MEMS傳感器如何讓交通更安全和更高效

交通事故造成的慘劇每一天都在上演，根據(jù)美國安全委員會(huì)（National Safety Council）公布的數(shù)據(jù)顯示，僅僅在2017年的上半年，美國共有18689人死于交通事故。中國國家安全監(jiān)管總局、交通運(yùn)輸部發(fā)布的數(shù)據(jù)則透露，中國在2016年因交通事故死亡的人數(shù)達(dá)6.3萬。這些令人心痛的數(shù)據(jù)印證了交通事故猛于虎。

如何讓交通更安全？如何讓交通更高效？從當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)來看，大家選擇相信車子自己開比人類駕駛更安全、高效。自動(dòng)駕駛將提升個(gè)人安全系數(shù)，可減少90%以上的事故。自動(dòng)駕駛是當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)的熱門話題，由于其實(shí)現(xiàn)的過程中離不開電子元器件和網(wǎng)絡(luò)通信的助力，因此自動(dòng)駕駛成為一個(gè)多產(chǎn)業(yè)融合的課題。其中，電子元器件主要任務(wù)是搭建自動(dòng)駕駛的硬件平臺(tái)，收集道路交通數(shù)據(jù)，最終幫助軟件算法完成駕駛決策?？梢哉f，電子元器件是自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）是自動(dòng)駕駛的鋪路石

毫無疑問，汽車產(chǎn)業(yè)正在朝著自動(dòng)駕駛方向發(fā)展，而高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛發(fā)展的重要前提。到2020年，美國和歐盟出售的所有新車都必須配備自動(dòng)剎車和碰撞預(yù)警系統(tǒng)。麥肯錫的調(diào)研顯示，消費(fèi)者對(duì)自動(dòng)泊車和盲點(diǎn)監(jiān)控等 ADAS 功能越來越感興趣。

羅姆半導(dǎo)體(上海)有限公司設(shè)計(jì)中心高級(jí)經(jīng)理李春華認(rèn)為，ADAS是通往自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的先驅(qū)，搭載ADAS車輛的市場(chǎng)投放以及研發(fā)速度如今正飛速發(fā)展。作為系統(tǒng)的關(guān)鍵，各種傳感元器件按照其特點(diǎn)，被運(yùn)用于各種用途，近年來，除了提高識(shí)別、檢測(cè)精度以及模塊的小型化之外，市場(chǎng)還強(qiáng)烈要求注重功能安全的元器件。

意法半導(dǎo)體（ST）看到，目前20％的在產(chǎn)車輛至少配備兩個(gè)輔助駕駛系統(tǒng)，在立法、客戶意識(shí)和OEM主推價(jià)格合理的新功能的市場(chǎng)策略的推動(dòng)下，到2020年，視覺和雷達(dá)輔助駕駛系統(tǒng)將成為大多數(shù)車輛的標(biāo)配。我們預(yù)測(cè)，未來十年，僅輔助駕駛系統(tǒng)就會(huì)拉動(dòng)整車半導(dǎo)體使用數(shù)量提高一倍。隨著市場(chǎng)對(duì)傳感器需求的增長(zhǎng)，對(duì)嵌入式計(jì)算平臺(tái)的需求也相應(yīng)增長(zhǎng)。ST認(rèn)為，契合當(dāng)下2級(jí)自動(dòng)駕駛汽車的ADAS+方案將會(huì)被大規(guī)模部署。

Molex地區(qū)銷售經(jīng)理Sophia Cai認(rèn)為，作為自動(dòng)駕駛的前期階段，ADAS是一個(gè)輔助系統(tǒng)，并不是一個(gè)自動(dòng)的系統(tǒng)，車輛在行駛過程中要做主的永遠(yuǎn)是人。但是，很多時(shí)候人是根據(jù)車輛的反饋系統(tǒng)做出的判斷，如果信息出錯(cuò)就容易造成事故。Sophia 指出，當(dāng)車輛要耐受大量的振動(dòng)和沖擊，因此安全系統(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)警，這并不奇怪。解決方法則是將各種接口和互連系統(tǒng)加固，使設(shè)計(jì)具備高度的可靠性與保持力，從而避免意外斷開。

