车规级MEMS研究:单车100+MEMS传感器,产品创新和国产化正显著加速

佐思汽研发布了《2025年车规级MEMS（微机电系统）传感器研究报告》。

MEMS（Micro Electro Mechanical System，微机电系统），是一种将微机械结构、微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源模块等按功能要求集成于芯片上的微型器件或系统。MEMS微机电系统主要可分为MEMS传感器和MEMS执行器。

MEMS传感器由MEMS芯片和ASIC芯片封装构成，MEMS芯片把外界的物理、化学、生物等信号转换成电信号，ASIC芯片读取上述电信号并进行处理、输出，从而实现外部信息获取的功能。与传统传感器相比，MEMS传感器可以把配件全部集成在一块很小的MEMS芯片上，具有高集成度、微型化、智能化、重量低、功耗低、多功能等优点。

MEMS微机电系统的产品分类

来源：佐思汽研《2025年车规级MEMS（微机电系统）传感器研究报告》

在汽车领域，MEMS传感器广泛应用于汽车的ADAS系统、智能座舱、车身舒适系统、动力总成和底盘系统。主要应用包括高精度定位、健康座舱（空气质量）、车内心跳监测、智能车钥匙、主动降噪、热泵空调、安全气囊、发动机、电池管理系统（BMS）、车身电子稳定系统、防抱死系统（ABS）、电控悬挂以及胎压监控（TPMS）等汽车的各个部分。

MEMS传感器在汽车中的应用

来源：美新半导体

汽车应用的MEMS产品中，压力传感器、惯性传感器及麦克风是使用最多的MEMS传感器，占汽车MEMS系统的99%。未来随着汽车智能化和系统集成化的趋势以及MEMS相关器件的研发，将会有更多种类、数量的MEMS传感器应用到汽车上。

MEMS惯性传感器：MEMS IMU在自动驾驶中的应用将实现增长

MEMS惯性传感器是新能源汽车智能驾驶感知的基础，主要包括MEMS陀螺仪、MEMS加速度计、MEMS IMU惯性测量单元，可用于测量车辆行驶时的加速度和角速度，提供实时的车辆运动姿态和运动轨迹。MEMS惯性传感器（加速度计、陀螺仪）最早应用于安全气囊和电子稳定控制系统中，随着汽车自动驾驶的发展，拓展了MEMS IMU在高精度定位和导航场景中的应用。

MEMS IMU在经典智驾方案中的应用

来源：戴世智能

MEMS IMU内部集成了MEMS加速度计、MEMS陀螺仪以及运动/姿态算法。在经典智驾场景中，MEMS IMU常用于车辆定位与导航、运动状态感知、环境感知辅助、控制与决策支持等模块及功能中。

端到端智驾方案对IMU的进阶需求

来源：戴世智能

在端到端智驾方案中，IMU集成至域控的方案已成为主流选择。伴随自动驾驶的演进，汽车对于感知及定位部分有着更高的准确性和安全性要求，需要保证车辆位置信息高度准确和可靠，尤其是L3及以上的自动驾驶车辆需要拥有更高精度的定位，对于MEMS IMU的要求会越来越高：

高精度与高稳定性：高精度的IMU可以提供更准确的车辆姿态信息，帮助系统更好地理解车辆在空间中的位置和方向。同时IMU的稳定性对系统的可靠性至关重要，在长时间运行过程中，IMU需要保持稳定的性能，输出可靠的数据，不受温度变化、振动等环境因素的影响。

快速响应与高更新频率：端到端智能驾驶系统需要对环境变化做出快速响应，因此IMU需要具有快速的响应能力以及高频率更新数据。

与深度学习模型的兼容性：端到端智能驾驶系统通常使用深度学习模型来处理传感器数据，因此IMU需要提供与深度学习模型兼容的数据格式。

高可靠性与故障分析能力：端到端智能驾驶系统对安全性要求极高，包括在各种恶劣环境下的正常工作能力，如高温、低温、高湿度、强振动等环境，因此IMU需要具有高可靠性。同时由于端到端系统的复杂性，IMU需要具备故障检测和诊断能力。而当IMU出现故障时，智驾系统能够及时检测到故障，并采取相应的措施，如切换到备用传感器或降低车辆速度，以确保车辆的安全。

针对惯性导航、ADAS及自动驾驶应用，2024年11月，村田制作所Murata推出了新款车规级6轴MEMS惯性传感器SCH1633-D01，它是目前村田车规级IMU中体积最小的产品。

村田新款车规级6轴MEMS IMU——SCH1633-D01

该车规级6轴MEMS IMU内部集成了3轴加速度计和3轴陀螺仪，加速度量程为±8g，角速度量程为±62.5dps~±300dps，内置正交误差补偿，可实现极其平滑和高分辨率的输出；该IMU还具备时间同步功能，可以提供结合GNSS的航位推算、车辆姿态测量、摄像头/激光雷达/雷达的倾斜检测等所需要的信号，解决这些信号之间存在的时间错位问题。

在车规级MEMS IMU领域，目前较高精度的MEMS IMU大多依赖于海外进口。随着国内新能源汽车行业的发展优势和契机，车规级MEMS IMU的国产化替代正在加速进行，矽睿科技、导远科技、美泰科技、瑞声科技、华芯半导体、戴世智能、新纳传感等国内企业正在布局车规级MEMS IMU产品。

