技术|智芯文库 | 一文读懂汽车感知传感器
汽车电子控制系统普遍遵循感知→控制→执行的工作流程 。
传感器作为感知单元获取系统的工作状态 ， 控制单元处理传感器信号并计算输出控制指令 ， 最终由执行单元完成相应动作 。
以电动助力转向系统（EPS）为例 ，车辆运行过程中 ，方向盘扭矩转角传感器监测方向盘转角及扭矩信息 ， 轮速传感器监测车轮转速 ，控制器（ECU）通过 CAN总线实时获取传感器信号 ，并根据特定逻辑实时处理信号 ， 计算得到一个理想的助力力矩 ，最后通过 MOSFET 控制电机 ， 实现助力效果 。
汽车动力、底盘、车身、电气四大系统中 ， 绝大部分的电子控制具备类似的工作原理 ， 从感知、控制到执行环节 ， 半导体器件无处不在 ， 包括感知系统的传感器 ， 控制环节的微控制器（MCU）、通信芯片（CAN/LIN等）、模数转换器（A/D） ， 执行环节的功率器件（MOSFET、 IGBT、 DCDC）等 。 其中传感器更是汽车的机会所在 。
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汽车传感器可分为车辆感知、 环境感知两大类 。 动力、底盘、车身及电子电气系统中的传感器属于车辆感知范畴 ，ADAS以及无人驾驶系统中引入的车载摄像头、毫米波雷达、激光雷达等属于环境感知范畴 。
本文重点讲解汽车感知传感器 。
按照工作原理 ， 汽车传感器主要可分为 MEMS、磁、化学、温度四大类 ， 我们统计传统汽油车上 MEMS 传感器超 50 个 ，磁传感器超过 30 个 ， 合计占比约90% 。
MEMS 传感器
MEMS 传感器（Micro-Electro-Mechanical System）是一个将微型机械结构、微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路以及接口、通信和电源模块都集成于芯片上的微机电系统 ， 在汽车上广泛应用于压力类以及运动类传感器 。
根据 Bosch 估计 ， 目前一辆汽车上安装有超过 50 个 MEMS 传感器 ，我们估计单车价值量 500-1000 元 。 应用较多的是压力传感器、加速度计、陀螺仪及磁力计等惯导系统传感器 。 这些产品虽都采用微机电系统封装 ， 但对应原理各不相同 。
压力 MEMS:大多基于硅的压阻效应 ， 压力作用于硅薄膜引起 4个电阻应变片电阻的变化 ， 惠斯顿电桥输出与压力成正比的电压信号 ， 适用于中低压场景 ， 如发动机进气歧管、胎压检测系统TPMS、真空度、油箱压力等 。 中、高压场合多采用陶瓷电容的技术路线 。
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图：硅压阻式压力 MEMS 工作原理
加速度 MEMS:基于牛顿第二定律 ， 通过在加速过程中对质量块对应惯性力的测量来获得加速度值 。 采用电容式、压阻式或热对流原理 ， 分为低 g （重力加速度）和高g 两大类 ， 区别在于测量的加速度范围不同 ，±2g~±24g 等低 / 中 g 传感器用于主动悬架、ESP、侧翻、导航等非安全类系统 ，±200g 等高 g传感器用于气囊等安全系统 。
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图：电容式 MEMS 加速度计工作原理
角速度 MEMS/ 陀螺仪：基于 Coriolis 力原理：一个物体在坐标轴中直线移动时 ， 假设坐标系旋转 ， 物体会受到一个垂直的力和垂直方向的加速度 。 MEMS 陀螺仪通常安装两个方向的可移动电容板 ， 径向电容板加振荡电压迫使物体作径向运动 ， 而当旋转时 ， 横向电容板能够测量由于横向 Coriolis运动带来的电容变化 ， 从而计算出角速度 。 最多可测量 x/y/z 三轴角速度 ， 用于侧翻、车身稳定控制系统、惯性导航 IMU 等 。
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图：MEMS 陀螺仪工作原理
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