微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)是通過使用先進(jìn)的微制造技術(shù)將機(jī)械器件,、傳感器和電子組件部署在單個(gè)硅基板上而實(shí)現(xiàn),。如今,，這些技術(shù)已經(jīng)逐漸取代了汽車市場(chǎng)各種車型使用的大部分傳感裝置,，并帶來系統(tǒng)在降低成本,、持續(xù)可靠性（由于固有的穩(wěn)健性）,、空間利用（由于其緊湊的尺寸）以及工作性能等方面相當(dāng)大的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì),。
一般而言,，汽車中使用的MEMS傳感器可分為四類：
加速度計(jì)和陀螺儀,。
用于測(cè)量流量和壓力的傳感器,。
用于車載應(yīng)用的傳感器，包括可改善和監(jiān)控道路視覺的紅外傳感器,，進(jìn)行車內(nèi)溫度和空氣質(zhì)量測(cè)量的傳感器,，以及用于平視顯示器的微型掃描儀等。
用于汽車?yán)走_(dá)的射頻傳感器,。
圖1：汽車傳感器的圖解,。
在汽車系統(tǒng)中，通過MEMS傳感器可以得到影響汽車運(yùn)行的許多關(guān)鍵參數(shù),，并能夠創(chuàng)建較為廣泛的控制解決方案,。MEMS傳感器可應(yīng)用于安全氣囊,、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）和電子穩(wěn)定程序（ESP）控制系統(tǒng)、電子控制懸架系統(tǒng)以及眾多的駕駛輔助功能,。
特別針對(duì)汽車應(yīng)用,，應(yīng)該注意的是當(dāng)代汽車在復(fù)雜性方面已經(jīng)有了很大的提高，包括集成數(shù)量越來越多的安全設(shè)備,，降低油耗和抑制有害氣體的排放,，提高駕駛舒適性等復(fù)雜功能。
加速度計(jì)和陀螺儀
加速度計(jì)的用途是測(cè)量以重力（G）為單位的加速度值,。MEMS器件在具有高噪聲源的應(yīng)用中能夠提供高精度。一些器件使用壓電（piezoelectric）效應(yīng)來確定加速度值,，這些器件包含微晶體結(jié)構(gòu),，在有加速度力時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，繼而產(chǎn)生相應(yīng)的AC/DC電壓,。在大多數(shù)情況下,，設(shè)計(jì)工程師傾向于選擇電容式或熱微機(jī)電加速度計(jì)（thermal micro-electromechanical accelerometer）。但要為其應(yīng)用選擇合適的加速度計(jì),，需要考慮幾個(gè)重要的變量,，其中包括傳感器結(jié)構(gòu)、諧振,、可靠性,、穩(wěn)定性、帶寬和功耗等等,。
與加速度計(jì)不同,，陀螺儀傳感器測(cè)量的是角速度，其單位是每秒度數(shù)（°/ s）或每秒轉(zhuǎn)數(shù)（rps）,，角速度僅僅是轉(zhuǎn)速的測(cè)量,。在選擇陀螺儀時(shí)，必須考慮可靠性,、工作溫度范圍以及對(duì)電磁干擾的潛在敏感性等等,，由噪聲源引起的誤差可能會(huì)影響測(cè)量精度，并因此影響系統(tǒng)設(shè)計(jì),。
用于安全氣囊控制的碰撞傳感器是汽車系統(tǒng)中最經(jīng)典的應(yīng)用,。它主要由MEMS慣性傳感器（加速度計(jì)和陀螺儀）組成，加速度計(jì)連續(xù)測(cè)量汽車的加速度,，當(dāng)該參數(shù)超過預(yù)定閾值時(shí),，微控制器單元（MCU）能夠計(jì)算出加速度的積分值，以確定是否發(fā)生了相當(dāng)大的速度變化,。安全氣囊中通常采用單/雙軸加速度傳感器,，在某些設(shè)計(jì)中,，也可以使用角速度傳感器。
STMicroelectronics的AIS1120SX/AIS2120SX 三軸加速度計(jì)具有高測(cè)量分辨率和低噪聲水平,，能夠提供不同的工作模式以實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源,、系統(tǒng)喚醒等智能功能。這些高G加速度傳感器具有完整的信號(hào)幅度檢測(cè)范圍,，以及擴(kuò)展的工作溫度范圍（圖3）,，適用于汽車安全系統(tǒng)中的安全氣囊準(zhǔn)確部署。意法半導(dǎo)體的產(chǎn)品組合還包括6軸iNEMO 系統(tǒng),，加速度計(jì)和陀螺儀傳感器都封裝在同一芯片內(nèi),。
ADXRS910是ADI公司基于MEMS技術(shù)的陀螺儀，它專為汽車側(cè)翻檢測(cè)應(yīng)用而設(shè)計(jì),。該器件包含一個(gè)內(nèi)部溫度傳感器,，用于補(bǔ)償失調(diào)和靈敏度性能，在- 40℃～+ 105℃的溫度范圍內(nèi)具有非常高的穩(wěn)定性,。該陀螺儀可提供±300°/s的完整范圍,，可通過SPI通信（最高10MHz）進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。它采用SOIC封裝,，工作電壓為3.3V和5V,，工作電流小于20mA（見圖4）。
壓力和超聲波
在汽車系統(tǒng)中,，存在不同類型的流體（燃料,，發(fā)動(dòng)機(jī)油，冷卻劑,，清洗液等）,，這些流體需要使用非侵入性且安全可靠的方法監(jiān)測(cè)當(dāng)前狀態(tài)或消耗水平。Melexis的MLX90819 MEMS壓力傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)5V電源供電,，可用于精準(zhǔn)確定各種應(yīng)用中的流體壓力水平,，其中包括監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油、變速箱油和汽車燃油油位,、空調(diào)系統(tǒng)的冷卻液,，以及重型汽車制動(dòng)器中的空氣壓力等等（見圖5）。
高頻超聲波人耳無法察覺到,。在液位測(cè)量應(yīng)用中,，反射超聲波的單元漂浮在液體表面，傳感器安裝在容器底部,，信號(hào)能夠連續(xù)傳輸,。因此，通過測(cè)量聲波到達(dá)目標(biāo),，被反射和返回所需的時(shí)間,，即術(shù)語飛行時(shí)間（ToF）,，可以確定液位水平。為了提高超聲波傳感器的精度,，通常引入溫度傳感器,，以便能夠在溫度變化時(shí)精確地計(jì)算超聲波的速度。超聲波還可用于執(zhí)行流體速度的精確測(cè)量,。用于汽車的SoC解決方案具有集成的模擬前端（AFE）,，可替代傳統(tǒng)的分立解決方案，在10mm至1m的范圍內(nèi),，可以達(dá)到1mm級(jí)別的檢測(cè)精度,。德州儀器（TI）的TDC1000是一款完全集成的AFE，用于汽車市場(chǎng)中的超聲波液位測(cè)量,、流體/濃度識(shí)別和接近等應(yīng)用,。與MCU結(jié)合使用，可以構(gòu)成完整的超聲波檢測(cè)解決方案,。
結(jié)論
MEMS技術(shù)的許多最重要應(yīng)用都是在要求更苛刻的汽車市場(chǎng)，這種技術(shù)能夠降低成本,，并提高汽車性能,。很明顯，基于MEMS的壓力傳感器,、加速度計(jì)和其他器件對(duì)于提高道路行駛的安全性至關(guān)重要,，并在即將到來的自動(dòng)駕駛中起重要作用。