ST車用MEMS和傳感器發(fā)展的策略

汽車工業(yè)經(jīng)過100多年的發(fā)展進(jìn)入到智能駕駛時(shí)代，要實(shí)現(xiàn)智能駕駛，汽車必須從一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)可以感知環(huán)境、路況以及駕駛員、乘員的智能系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵是車上的各種傳感器可以感知并獲取各種有用的信息，經(jīng)過處理分析后進(jìn)行相應(yīng)的隨動處理，那其中要實(shí)現(xiàn)智能駕駛必須有各種傳感器，這些傳感器會有什么發(fā)展趨勢？我們什么時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)5級自動駕駛？來聽聽汽車傳感器領(lǐng)先廠商ST的分享。 近日，意法半導(dǎo)體亞太區(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(fù)責(zé)人Davide Bruno給中國媒體分享了ST車用MEMS和傳感器發(fā)展的策略。

他指出，2019年的汽車電子市場總規(guī)模在350億美元區(qū)間，分為傳統(tǒng)汽車核心電子（約占65％）和數(shù)字化與電動化（占35％）兩部分。而3到5年以后，汽車數(shù)字化和電動化占比將達(dá)到60％以上，而傳統(tǒng)汽車核心電子將降至40％以下。這意味著半導(dǎo)體器件將大幅度在汽車采用，目前ST 的很多器件已經(jīng)應(yīng)用到汽車電子中。

他表示由于COVID-19疫情全球蔓延，汽車電動化的速度比以前快很多。他預(yù)測到2024年，電動汽車的總份額將在37％的范圍內(nèi)，未來有兩個(gè)大的趨勢已經(jīng)要到來：一個(gè)是共享汽車，共享汽車將占10％以上，這將為包括ST在內(nèi)的公司提供很多機(jī)會，這意味著傳統(tǒng)汽車模式正在發(fā)生變化，因此許多OEM和一級供應(yīng)商正在重新考慮他們的新車如何滿足消費(fèi)者和購車者的需求。另一個(gè)趨勢就是汽車聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展，這兩個(gè)趨勢給半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)尤其是傳感器產(chǎn)業(yè)帶來了新的應(yīng)用機(jī)遇。傳感器在汽車市場的機(jī)遇

他指出，要實(shí)現(xiàn)智能需要大量的傳感器，這些傳感器包括攝像頭、激光雷達(dá)、長距離雷達(dá)、近距離雷達(dá)和汽車超聲傳感器、運(yùn)動傳感器、環(huán)境傳感器、麥克風(fēng)等等，這些需求可能會給每輛車創(chuàng)造出幾百美元的價(jià)值貢獻(xiàn)。

他表示ST認(rèn)為對汽車傳感器來說，有4大增長動力。第一個(gè)是共享汽車和汽車門禁。第二個(gè)是路噪抑制，為乘客提供更好的乘車體驗(yàn)，第三個(gè)是5G網(wǎng)絡(luò)，第四個(gè)是ADAS推動。

他解釋說無鑰匙門禁系統(tǒng)用一個(gè)簡單的加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)開鎖進(jìn)入汽車，ST擁有功耗最低的加速度計(jì)，從而可以實(shí)現(xiàn)無鑰匙門禁等汽車應(yīng)用。而路噪抑制系統(tǒng)要復(fù)雜一些，這個(gè)系統(tǒng)有多顆傳感器，例如，檢測車輪振動的加速度計(jì)、感測和記錄車廂內(nèi)部噪聲的麥克風(fēng)，許多OEM解決方案有4個(gè)、6個(gè)甚至8個(gè)麥克風(fēng)，還有檢測車輪的4個(gè)加速度計(jì)，所以汽車對傳感器的需求是非常大量的。

