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汽車雖然并非新生事物，但這些年來造車市場卻熱鬧非常。最搶眼的無疑是一大波成功或失敗的造車新勢力。而實際上，幻象背后的動因是汽車技術(shù)的快速演進。 顯然，半導(dǎo)體廠商們不會缺席這場盛宴。汽車技術(shù)的更迭意味著龐大的市場機遇，尤其是當半導(dǎo)體技術(shù)成為主要驅(qū)動力的時候。近日，意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics，簡稱ST）亞太區(qū)模擬器件、MEMS和傳感器事業(yè)部 (AMS) ，MEMS產(chǎn)品市場應(yīng)用負責人Davide BRUNO先生向我們介紹了汽車技術(shù)發(fā)展的趨勢，以及ST的各類汽車傳感器技術(shù)及其應(yīng)用。 BRUNO先生介紹說，汽車電子發(fā)展的總體趨勢是，傳統(tǒng)汽車核心電子元器件的占比在減少，而用于電動化和數(shù)字化器件的比例在上升。如下圖所示，預(yù)計三五年后，后者的比例將上升到60%以上。半導(dǎo)體技術(shù)在汽車電動化的重要貢獻之一是碳化硅（SiC）器件的應(yīng)用，而傳感器技術(shù)對汽車的數(shù)字化進程至關(guān)重要。 
圖1：汽車系統(tǒng)中用于數(shù)字化與電動化電子器件占比在不斷上升 汽車傳感器增長動能 不論在傳統(tǒng)的還是新興的汽車電子系統(tǒng)中，傳感器的作用都舉足輕重。BRUNO先生介紹說，傳感器的市場機會主要體現(xiàn)在這幾方面的應(yīng)用：共享汽車門禁、路噪抑制、車聯(lián)網(wǎng)和輔助駕駛。 有機構(gòu)預(yù)測，至2024年，全球共享汽車的占比將達到汽車總量的10%以上。雖然共享汽車在我國并不那么被看好，但這個市場還是會增長。共享汽車門禁需要加速度計，以確定汽車處于行駛還是靜止狀態(tài)。超低功耗特性至關(guān)重要，而ST的加速度計正具備這個特性。 路噪抑制系統(tǒng)相對復(fù)雜，需要多顆傳感器：加速度計檢測車輪振動，麥克風感測車廂內(nèi)的噪聲。許多OEM的解決方案有多達8個麥克風和4個加速度計。當然，ST是MEMS麥克風和加速度計的重要廠商。 在車聯(lián)網(wǎng)方面，BRUNO說，ST一直是技術(shù)先驅(qū)。ST的TESEO汽車處理器，特別是MEMS和慣性測量單元，具有全套的開發(fā)工具。ST的6自由度慣性單元（6DOF模塊）將3軸加速度計和3軸陀螺儀集成在一起。內(nèi)置測斜計用于汽車報警，也可能用于檢測汽車碰撞。 再說輔助駕駛（ADAS），它實際上是自動駕駛的基礎(chǔ)。ADAS的關(guān)鍵器件是雷達和激光雷達。ST的傳感器在雷達生產(chǎn)過程中起到了關(guān)鍵作用。BRUNO說，汽車雷達的傾斜角和安裝方式非常重要，ST研發(fā)銷售專門用于汽車組裝生產(chǎn)線上檢測雷達傾斜度或穩(wěn)定性的傳感器。 接下來，BRUNO介紹了目前最熱門的自動駕駛技術(shù)。自動駕駛分為5級，從輔助駕駛到全自動駕駛。五級自動駕駛技術(shù)預(yù)計在2040年普及，每輛汽車中需要使用的傳感器數(shù)量也最多（30多個），如下圖所示。
圖2：全自動駕駛汽車需要多達30個傳感器 三次浪潮 前面講到了傳感器在各類汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用。實際上，這些傳感器并非一夜之間出現(xiàn)在您的車輛中。BRUNO說，汽車傳感器的應(yīng)用可分為三次浪潮，如下圖所示。