2024年7月，矽睿科技发布了全新的六轴MEMS惯性测量单元QMI8A01/QMI8A01z。其中QMI8A01z已经通过AEC-Q100 Grade2可靠性验证标准。

矽睿科技六轴MEMS IMU产品QMI8A01/QMI8A01z主要技术特点

来源：佐思汽研《2025年车规级MEMS（微机电系统）传感器研究报告》

QMI8A01z中的MEMS陀螺仪的板级灵敏度误差达到±1%，MEMS加速度计的TCS达到了0.0025%/℃，在恶劣环境的使用场景中，能尽量减少环境带来的影响，还有利于技术人员开发出灵活度更高的算法。此外，本系列器件支持 SPI、I²C、I³C通讯协议，而且为了降低应用开发者的开发难度，传感器内置智能算法，主要集成了AnyMotion, No-Motion, SignificantMotion运动判断引擎，可以检测运动/静止/持续运动等，并输出相应的中断信号。

MEMS压力传感器：MEMS压力传感器在BMS中的热失控监测应用将实现增长

MEMS压力传感器广泛用于汽车的动力域、底盘域以及座舱域中。在传统燃油车中，MEMS压力传感器被广泛应用于变速箱和发动机等的压力检测。在新能源汽车领域，EV汽车的加速发展可能意味着传统燃油车动力系统中对于压力传感器的需求将减速，与此同时，MEMS压力传感器也会出现一些新的应用场景。比如，座舱域中的座椅压力传感器和热泵空调压力温度复合传感器、动力域中的电池包压力传感器等。其中，BMS系统中的热失控监测有望实现显著增长。

目前新能源汽车动力电池以锂电池为主，过充、过放、过热、短路、高温、挤压、碰撞、进水等原因都有可能引发电池包热失控现象。热失控情况下，电池包内部会发生多种化学反应，在化学反应下会产生热量和气体，电池内部压力会增强，这时候可以通过压力传感器来检测到电池包的压力变化。

NXP电池压力监测传感器NBP8-9x结构框图

来源：NXP

恩智浦的压力传感器产品系列NBP8和NBP9是一个完全集成的电池压力监控传感器，该方案内置MCU、压力传感器，集成了一个8位中央处理器CPU和恩智浦提供的固件。以NBP8xx系列产品为例，该产品可以检测压力，当检测到压力有变化时可以唤醒主MCU。压力传感器位于电池监测单元内，这里的压力传感器与主MCU通信，然后主MCU通知驾驶员在热逸走爆发前赶快逃到车外。

MEMS麦克风：智能驾驶感知应用将成为车载MEMS硅麦的新增量

车载MEMS麦克风的应用可分为车内拾音应用和车外拾音应用两类，其中车内拾音应用主要包括免提通话、语音交互、主动降噪等，车外拾音应用包括环境感知和外部语音拾取，用于道路状况检测、（救护车/警车）警报器检测。

ADAS系统一般是基于摄像头、雷达或激光雷达的位置采集，目标对象必须要在其视线范围内才能被系统探测与识别。而在L3/L4自动驾驶系统中，对于紧急车辆逼近的检测能力会有更高的要求。L3/L4自动驾驶要求车辆能够检测并响应动态行车环境，例如救护车、警车等紧急服务车辆，如果在视线被遮挡的情况下，基于视觉的感知显然是无法及时检测到有紧急车辆的接近。

而车载MEMS麦克风可以为车辆提供听觉能力，在视觉传感器之前通过MEMS麦克风提前感知到紧急车辆的接近。麦克风极高的灵敏度可以在人耳听不到的情况下检测到周围的声音，对靠近的物体提前警示，为驾驶员或自动驾驶系统留出更多的时间来做出响应，提高自动驾驶系统的安全性。

英飞凌携手Reality AI共同打造出了一套能让车辆拥有听觉能力的先进传感解决方案，该解决方案是在现有的传感器系统上增加车载MEMS硅麦，通过声音帮助智能驾驶，可以更好地实现对特殊车辆的避让，并对盲区看不到的行人和车辆进行提前预警。

英飞凌基于车载MEMS硅麦IM67D130A打造的传感解决方案框图

来源：英飞凌

该传感解决方案基于英飞凌XENSIV系列车载MEMS硅麦IM67D130A，结合AURIX微控制器MCU和Reality AI的“Automotive See-With-Sound”（SWS）系统打造而成。英飞凌车载MEMS硅麦IM67D130A低失真(THD)和130dB SPL的声过载点 (AOP)，使得麦克风能在嘈杂的环境中捕获到无失真的音频信号，从而对于隐藏在高背景噪声或风噪声中的警报声也能进行可靠的识别。

由于该系统采用基于机器学习的算法，即使驾驶员看不到，或车辆的ADAS传感器无法检测到紧急车辆、常规车辆及其他交通参与者，机器学习算法也能确保识别全球各个国家的紧急车辆鸣笛声。

英飞凌通过Reality AI的“SWS系统”识别紧急车辆鸣笛声

来源：英飞凌

为处理音频信号，Reality AI软件采用了英飞凌AURIX TC3x系列MCU。该可扩展的MCU系列提供从一核到六核的选择范围及高达16MB的闪存，能达到ISO26262 2018标准的ASIL-D功能安全等级，并满足EVITA的全面网络安全标准。