在自动驾驶技术迅速发展的浪潮下，高级驾驶辅助系统（ADAS）成为汽车智能化与安全化演进的核心。除了摄像头、毫米波雷达与激光雷达等外部环境感知设备外，能实时捕捉车辆自身状态的惯性传感器同样不可或缺。其中，陀螺仪与加速度传感器组成的 IMU（Inertial Measurement Unit，惯性测量单元），能够准确提供车辆的加速度、偏航速率与姿态变化数据，为车道保持、电子稳定控制、自适应巡航以及自动紧急制动等功能提供基础支撑。随着ADAS逐步迈向更高级别自动驾驶，如何增进惯性传感器的精度、可靠性与多传感器融合能力，已成为业界实现安全与智能驾驶的重要解决方案之一。本文将为您介绍ADAS的发展历程与系统架构，以及由Murata（村田制作所）所推出的陀螺仪与加速度传感器组成的IMU解决方案的功能特性。
ADAS的发展历程与系统架构
ADAS已经历经了多年的发展，在早期阶段（2000年前后）主要以单一功能性辅助为主，例如ABS（防抱死制动系统）、ESC（车身动态稳定系统）、定速巡航等，传感器多以雷达为主，提供基础的防碰撞与车距控制。在2010年前后进入功能扩展阶段，引入摄像头、毫米波雷达、超声波传感器，开始实现车道偏离警示（LDW）、盲点侦测（BSD）、自动紧急制动（AEB），系统从单一功能逐渐发展为多功能集成。
在2020年前后ADAS则朝向智能化与融合阶段，出现多传感器融合（Sensor Fusion），例如结合雷达、摄像头、超声波，并引入AI算法，可实现半自动驾驶功能，如L2级别的自动驾驶（高速公路自动巡航、车道保持辅助）。未来则将朝向高阶辅助与自动驾驶过渡，发展至L3以上自动驾驶，需要高精度地图、V2X（车联网）、更高算力的车载AI芯片，系统架构趋向于集中化（集中式ECU／域控制器）以支持更多传感器与算法。
ADAS系统架构通常可分为感知层、决策层、执行层三大部分。感知层（Perception Layer）包含传感器，如摄像头（前视／环视／内视）、毫米波雷达（短距／中距／长距）、超声波传感器、激光雷达（高阶ADAS或L3+自驾），功能用于环境感知（物体侦测、车道线识别、行人辨识、障碍物检测）。
决策层（Decision Layer）则包含核心控制单元（ECU／域控制器），涵盖传感器融合算法、AI／深度学习模型（行人、车辆、交通号志识别）、路径规划、决策逻辑，功能上用于做出驾驶辅助或自动驾驶决策。
执行层（Actuation Layer）则包含车辆控制单元，像是制动系统（ABS/ESC/AEB）、驾驶系统（转向助力EPS、车道保持）、动力系统（油门控制、智能巡航），功能上用于实际执行控制命令，保障车辆动态稳定与驾驶安全。
ADAS的发展从单一功能辅助逐步演进到多传感器融合与AI驱动的智能化架构，最终迈向L3以上的自动驾驶。其系统架构涵盖感知–决策–执行三大层，核心在于多传感器融合与效率较高的运算平台的应用。
陀螺仪与加速度传感器在ADAS应用中扮演的角色
陀螺仪（Gyroscope）与加速度传感器（Accelerometer）是在ADAS应用中的重要组成元器件，加速度传感器用于测量车辆在X、Y、Z三轴方向的加速度，可推算车速变化、碰撞发生瞬间的冲击力。陀螺仪可用于测量车辆的角速度（yaw、pitch、roll），可判断车辆转向角度、姿态变化、横向与纵向动态。两者常以IMU的形式整合，用于提供高精度的车辆动态信息。
陀螺仪与加速度传感器在ADAS中常应用于车辆动态控制（Vehicle Dynamics Control, VDC），加速度传感器可监测车身横向加速度，侦测是否存在甩尾、打滑，陀螺仪可测量偏航速率（Yaw Rate），判断转向是否过度或不足，可与ESC（电子稳定控制系统）结合，自动调整制动与动力输出，避免失控。
在自动紧急制动（AEB）与碰撞侦测应用方面，加速度传感器可在碰撞瞬间准确检测冲击，迅速触发安全气囊，当与雷达／摄像头数据结合时，可在碰撞前预先减速。
在车道保持辅助（LKA/LKS）与车道偏离警示（LDW）应用中，陀螺仪可监控车辆方向稳定性，帮助识别是否因驾驶操作或外力影响导致车辆偏离，当与摄像头的车道线检测融合，能更准确判断车辆是否偏出车道。
在自适应巡航控制（ACC）与自动驾驶导航应用上，加速度传感器可提供车辆加减速的实时数据，增强巡航控制的平顺性。陀螺仪可配合GPS，用于高精度定位与姿态修正，避免单纯GPS导致的漂移误差。
在停车辅助与低速自动驾驶应用中，IMU（加速度+陀螺仪）在低速或GPS信号弱的环境（如地下停车场）中，提供相对位置与姿态信息，辅助车辆完成泊车。