圖3：汽車傳感器應(yīng)用的三次應(yīng)用浪潮 汽車傳感器第一次應(yīng)用浪潮始于1974年的安全氣囊開始。ST是安全氣囊市場參與者。然后，主動安全應(yīng)用到來。再然后，信息娛樂系統(tǒng)出現(xiàn)，是為非安全應(yīng)用。ST是全球公認的汽車非安全應(yīng)用芯片第一大制造商。第三次浪潮始于主動安全，因為主動安全是自動駕駛汽車的一部分。BRUNO說，ST正與所有一級和OEM汽車制造商一起謀劃這次應(yīng)用浪潮。 雖然汽車傳感器的第二次應(yīng)用浪潮并未結(jié)束，例如側(cè)翻檢測傳感器目前只有50%左右的滲透率，但第三次浪潮無疑才是最具市場潛力當然也是最重要的。第三次浪潮的終極目標是實現(xiàn)自動駕駛，而這對傳感器的性能要求是前所未有的。 BRUNO介紹說，傳感器的精度、穩(wěn)定性和線性度是3個重要參數(shù)，它們對汽車的自動駕駛意義重大。零級自動駕駛基本上不用傳感器。一級自動駕駛要求傳感器在30秒內(nèi)提供定位數(shù)據(jù)，定位誤差小于50厘米。三級的準確度要求從50厘米變?yōu)?0厘米。五級沒有定位誤差，也就不可能有定位錯誤。 為解決這些問題，大多數(shù)OEM和一級廠商的做法是在慣性模塊或子系統(tǒng)中使用冗余配置，將幾個相同的傳感器安裝在一起。這種配置顯然成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。未來的趨勢是只用一個多軸慣性測量系統(tǒng)加上功能安全模塊。ASIL安全標準有A、B、C、D 4個等級，D級要求最嚴格。今天，大多數(shù)6軸慣性單元都是ASILB級。ST不久的將來要推出D級產(chǎn)品。 目前，ST已經(jīng)為客戶提供3/4/5自由度的慣性模塊或整合多個不同自由度的解決方案，以解決ESC系統(tǒng)、側(cè)翻檢測和穩(wěn)定控制需求。ST的陶瓷封裝讓傳感器單元有更高的穩(wěn)定性和更好的線性度，是汽車傳感器的未來。 關(guān)于傳感器的精度，校準是一個非常重要的問題。傳感器校準時間與成本密切有關(guān)。例如，飛機的傳感器系統(tǒng)價值15萬美元，需要一周的時間逐一校準。相比之下，ST的傳感器校準只需幾秒鐘，因此成本可以大幅下降。ST不僅在公司內(nèi)部團隊間通力合作，還與重要的封裝專家和領(lǐng)先企業(yè)（其中許多來自中國）合作開發(fā)封裝技術(shù)，以制定校準測試方法。 如下圖所示，ST的ASM330CHH慣性傳感器，其最佳競品售價約10,000美元，校準需要1到2天的時間。圖表給出了偏移量和靈敏度誤差兩個參數(shù)。在許多參數(shù)比較中，ST的產(chǎn)品表現(xiàn)更好。
圖4：ST的慣性測量單元與價格上萬美元的競品性能對比 最后，BRUNO談到了激光雷達，這是自動駕駛的核心技術(shù)。激光雷達裝置里有反射鏡，這是用半導(dǎo)體制成的真實的小鏡子。ST與知名科技公司Leddartech合作，為他們提供由MEMS微鏡和光學(xué)元件組成的激光雷達子系統(tǒng)。ST在市場上推廣這個激光雷達解決方案，幫助激光雷達尺寸更小、成本更低。 以上介紹了ST公司重要的汽車傳感器技術(shù)。實際上，ST提供的汽車傳感器產(chǎn)品還有很多，如檢測駕駛員狀態(tài)的圖像傳感器，它們有助于大幅降低事故發(fā)生率。未來汽車需要越來越多的傳感器，需要性能更高的傳感器，而ST正致力于以更高的性價比滿足市場的需求。 |
