,即惯性测量单元(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。


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汽车类6轴惯性用例


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过去用于车载系统的惯性,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。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。


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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。


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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。


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惯性传感器封装引脚凹痕加工示意图


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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。


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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。



关键词: 松下 传感器 MEMS

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