شتاب سنج ها و ژیروسکوپ ها به ترتیب قادرند شتاب و سرعت زاویه ای اجسام را تشخیص دهد و به طور گسترده در دستگاه های مختلف مانند تلفن های هوشمند استفاده می شوند. در خودروها، سنسورهای اینرسی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند و می توانند تا حد زیادی، پایداری و ایمنی وسایل نقلیه را بهبود بخشند. متخصصین مجموعه آی سی پارس در این مقاله کاربرد و توسعه سنسورهای اینرسی در زمینه خودرو و ویژگی‌های این محصول و مزایای سنسورهای ژیروسکوپی MEMS را مورد بررسی قرار داده اند.
کاربردهای جدید حسگرهای اینرسی در زمینه خودرو به سرعت در حال توسعه هستند
کاربردهای جدید حسگرهای اینرسی در زمینه خودرو همچنان در حال تکمیل و توسعه است . این سنسورها در زمینه های مختلف رانندگی و بهبود ایمنی جاده ها بکار گرفته می شوند که به عنوان مثال میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
سیستم های ترمز ضد قفل ( ABS یا Anti-lock braking systems) و کنترل کشش خودرو، هنگام رانندگی در پیچ ها هنوز مطلوب نیستند. ESC می تواند هدایت و فرمان دادن را اصلاح کند و به نگه داشتن خودرو در جاده کمک کند. ESC می تواند میزان انحراف اندازه گیری شده توسط سنسور نرخ زاویه ای و شتاب جانبی اندازه گیری شده توسط شتاب سنج G کوچک، را با مقادیر محاسبه شده با توجه به اطلاعات سرعت چرخ و زاویه فرمان مقایسه کند تا از دینامیک خودرو در حال حرکت مطلع شود و در آنها مداخله کرده و آن در زمان واقعی قبل از وقوع خطر، اصلاح کند، به طوری که وسیله نقلیه بتواند با ثبات و ایمن حرکت کند.
حسگرهای اینرسی یا به عنوان یک دسته حسگر جداگانه در خودرو مونتاژ می شوند یا مانند اکثر طرح های فعلی خودرو در واحد ترمز یا ECU کیسه هوا یکپارچه می شوند. در طراحی سیستم جدید، عملکردهای اندازه گیری ترمز دستی الکترونیکی ، استارت استاپ در حالت بیکار و حتی حسگرهای اضافی Yaw را برای کنترل خودکار فرمان پارکینگ و سیستم دستیار حفظ خطوط، اضافه گردیده است. سیستم ESC از یک سیستم هوشمند ABS به یک سیستم ایمنی فعال مرکزی تبدیل شده است که پایداری وسایل نقلیه را کنترل می کند و اطلاعات سیستم های متعددی را ارائه می دهد.
سنسورهای اینرسی مبتنی بر فناوری اثبات شده MEMS سه بعد
ژیروسکوپ وسیله ای است که:
هر چه دقت سنسور ژیروسکوپ نسبت به شرایط محیطی در خودرو بیشتر باشد، عملکرد سیستم کنترل بهتر خواهد بود. سنسور شتاب ژیروسکوپ موراتا می تواند اندازه گیری قابل اعتماد و دقیقی را در هر موقعیت مونتاژ و جهت اندازه گیری ارائه دهد. موراتا همچنین در حال توسعه نسل بعدی حسگرهای ترکیبی است که می تواند عملکرد بالا و یکپارچه سازی عملکردی مقرون به صرفه را برای برنامه های مختلف تحقق بخشد. سنسورهای ژیروسکوپ موراتا مبتنی بر فناوری MEMS سه بعدی هستند که با وسایل الکترونیکی یکپارچه شده و برای ایجاد اجزای ژیروسکوپ توسعه یافته اند. عملکرد ارائه شده توسط ژیروسکوپ های صنعتی معمولاً فقط برای محصولات مدولار گران قیمت مناسب و مورد نیاز است. سنسورهای ژیروسکوپ موراتا استانداردهای RoHS را دارند و برای لحیم کاری بدون سرب مناسب هستند.