陀螺仪与加速度传感器在ADAS架构中属于感知层（Perception Layer）的关键基础传感器，可与摄像头、毫米波雷达、激光雷达互补，提供“车辆自身状态”而非外部环境的信息。经由决策层（ECU／域控制器）的算法融合后，可输出车辆动态参数，进一步驱动执行层的制动、转向或加速控制。
陀螺仪与加速度传感器在ADAS 中扮演“车辆动态感知”的重要角色。它们能实时提供车身姿态、加速度、偏航速率等信息，协助实现车辆稳定控制、碰撞侦测、车道保持、自动巡航与准确定位等核心功能，特别是在摄像头与雷达无法完全覆盖的场景下，提供了关键的冗余与安全保障。
IMU模块为ADAS的测量数据高精度化作出贡献
自动驾驶有多种级别，但都需要高度精确的传感和集成处理所获信息的算法。Murata在开发用于高级驾驶辅助系统和自动驾驶的产品时，用内置了Murata开发的测试用IMU模块的实验车辆进行行驶实验，并在假设用例的情况下进行安全性评估和验证。通过较低的成本和可以准确测量的产品群成为实现汽车自动驾驶的关键，为测量数据高精度化作出贡献。
以Murata推出的汽车用一体型6DoF陀螺仪加速度传感器──SCH1600为例，SCH1600传感器是理想的单封装6DoF元器件，通过与GNSS（全球导航卫星系统）和多种感知传感器（如摄像头、雷达和激光雷达）进行数据融合用于ADAS（高级驾驶辅助系统）功能和AD（自动驾驶）。
SCH1600传感器提供市场上更胜一筹的角度随机游走和零偏稳定性，可确保即使在几秒钟的累积时间内，也能产生高质量的陀螺仪信号，迅速的提供数据速率、时间同步功能和高性能，使车辆内全部子系统（从HUD控制到摄像头和前照灯调平）都能共享有效的IMU信号。
满足严格的功能性与安全性能的高精度IMU解决方案
Murata SCH1600配备了200多个内部监控信号，其严格的功能性安全性能在市场中属于较高水准。测量轴的正交性在Murata进行了校准，使系统集成商可以跳过这一昂贵且性能至关重要的工艺步骤。
SCH1600传感器系列通过冗余设计选项和内置可调双输出通道为经验丰富的客户提供更大的灵活性，支持±300°/s的角速率测量范围，以及±8g的加速度测量范围，具有冗余数字加速度计通道，动态范围高至±26g，陀螺仪零偏不稳定性低到0.5°/h，角度随机游走可低到0.03°/√Hz，提供输出插值和抽取选项，可用于时钟域同步的数据就绪输出、时间戳索引和SYNC输入功能，可适用于−40至110℃的工作温度范围，支持3.0至3.6V的电源电压，1.7至3.6V的I/O电源，具有SafeSPI v2.0接口，可通过SPI帧选择20位和16位的输出数据，具有范围宽广的自诊断功能，利用超过200个监测信号，尺寸为11.8mm x 13.4mm x 2.9mm（长x宽x高），采用SOIC-24倒置外壳，符合AEC-Q100 1级认证，以及符合RoHS标准的牢固SOIC塑料封装，适合无铅焊接工艺和SMD安装，是经过验证的电容式3D-MEMS技术。
SCH1600系列旨在作为中央车辆IMU，即使在非常恶劣的环境中也能为车辆内的全部子系统提供高质量信号。代表性应用领域包括高级驾驶辅助系统（ADAS）、自动驾驶（AD）和短期航位推算（DR）、GNSS、摄像头和雷达融合、惯性导航、高阶车辆稳定性控制、动态和静态前照灯调平。Murata也提供SCH1600芯片载体PCB，旨在实现迅速的原型设计，包含了SCH1600传感器焊接在PCB上，PCB设计（#MFI01398）带排针和无源元器件。
在汽车应用领域中，Murata推出多项产品可应用于ADAS ECU（高级驾驶辅助系统ECU）、停车系统、LiDAR、RADAR、感应摄像头、座舱监控系统。以用于汽车ADAS ECU（高级驾驶辅助系统ECU）的产品阵容为例，包括一系列可应用于SoC、DC-DC/PMIC、基带、SerDes、CAN收发器、以太网、时钟等领域的产品线，像是陶瓷电容器、片状铁氧体磁珠、热敏电阻、功率电感器、片状电感器（片状线圈）、片状共模扼流线圈、陀螺仪、陶瓷谐振器（CERALOCK）、晶体谐振器等，可满足汽车应用的多方面需求。
结语
陀螺仪与加速度传感器在高级驾驶辅助系统中，不仅是车辆动态感知的基础，更是保障驾驶安全与改进智能驾驭体验的关键要素。通过提供高精度的加速度与姿态信息，它们能与摄像头、雷达、激光雷达等外部传感技术形成互补，实现多传感器融合下的稳定决策与控制。随着自动驾驶等级的提高，未来解决方案将更加注重传感器的高可靠性、低功耗与AI融合能力，从而为车辆构建出更有效、更安全的智能出行生态。Murata推出的陀螺仪与加速度传感器具备高精度与稳定性，将会是ADAS与自动驾驶应用的理想解决方案之一。
文章来源：艾睿电子