賽靈思公司表示，當(dāng)前處于自動(dòng)駕駛發(fā)展的“試錯(cuò)”階段，算法的更新迭代周期非常短，這給FPGA更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。以ADAS報(bào)警為例， ADAS 系統(tǒng)提醒是被動(dòng)式的，但也有可能是主動(dòng)式的。減少“誤報(bào)率”主要是要在系統(tǒng)級(jí)解決的問題。增加傳感器數(shù)量，提高傳感器融合，這都有助于確保誤報(bào)率的降低。賽靈思技術(shù)能為系統(tǒng)開發(fā)人員帶來以下優(yōu)勢(shì)。

從半導(dǎo)體廠商和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的表態(tài)來看，在未來的一段時(shí)間內(nèi)，ADAS的部署將成為汽車產(chǎn)品的加分項(xiàng)，也將成為半導(dǎo)體廠商的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)，直到各行業(yè)打通自動(dòng)駕駛的所有關(guān)節(jié)，ADAS才會(huì)逐漸從汽車歷史謝幕。

安全問題是自動(dòng)駕駛的大問題

美國交通部于當(dāng)?shù)貢r(shí)間10月4日發(fā)布了發(fā)布了第3版自動(dòng)駕駛指導(dǎo)政策——《準(zhǔn)備迎接未來交通，自動(dòng)駕駛汽車3.0》。其中提到，“針對(duì)自動(dòng)駕駛汽車，交通部準(zhǔn)備通過美國公路交通安全管理局(NHTSA)來重新考慮現(xiàn)行安全標(biāo)準(zhǔn)的必要性和適用性。”可以看出，安全性是自動(dòng)駕駛不容忽視的前提。

CEVA公司汽車市場(chǎng)營銷總監(jiān)Jeff VanWashenova指出，在啟動(dòng)全自動(dòng)和部分自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，安全是關(guān)鍵問題，并且在諸如城市駕駛、夜間和惡劣天氣運(yùn)行等許多具有挑戰(zhàn)性的情況下，需要付出很多努力來確保安全運(yùn)行。業(yè)界正在通過ISO26262來解決這些問題，但這只是一個(gè)開始。需要花費(fèi)大量精力來定義這些系統(tǒng)將要經(jīng)歷的極端情況，這不是一件容易的事。為了完全理解有可能發(fā)生的所有情況，我們需要記錄許多英里的駕駛情況，從而定義、診斷和解決許多獨(dú)特場(chǎng)景問題。為了克服這些挑戰(zhàn)，社會(huì)需要定義一個(gè)可接受的安全和性能水平。雖然世上沒有完美的系統(tǒng)，但這不應(yīng)該阻礙我們努力發(fā)展更好的全自動(dòng)車輛以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性和安全性方面的巨大優(yōu)勢(shì)。

村田（中國）投資有限公司市場(chǎng)&業(yè)務(wù)發(fā)展部高級(jí)工程師崔璐表示，村田是業(yè)內(nèi)較早將MEMS傳感器應(yīng)用于汽車主動(dòng)安全的公司之一，相比“安全氣囊”等事故發(fā)生后的“被動(dòng)安全”，村田的MEMS傳感器依靠其極高的靈敏安全性能，可以做到“防患于未然”。村田的加速度傳感器、防止翻車的陀螺儀傳感器以及可應(yīng)用在胎壓檢測(cè)上的振動(dòng)傳感器、還有它們的組合式傳感器，均在汽車主動(dòng)安全設(shè)計(jì)上功不可沒。這些傳感器都符合AEC-Q100的標(biāo)準(zhǔn)，具有高精度，高穩(wěn)定性，高可靠性等特點(diǎn)，很早便深度介入到ABS（制動(dòng)防抱死系統(tǒng)）、ESC（電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)）等汽車主動(dòng)安全領(lǐng)域中，其中在涉及汽車安全的車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESC）領(lǐng)域表現(xiàn)尤為突出，村田希望通過這種主動(dòng)的方式去感知車身姿態(tài)，從而達(dá)到保護(hù)駕駛員生命安全的目的。