سنسور ترکیبی اینرسی برای کاربردهای حیاتی ایمنی خودرو
شتاب سنج SCA3100-D04 معرفی شده توسط شرکت موراتا، یک قطعه شتاب سنج سه محوره با کارایی بالا بر اساس فناوری 3D-MEMS (فناوری سیستم های میکروالکترومکانیکی سه بعدی) خازنی VTI است. در این قطعه، حسگر شتاب MEMS با دقت بالا و یک رابط دیجیتال انعطاف پذیر SPI ، ادغام شده اند. یک محفظه سرب مسطح دوگانه (dual flat lead) برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد در طول عمر محصول، استفاده شده است. SCA3100-D04 به طور ویژه طراحی، تولید و آزمایش شده است تا پایداری، قابلیت اطمینان و کیفیت بالا مورد نیاز برنامه های کاربردی خودرو را برآورده کند.
شتاب سنج SCA3100-D04 خروجی بسیار پایداری در طیف وسیعی از دما، رطوبت و ارتعاش دارد. این قطعه با استاندارد AEC-Q100 مطابقت دارد و دارای بسیاری از عملکردهای خود تشخیصی پیشرفته است. محفظه DFL برای نصب SMD مناسب است و این قطعه با دستورالعمل های RoHS و ELV سازگار است. SCA3100-D04 بخشی از خانواده شتاب‌سنج دیجیتال VTI است و با شتاب‌سنج‌های تک محوره (سری SCA800 ) و سایر شتاب‌سنج‌های چند محوره (سری SCA2100 و سری SCA3100 ) سازگاری کامل دارد.
شتاب سنج SCA3100-D04 برای برنامه هایی که به پایداری بالایی نیاز دارند توسعه یافته است. کاربردهای معمولی این قطعه شامل کمک به حرکت در سربالایی HAS، ترمز دستی الکترونیکیEPB، تشخیص واژگونی، کنترل تعلیق، شیب‌سنج، اندازه‌گیری حرکت و موقعیت و غیره است.
سنسور شتاب ژیروسکوپ چهار محوره/پنج محوره یکپارچه
سنسور یکپارچه شتاب ژیروسکوپ SCC3000 ساخت شرکت موراتا، یک سنسور شتاب 3 محوره مربوط به ژیروسکوپ دو محوره X یا Z ، با رابط دیجیتال SPI است که مطابق با استاندارد ISO26262 سیستم ASIL-D است و از سری قطعات پین به پین (pin to pin) است. محدوده اندازه‌گیری سرعت زاویه‌ای 300 ± درجه در ثانیه است، که امکان سنجش قوی در محیط‌های سخت را فراهم میکند.
قطعه SCC3000 دارای محدوده اندازه گیری شتاب 3 محوری ± 6 g و محدوده اندازه گیری شتاب 3 محوری کمکی ±15 g است. دمای عملیاتی از 40- درجه سانتیگراد تا 110+ درجه سانتیگراد است و تنظیمات فیلتر موجود برای کاربران 13، 20، 46، 200، و 300 هرتز و ولتاژ منبع تغذیه 3.0 ~ 3.6 ولت را پشتیبانی میکند. این قطعه مطابق با استاندارد AEC-Q100 می باشد.
سنسورSCC3000 کاربردهای حیاتی ایمنی و عملکردهایی را که به پایداری بالا در شرایط سخت محیطی نیاز دارند، مانند کنترل پایداری الکترونیکی (ESC)، تراز چراغ جلو، کنترل پایداری واژگونی و غلتش، کنترل پویای شاسی، کمک به حفظ خطوط (LKA)، اندازه گیری حرکت و ناوبری را برعهده می گیرد.
سری محصولات SCC3000 شامل SCC3134-D10، SCC3134-D16، SCC3234-D10 و SCC3334-D10 است که در آن SCC3334-D10 یک سنسور شتاب ژیروسکوپی پنج محوره است که از ژیروسکوپ 2 محوره (XZ) و شتاب سنج 3 محوره (XYZ) با محدوده اندازه گیری dps300، 6 و 15g، پاسخ های دامنه 13 ، 20 ، 46 ، 200 و 300 هرتز، آفست کل ±3 درجه بر ثانیه و mg 70 ± ، و حساسیت LSB/( °/s)80 و LSB/g 3924 و 1962 LSB/g در g15، میتواند پشتیبانی کند .