在車聯(lián)網(wǎng)方面也需要大量的傳感器例如MEMS和慣性測量單元，ST提供6自由度慣性單元，即所謂的6DOF模塊，將3軸加速度計(jì)和3軸陀螺儀完全集成在一起。此外還需要內(nèi)置測斜計(jì)的汽車警報(bào)器，檢測碰撞的車險(xiǎn)控制器等等。 在ADAS方面需要的傳感器就更多了，例如毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭等等，而且需要傳感器融合，此外，他還強(qiáng)調(diào)指出ST還專門研發(fā)用于在汽車組裝生產(chǎn)線上檢測雷達(dá)傾斜度或穩(wěn)定性的傳感器。因?yàn)閷τ谌魏渭す饫走_(dá)或雷達(dá)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)與汽車水平面的傾斜角，對傳感器測量準(zhǔn)確度至關(guān)重要。因此，需要使用測斜計(jì)傳感器檢測激光雷達(dá)或雷達(dá)系統(tǒng)本身在安裝過程中和在正常使用汽車的過程中是否存在失準(zhǔn)情況。 自動駕駛對傳感器的需求

他表示ST認(rèn)為2021年生產(chǎn)的汽車中有三分之一（33％）將是2級和3級自動駕駛。相對于1級，這是一個(gè)巨大的飛躍。但要升到4級和5級，則需要制定清晰的系統(tǒng)路線圖。業(yè)界需要在更大程度地融合不同的子系統(tǒng)，包括雷達(dá)、激光雷達(dá)等。顯然，5級自動駕駛不再需要駕駛員開車，他們只是坐車從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)，無需了解任何汽車知識。

而不同的自動駕駛級別都會用到超聲雷達(dá)、長距離雷達(dá)、近距離雷達(dá)和激光雷達(dá)等傳感器。他認(rèn)為2022年可以實(shí)現(xiàn)3級自動駕駛，而實(shí)現(xiàn)5級要到2040年左右了。

他表示這個(gè)預(yù)測有點(diǎn)保守，不過總體來看，到2040年，大多數(shù)汽車將實(shí)現(xiàn)全自動駕駛，為了達(dá)到5級無人駕駛，需要30多種傳感器協(xié)同工作。因?yàn)椴皇侵挥幸环N特定的傳感器就能讓我們達(dá)到5級。 汽車傳感器發(fā)展大趨勢

他認(rèn)為目前是汽車傳感器應(yīng)用的第三次浪潮，汽車傳感器第一次應(yīng)用浪潮是從1974年的安全氣囊開始的（福特在1971年進(jìn)行了首次實(shí)驗(yàn)），主導(dǎo)了主動安全應(yīng)用到來。

當(dāng)汽車變得更豪華或者有很大的屏幕時(shí)，信息娛樂系統(tǒng)出現(xiàn)，需要使用更多的傳感器，稱為非安全應(yīng)用，主動安全和非安全應(yīng)用之間這段時(shí)間稱為第二次浪潮。

現(xiàn)在我們進(jìn)入了第三次浪潮，它始于主動安全，因?yàn)橹鲃影踩亲詣玉{駛汽車的一部分。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。 他表示在安全性應(yīng)用方面，ST是安全氣囊市場參與者。非安全應(yīng)用包括遠(yuǎn)程信息處理、定位導(dǎo)航、無鑰匙門禁等。而ST是全球公認(rèn)的汽車非安全應(yīng)用芯片第一大制造商。 他分享了未來車用傳感器發(fā)展的幾個(gè)趨勢：1、MEMS麥克風(fēng)將在所有汽車應(yīng)用上取代ECM駐極體麥克風(fēng)

“我認(rèn)為麥克風(fēng)是一個(gè)很有意思的汽車產(chǎn)品。首先，汽車行業(yè)沒有麥克風(fēng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。ST是探索汽用麥克風(fēng)性能的先驅(qū)之一。今天，我們清楚地看到有4種應(yīng)用在推動對汽車麥克風(fēng)的需求。首先是免提電話，其次是使用多個(gè)麥克風(fēng)抑制路噪的降噪系統(tǒng)，緊急呼叫，最后是車內(nèi)通話應(yīng)用。MP23DB01HP是我們提供給合作伙伴和客戶的工業(yè)級產(chǎn)品?！彼麖?qiáng)調(diào)。2、汽車安全功能用慣性傳感器，從2018 到2023年市場滲透率在逐漸提升，其中側(cè)翻檢測傳感器滲透率大幅度提升。