羅姆與集團(tuán)旗下的藍(lán)碧石半導(dǎo)體（LAPIS Semiconductor）開發(fā)出面向高清液晶面板導(dǎo)入功能安全的車載芯片組。本芯片組是由驅(qū)動(dòng)車載業(yè)界最高的HD/FHD級(jí)別高清液晶面板的柵極驅(qū)動(dòng)器、源極驅(qū)動(dòng)器（各驅(qū)動(dòng)器均由藍(lán)碧石半導(dǎo)體制造）、時(shí)序控制器，以及使這些器件達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)的電源管理IC和伽瑪校正IC構(gòu)成。構(gòu)成芯片組的各IC搭載可相互檢測(cè)可能發(fā)生的故障模式的功能。液晶驅(qū)動(dòng)器的損壞和剝落、液晶的輸入信號(hào)等信息可隨時(shí)確認(rèn)并反饋，作為芯片組還可通過互補(bǔ)來檢測(cè)面板的故障。通過導(dǎo)入功能安全，在車速表和后視鏡采用液晶面板時(shí)，有助于預(yù)防所擔(dān)心的重大事故。

半導(dǎo)體廠商在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的重點(diǎn)產(chǎn)品布局

面對(duì)自動(dòng)駕駛的大趨勢(shì)和其帶來半導(dǎo)體增長(zhǎng)的歷史性機(jī)遇，半導(dǎo)體廠商有著怎樣的產(chǎn)品應(yīng)對(duì)呢？

ADI從1987年開始做MEMS加速度計(jì)，2002年開始做MEMS陀螺儀。2007年我們MEMS的加速度計(jì)和陀螺儀的技術(shù)都已經(jīng)成熟了，我們看到市場(chǎng)上有很多需求，需要把這兩種傳感器融合到一起，我們自然而然在2007年的時(shí)候就發(fā)布了工業(yè)用的，我們稱之為IMU的產(chǎn)品。ADI汽車電子業(yè)務(wù)部大中華區(qū)汽車市場(chǎng)經(jīng)理Jerry Cui表示，目前在國內(nèi)做自動(dòng)駕駛的，無論是做硬件、軟件的，還是做平臺(tái)的，可能99%的用戶都有在采用ADI的IMU產(chǎn)品。

CEVA專注于為計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)加速提供安全高效處理解決方案的芯片IP供應(yīng)商，CEVA的XM計(jì)算機(jī)視覺處理器和專用NeuPro神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，用于駕駛員監(jiān)控等DAS系統(tǒng)，以及后視攝像頭和環(huán)視系統(tǒng)等智能攝像系統(tǒng)。CEVA的處理器可以在低功耗嵌入式解決方案中高效地運(yùn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。CEVA自有的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件框架(CDNN)，可以將傳統(tǒng)上運(yùn)行在GPU等耗電計(jì)算平臺(tái)上的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，在低功耗嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行。

村田能夠提供高品質(zhì)，高可靠性的車用元器件、傳感器、無線通訊模塊等產(chǎn)品。村田MEMS傳感器在高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS），即前車碰撞報(bào)警、盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、車道偏離報(bào)警以及自動(dòng)泊車等方面走在行業(yè)及技術(shù)前沿。如村田的超聲波傳感器，通過使壓電陶瓷振動(dòng)而產(chǎn)生超聲波的反射時(shí)間可測(cè)量距離，能夠用于停車輔助系統(tǒng)的倒車聲納。村田生產(chǎn)的慣性傳感器在自動(dòng)駕駛車輛中也能夠發(fā)揮可靠的安全性能，如在駕駛員意圖變道或轉(zhuǎn)向的初期時(shí)刻，村田的MEMS傳感器可以捕捉這樣的信息并提供給ADAS系統(tǒng)，令駕駛輔助系統(tǒng)更可靠，更安全。其中，陀螺儀一體化加速度傳感器已累計(jì)為汽車行業(yè)提供5000萬單位的產(chǎn)品。

