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汽车与机器人传感器技术综述
2026-05-16 17:19:46 来源：麦姆斯咨询评论：0 点击：

本文系统梳理了汽车与机器人中采用的各类传感器技术。针对汽车应用，重点介绍了基于MEMS技术的燃烧压力传感器、横摆角速度传感器（陀螺仪）、加速度传感器、光学扫描器（核心是MEMS微镜）；针对机器人应用，重点介绍了惯性力传感系统、神经网络式传感系统和触觉传感器。

近年来，汽车与机器人应用的快速发展，正推动传感器技术从单一测量单元向高精度、小型化、低成本、系统级感知平台演进。尤其是MEMS技术的发展，推动了各类传感器在尺寸、成本和性能等方面取得显著进展，为自动驾驶汽车以及下一代服务机器人提供了重要的感知技术基础。

据麦姆斯咨询报道，针对该领域研究，日本名城大学（Meijo University）在IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering期刊上发表了题为“Sensor Technologies for Automobiles and Robots”的综述文章，系统梳理了汽车与机器人中采用的各类传感器技术。针对汽车应用，重点介绍了基于MEMS技术的燃烧压力传感器、横摆角速度传感器（陀螺仪）、加速度传感器、光学扫描器（核心是MEMS微镜）；针对机器人应用，重点介绍了惯性力传感系统、神经网络式传感系统和触觉传感器。

汽车传感器

（1）汽车传感器概述

汽车上使用了大量的传感器，主要包括温度、压力、气体、位置、角速度、加速度、力/扭矩、光、声音、视觉等传感器。MEMS技术的发展，推动了汽车传感器的小型化、低成本化和高性能化。由于MEMS技术能够实现紧凑而高精度的微结构；同时，硅（Si）常被用作基础材料，便于与集成电路（IC）结合并实现数字化。这也是汽车传感器能够从单一机械部件逐步发展为高集成度电子控制单元的重要基础。

汽车传感器与MEMS技术进展

图1 汽车传感器与MEMS技术进展

（2）燃烧压力传感器

稀薄燃烧是一种提高发动机燃油效率并改善尾气排放的重要方法，而用于检测燃烧状态的燃烧压力传感器是其中的关键传感器。由于该类传感器直接安装在发动机上，因此必须能够承受燃烧过程产生的高温环境。

燃烧压力传感器

图2 燃烧压力传感器

（3）横摆角速度传感器

横摆角速度传感器是一种陀螺仪，主要用于车辆运动控制。例如，丰田（Toyota）车辆稳定控制系统（VSC）和车辆动态综合管理系统（VDIM）均属于典型的防侧滑控制系统。目前，汽车自动驾驶对高精度陀螺传感器的需求非常大。

石英横摆角速度传感器的结构与原理

图3 石英横摆角速度传感器的结构与原理

（4）加速度传感器

自动驾驶惯性导航系统需搭配陀螺仪与加速度传感器协同工作。高精度加速度信号依赖数字化伺服式信号处理技术。此外，频率变型、相位变型加速度传感器是未来的重要方向，此类器件的核心关键在于激励频率的长期稳定性。

锯齿形Z电极加速度传感器

图4 锯齿形Z电极加速度传感器

（5）光学扫描器

自动驾驶场景中，道路、建筑物、车辆及行人的精准识别至关重要。无线电测距、激光雷达、声波测距及车载相机是主流的车外感知传感器，其中激光雷达（LiDAR）因可精准勾勒人体轮廓，成为行业重点研究方向。激光光束的扫描方式主要分两种：旋转多面镜（多角棱镜）与振动微镜（MEMS微镜）。

采用MEMS扫描器的激光雷达光学系统

图5 采用MEMS扫描器的激光雷达光学系统

机器人传感器

（1）机器人惯性力传感系统

实践表明，汽车级传感器完全能够满足下一代移动机器人的应用需求。以陪护协作型机器人为代表，其产业化普及将进一步拓宽人类生产生活的应用场景与发展空间。这类机器人可广泛部署于办公场所、医院、康养机构及家庭场景，承担人机协同与辅助服务工作。若这类机器人能搭载具备人工半规管特性的惯性感知系统，则双足机器人便可实现稳定直立行走，轮式机器人也能完成倒立平衡与两轮自主行进。具备人工半规管特性的惯性力传感系统结构如图6所示。

惯性力传感系统的结构

图6 惯性力传感系统的结构

惯性力传感系统的应用案例

图7 惯性力传感系统的应用案例

（2）机器人神经网络式传感系统

陪护协作型机器人旨在服务人类并与人协同工作，需要在人机交互环境中稳定运行，因此必须搭载各类感知传感器。其中，触觉传感器是人机交互、养老陪护、辅助作业的核心器件。在机器人表面大规模布设传感器时，会面临安装布局、布线走线及通信匹配等诸多难题，机器人神经网络式传感系统则为此提供了解决方案，该系统由主机节点、中继节点和传感节点组成，可显著简化大量传感器在机器人手臂、腿部和身体表面的布线。

神经网络式传感系统的结构