车载惯性传感器的四大作用

从汽车制造商使用第一个MEMS加速计来启动安全气囊开始，惯性传感器似乎就注定为今日的先进驾驶辅助系统(ADAS)加速计的普及做准备。

目前，汽车系统中包含多种MEMS惯性传感器，如陀螺仪、压力传感器和磁力计。车载惯性传感器虽然体型微小，却大大提升了高级驾驶员辅助系统的舒适性和安全性，在汽车中扮演举足轻重的角色。

 1、翻履感测

属于被动安全防护功能的车辆翻覆感测可检测汽车是否正在翻覆并及时启动安全气囊装置。在车辆翻覆时，惯性传感器可为碰撞侦测运算提供滚动速率、横向和垂直加速度等主要数据。

然而，在各种条件下提供可靠的传感器讯号才是个大挑战：例如在极端的酷热或寒冷的温度下或在碎石路上。此项要求也适用于电子稳定控制系统(ESC)的惯性传感器，ESC属于主动汽车安全防护功能，透过控制和启动汽车刹车来防止车辆打滑。

为因应所面临的挑战，必须谨慎地设计出结合MEMS设计的专业知识以及对汽车系统的理解及要求的产品。这些产品必需根据规格进行设计，样品必须先在实验室进行测试，并与书面规划的内容一致。最后，传感器必须经过更多的实际驾驶测试，例如在冬季或碎石路上的行驶。

2、惯性导航

城市峡谷驾驶导航已经内建在导航系统的仪表板内，这些技术可降低在陌生城市中自动导航的压力。藉由地图，全球导航卫星系统(GNSS)的讯号、择路运算以及惯性导航系统甚至可透过车联网服务，提供交通堵塞时的即时消息。

汽车工程师喜欢在导航系统中加入惯性传感器，因为这些系统无论在「城市峡谷」，或是在GNSS讯号差、无效或根本就没有讯号的地方仍可继续运作。在这种情况下，惯性传感器可在失去讯号前最后一次GNSS的读数之后确定位置的变化。假使驾驶在隧道内无法接收到GPS讯号，惯性传感器就会以公尺数推算车辆的方向。推测导航运算再进行位置变化的计算，就可根据惯性传感器的讯号推断你当前所在的位置。

3、驾驶辅助

在各式驾驶辅助技术中，不仅只是巡航控制或后视摄影机。主动车距控制巡航系统、车道保持和变换辅助系统、先进紧急刹车系统及主动前轮转向系统都属于驾驶辅助技术的一部分。并是透过将MEMS惯性传感器以及摄影机、雷达和/或光学雷达(LIDAR)等感知系统的智能结合来实现。

主动车距控制巡航系统(ACC)比大家所熟悉的巡航控制功能更需具体经验。虽然传统的巡航控制技术可以节省油耗，且在长途驾驶可更轻松，但还是得依据附近车辆的速度不时地切换巡航控制开关。这样的困扰驾驶人应该都经历过吧？为了能与其他的车辆保持安全距离，ACC可根据需要调整车速，而非保持在定速状态下前进。

ACC主要是利用雷达、摄影机或雷射来测量与物体间的距离。能够强化ESC的同类惯性传感器，也能应用在ACC上。惯性传感器有助于预测路径，然后将该路径连接到障碍物侦测上。类似的惯性装置还能做到爬坡控制的特色，让低重力传感器利用向下的重力方向来确定倾斜度，使正在上坡的车辆不会往后滑动。

主动转向则是另一项驾驶辅助技术，在较高的速度下可减少车轮每次转动时转向角度的变化量。此功能可提高公路驾驶的准确性，偏航率传感器可提供突发状况的相关讯息。

相同地，惯性传感器也是利用摄影机、雷达和雷射来达到辅助驾驶。侦测技术则可藉由预测汽车的移动来达成自动驾驶。

4、惯性传感器和感知传感器的融合

那视觉和感知系统又是如何从惯性传感器中获益的呢？视觉或是感知传感器能够察觉到正在运动的物体，正确判断出运动物体的结构，同时估测车辆的移动情况以及和周边运动物体之间的距离。

惯性传感器则完全不受感知传感器的限制因素所影响，比如天气条件、光照、雪地或是被遮挡的地标。惯性传感器不会依赖于周围环境的亮度，因为它们测量的是物理性运动，而且并不是从图像中计算数据。此外，惯性传感器要来得更为可靠，因为它们不需要与车身以外的设备有任何的互联和数据交流。近期有一项研究就分别讨论了动觉惯性传感器和视觉感知系统在弱耦合和紧耦合两种程度下的不同合作模式。

在弱耦合程度下，感知系统和惯性传感器会各自独立地定位车辆，随后相互比对信息，修正结果。紧耦合则是另一种结果，此时对物体直接的（像素级别）视觉测量会与惯性测量装置的读数相互结合。

在两种情况下，MEMS惯性传感器都可以提高感知系统帧到帧跟踪物体的兼容度，从而得到更精准的定位。