羅姆正在開發(fā)適用于各種傳感器模塊以及將其進(jìn)行整合的ADAS ECU的元器件，例如系統(tǒng)電源、各種電源LSI、傳輸檢測(cè)數(shù)據(jù)的接口IC等，還通過廣泛推出其他周邊LSI和分立式元器件產(chǎn)品，為旨在實(shí)現(xiàn)ADAS/自動(dòng)駕駛的汽車的未來做貢獻(xiàn)。

賽靈思能提供種類豐富的產(chǎn)品，包括純 FPGA 產(chǎn)品和/或 SoC（ARM 核 + FPGA）產(chǎn)品。這些產(chǎn)品提供獨(dú)特的靈活性，能為前端攝像頭、全景攝像頭等提供解決方案。各代系統(tǒng)要求各不相同，創(chuàng)新正在持續(xù)推進(jìn)。因此，芯片解決方案需要適應(yīng)不斷變化的要求。FPGA 技術(shù)助力系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建自己的硬件加速器或 AI 引擎，提高處理效率。在許多情況下，僅僅擁有高性能 CPU 是不夠的，還需要硬件加速器來分擔(dān) CPU 的工作，減少實(shí)現(xiàn)功能所需的軟件。

智能駕駛是ST的兩大戰(zhàn)略發(fā)展方向之一。在視覺技術(shù)方面，ST與Mobileye開始合作，聯(lián)合推出了EyeQ系列輔助駕駛產(chǎn)品；在V2X方面，ST與Autotalks合作，提供車車、車與周邊環(huán)境通信等相關(guān)技術(shù)；在高精度定位方面，ST可以提供支持全球所有導(dǎo)航協(xié)議的亞米級(jí)精度定位芯片與高精度地圖配合使用。同時(shí)，ST在毫米波雷達(dá)技術(shù)上，有豐富的技術(shù)及產(chǎn)品，產(chǎn)品覆蓋24GHz和77GHz。尤其需要指出的是，ST目前在與Autoroad合作開發(fā)基于77GHz頻率的SAR雷達(dá)，為雨天、霧天等惡劣天氣環(huán)境下的智能駕駛提供了又一全新的技術(shù)解決支撐。ST與市場(chǎng)領(lǐng)先的夜視攝像系統(tǒng)廠商AdaSky也有合作。最重要的是，ST正在與Valens合作開發(fā)HDBaseT解決方案，以應(yīng)對(duì)自動(dòng)駕駛車輛海量數(shù)據(jù)傳輸帶來的挑戰(zhàn)。

Molex 已經(jīng)為互連解決方案的微型化作出了數(shù)不勝數(shù)的貢獻(xiàn)。比如說，Molex 和羅森伯格最近簽署了一份雙重來源協(xié)議，使 Molex 可以基于羅森伯格的 HFM? 設(shè)計(jì)來生產(chǎn) FAKRA-Mini 汽車同軸連接器。這類連接器可以使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率達(dá)到 20 Gbps，同時(shí)，與傳統(tǒng)一代的 FAKRA 相比，可以節(jié)省多達(dá) 80% 的安裝空間并顯著的降低重量。羅森伯格 HFM FAKRA-Mini 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可供一系列現(xiàn)有及未來的汽車應(yīng)用使用，包括高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)、導(dǎo)航、車載信息娛樂系統(tǒng)，以及智能互聯(lián)車輛等。

