应用于汽车领域的MEMS传感器有哪些？

多年来，传感器早已融合到车辆的整体设计和制造中。一辆汽车现在可以有100个或更多的传感器，用于监测和控制某些驱动参数。电动汽车的公众接受度和自动驾驶汽车的未来发展很大程度上将依赖于这些传感器的超可靠性。在这些传感器中，MEMS传感器约占三分之一。

Verified market research预计，汽车MEMS传感器市场规模在2020年估值为18.9亿美元，从2021到2028年以14.5%的复合年增长率(CAGR)增长，预计到2028年将达到50.3亿美元。节能环保技术是汽车MEMS传感器市场收入增长的关键因素，政府关于安全、效率和驾驶员辅助的法规将促进市场增长。欧洲和北美目前是汽车MEMS传感器的两个最大市场。然而，以中国和印度为代表的亚太地区市场的增长是极其显著的。

MEMS传感器被认为是汽车不可缺少的部件，它对于提升汽车性能和驾驶体验，有着显著作用。研究机构数据显示，平均每辆汽车包含10個传感器，而高级汽车会约用20至30只MEMS传感器。宝马、奥迪、奔驰车的高端车型传感器普遍超过40个，越是高端的汽车采用的传感器数量越多，对传感器质量要求也愈高。MEMS传感器可以提升汽车安全性、灵敏度并降低成本，其核心应用包括车辆的防抱死系统、车身稳定系统、电控悬挂、电动刹车、胎压监控、引擎防抖、车辆倾角计量等等。

汽车MEMS传感器具有效率高、体积小、成本低等优点。当今车辆中最常见的MEMS传感器有：惯性传感器、磁强计、压力传感器、热传感器、气体传感器、微光学。惯性传感器包括加速计和陀螺仪，可以单独也可以组合在一起使用。其中，加速计用于测量静态(重力)和动态(运动或振动)加速度，陀螺仪则负责识别角度的变化。这些传感器是汽车行业的主导类型，并用于许多关键应用。目前，压力传感器、加速度计、流量传感器与陀螺仪四种器件合计占汽车MEMS系统的99%。

MEMS压力传感器

MEMS压力传感器是汽车中应用最多的传感器， 至少18个汽车应用领域促进压力传感器的增长，包括：轮胎压力，电子稳定控制系统中的刹车传感器，侧面气囊，与日益严格的排放标准相关的引擎控制，大气压力与废气再循环压力。这种传感器用单晶硅作材料，以采用MEMS技术在材料中间制作成力敏膜片，然后在膜片上扩散杂质形成四只应变电阻，再以惠斯顿电桥方式将应变电阻连接成电路，来获得高灵敏度。车用MEMS压力传感器有电容式、压阻式、差动变压器式、声表面波式等几种常见的形式。

MEMS加速度计

MEMS加速度计的原理是基于牛顿的经典力学定律，通常由悬挂系统和检测质量组成，通过微硅质量块的偏移实现对加速度的检测，主要用于汽车安全气囊系统、防滑系统、汽车导航系统和防盗系统等，除了有电容式、压阻式以外，MEMS加速度计还有压电式、隧道电流型、谐振式和热电偶式等形式。其中，电容式MEMS加速度计具有灵敏度高、受温度影响极小等特点，是MEMS微加速度计中的主流产品。

MEMS流量传感器

MEMS流量传感器是基于传统的热膜片风力计原理借助先进的薄膜片技术，将性能稳定的薄膜片电阻加工到一片薄膜上。由于采用了MEMS加工，因此一方面缩短了传感器响应时间，另一方面由于采用了前后桥电路，可以判断出流体流向，从而进一步测量出回流流量。为了防止温度变化对测量精度的影响，传感器中采用了两片热敏电阻分别对前后桥进行了温度补偿。流量传感器主要用于检测发动机的空气进气量和燃油喷射量，从而将空燃比控制在最佳值附近，此外流量传感器还广泛利用于排气再循环、防滑驱动、刹车防抱死系统以及电控悬架等许多方面。

微陀螺仪

微陀螺仪是一种角速率传感器，主要用于汽车导航的GPS信号补偿和汽车底盘控制系统，主要有振动式、转子式等几种。应用最多的属于振动陀螺仪，它利用单晶硅或多晶硅的振动质量块在被基座带动旋转时产生的哥氏效应来感测角速度。例如：汽车在转弯时，系统通过陀螺仪测量角速度来指示方向盘的转动是否到位，主动在内侧或者外侧车轮上加上适当的制动以防止汽车脱离车道，通常它与低加速度计一起构成主动控制系统。

现在我们来看看MEMS传感器在汽车电子里的应用。

例如在电子稳定性控制系统 中，Electric Stability Control 是用于防止车辆在雨后湿滑的道路或弯曲路段处发生侧滑的装置。该装置使用了Murata Electronics Oy (以下简称为MFI) 的加速度传感器。

通常，仅靠ABS和牵引控制系统无法满足车辆在弯曲路段上的行车安全要求。该场合下电子稳定性控制系统 (ESC) 就能够通过修正驾驶员操作中的转向不足或过度转向，来控制车辆使其不偏离道路。该系统通过使用一个陀螺仪来测量车辆的偏航角，同时用一个低重力加速度传感器来测量横向加速度。将所得测量数据与通过行驶速度和车轮倾斜角两项数据计算得到的结果进行比对，从而调整车辆转向以防止发生侧滑。

加速度传感器通常会被独立安装在车辆重心附近，或作为传感器组的一部分以贴装组件的形式被安装在印制电路板上。标准测量范围为±1.5～2.0g; 偏移量与温度或使用时间无关，稳定在100mg以下; 频带在0～50Hz范围内。

电子稳定性控制系统 (ESC) 通常需要以车辆的横向为检测轴，以确保在受到纵向加速度或车辆减速时，将影响控制在最小限度。将MFI的加速度传感器安装在印制电路板上时，可选择两种安装方向，即检测轴是与安装面平行还是垂直。若使用的是独立型加速度传感器时，则需要根据安装位置选用相应的托架。