3、運(yùn)動傳感器三個(gè)指標(biāo)要提升

他指出車用運(yùn)動傳感器主要看三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：它們是精確度、穩(wěn)定性和線性度。0級自動駕駛基本上不用傳感器。1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。3級的準(zhǔn)確度要求從50厘米變?yōu)?0厘米；而5級是沒有定位誤差。 從0級到3級，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(gè)相同的傳感器安裝在一起，以誤差最小的方式協(xié)同工作。顯然，這種配置成本很高，并且結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，需要使用復(fù)雜的軟件來同步所有信號，驗(yàn)證所有信息。而未來趨勢是只用一個(gè)6軸或x軸慣性測量系統(tǒng)，其中x可以是4、5、6 DOF（自由度），再加上所謂的功能性安全模塊。

他表示功能安全是由每個(gè)OEM廠商自己定義的，具體取決于子系統(tǒng)的每個(gè)單元/組件。功能性安全不可能位于傳感器層面而是位于整個(gè)系統(tǒng)層面。ASIL安全標(biāo)準(zhǔn)有A、B、C、D 4個(gè)等級，D級要求最嚴(yán)格。今天，大多數(shù)6軸慣性單元都是ASILB級，目標(biāo)是達(dá)到ASIL D，使整個(gè)系統(tǒng)變得更安全，更簡單。

關(guān)于慣性測量單元，汽車制造商關(guān)注翻車檢測和穩(wěn)定控制。ST已為客戶提供3/4/5自由度的慣性模塊或整合多個(gè)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。 但僅有機(jī)械感測單元還是不行的，封裝是汽車MEMS傳感器的另一個(gè)重要元件。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。他認(rèn)為陶瓷封裝將是汽車的未來。

他特別強(qiáng)調(diào)ST的傳感器校準(zhǔn)優(yōu)勢很明顯，以售價(jià)10000美元的競品來說，競品校準(zhǔn)需要1到2天的時(shí)間，而ST只要幾秒鐘，這可以大大提升生產(chǎn)效率。

在4、5級自動駕駛到來之前，還是需要提升汽車的安全水平，他表示歐洲有20%到25%車禍?zhǔn)瞧隈{駛造成的(INVS/AFSA)，所以法律規(guī)定，從2022年起，所有車輛必須安裝駕駛監(jiān)控傳感器。此外 ，數(shù)據(jù)顯示約有50% 的駕駛者邊開車邊用手機(jī)發(fā)信息，這些都會導(dǎo)致駕駛者的注意力大不如從前。而約有6成的駕駛事故是和駕駛員注意力分散有關(guān)的。

針對這個(gè)需求，ST最新的全局快門音箱傳感器可以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)駕駛員和乘員的監(jiān)視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)，這款產(chǎn)品有98db的動態(tài)方位，實(shí)現(xiàn)超清晰圖像。

激光雷達(dá)是實(shí)現(xiàn)自動駕駛不可或缺的技術(shù)，目前激光雷達(dá)的成本還比較高，阻礙了其大規(guī)模使用。而ST的MEMS微鏡有望可以大幅度降低激光雷達(dá)的成本。他解釋說ST 的 MEMS 微鏡相當(dāng)于致動器或執(zhí)行器，是雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，它能夠使激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得非常小，從而幫助降低激光雷達(dá)成本。由于使用的是半導(dǎo)體制造技術(shù)，因此產(chǎn)量越大，成本就越低，所以未來五年內(nèi)成本大幅下降是必然趨勢。目前 ST 已經(jīng)和 Leddartech 展開合作，為他們提供由 MEMS 微鏡和光學(xué)元件組成的激光雷達(dá)子系統(tǒng)。

他說這個(gè)發(fā)展會與陀螺儀類似，20年前，陀螺儀是機(jī)械式的，但是當(dāng)半導(dǎo)體技術(shù)與陀螺儀結(jié)合后，陀螺儀不但成本快速降低，而且尺寸也縮小了70％。

他表示除了傳感器自身演進(jìn)外，它也會和AI技術(shù)結(jié)合，ST就有一款內(nèi)置AI功能（機(jī)器學(xué)習(xí)）的智能傳感器。他相信ADAS傳感器的未來趨勢是智能傳感器，而不僅僅是傳感器數(shù)量更多。智能傳感器的定制化程度很高，并具有專門的功能執(zhí)行初步解釋和后處理任務(wù)。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：人類何時(shí)可以實(shí)現(xiàn)5級自動駕駛？來聽聽ST怎么說

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