在針對(duì)ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）或自動(dòng)駕駛方面，東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社不提供整個(gè)系統(tǒng)，東芝提供的主要產(chǎn)品是圖像識(shí)別處理器，稱之為ViscontiTM 。每瓦性能高是ViscontiTM的主要特點(diǎn)。采用了ViscontiTM，模組廠家或汽車一級(jí)供應(yīng)商不需要增加專門的冷卻部件，如散熱器，冷卻風(fēng)扇等。

針對(duì)中國的戰(zhàn)略布局

麥肯錫最新研究顯示，中國未來很可能成為全球最大的自動(dòng)駕駛市場(chǎng)。研究同時(shí)指出，49%的中國消費(fèi)者認(rèn)為全自動(dòng)駕駛“非常重要”，另有49%的中國消費(fèi)者認(rèn)為它“可有可無”。這一結(jié)果與德國及美國消費(fèi)者形成鮮明對(duì)比：僅16%的德國和美國消費(fèi)者認(rèn)為全自動(dòng)駕駛“非常重要”，另有53%的德國和美國消費(fèi)者認(rèn)為它“可有可無”。在中國，自動(dòng)駕駛有著極為廣闊的前景。

ADI基于之前長(zhǎng)期的汽車安全生意、緊密的車廠和供應(yīng)商合作，以及在自動(dòng)駕駛和相關(guān)半導(dǎo)體產(chǎn)品領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)積累，通過主打“高性能、低成本、差異化、系統(tǒng)級(jí)解決方案”四大標(biāo)簽，正在努力與本地合作伙伴共建生態(tài)圈，志在為中國智能汽車技術(shù)升級(jí)和自動(dòng)駕駛的本土化浪潮推波助瀾。

對(duì)CEVA以及許多致力于安全和高性能DAS和自治系統(tǒng)的企業(yè)來說，中國市場(chǎng)非常重要。這些解決方案需要具有高成本效益和高性能，以滿足市場(chǎng)和中國的大規(guī)模部署需求。

在中國，村田正積極拓展與汽車企業(yè)的合作，致力于和國內(nèi)本土汽車企業(yè)共建合作，并取得了明顯進(jìn)展。此外，村田還是國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車（上海）試點(diǎn)示范區(qū)的首批成員，積極助推智能網(wǎng)聯(lián)和無人駕駛汽車從國家戰(zhàn)略高度進(jìn)入實(shí)際操作階段。目前，汽車電子在村田銷售額中的份額大概在15%左右，未來這一數(shù)字還將持續(xù)增長(zhǎng)。

中國市場(chǎng)是汽車行業(yè)最大的市場(chǎng)之一，它也在推進(jìn)汽車從燃油發(fā)動(dòng)機(jī)向汽車電氣化的發(fā)展。電氣化和自動(dòng)駕駛技術(shù)將成為兩大趨勢(shì)。賽靈思會(huì)繼續(xù)向中國市場(chǎng)投資，推進(jìn)市場(chǎng)整合發(fā)展。其中一個(gè)例子就是我們收購了總部位于中國北京的提供 AI 技術(shù)的初創(chuàng)公司深鑒科技。

在中國大陸，汽車制造和消費(fèi)的擴(kuò)張正在促成著基于電子元件的各種創(chuàng)新性解決方案的發(fā)展，這些解決方案適合動(dòng)力總成、車載信息娛樂系統(tǒng)、安全功能以及“新能源”汽車使用。這些新能源汽車主要是電動(dòng)車，而 Molex 則在實(shí)現(xiàn)這類車輛所需的技術(shù)突破方面扮演著主要的角色。Molex 現(xiàn)正處在這一轉(zhuǎn)型過程中的核心位置，可以提供一系列重要的解決方案。

自動(dòng)駕駛由感知、識(shí)別、決策和控制等四個(gè)處理過程組成。ADAS和自動(dòng)駕駛的最重要的處理過程是識(shí)別，而這識(shí)別需要做一些本地化的適應(yīng)。東芝與中國當(dāng)?shù)毓居袠I(yè)務(wù)合作并根據(jù)中國的實(shí)際環(huán)境來提升識(shí)別性能。