國產車規(guī)級傳感器，為何需要“高精度”？

“上車”是近幾年包括傳感器在內的半導體領域的熱門詞。在新能源汽車市場的推動下，車用傳感器正釋放出巨大的市場潛力。

9月5日，工信部舉行的“工業(yè)穩(wěn)增長”系列主題新聞發(fā)布會上指出，要支持高精度傳感器等技術攻關，以實現2023年新能源汽車銷量900萬輛左右的發(fā)展目標?！案呔取背蔀檐囉脗鞲衅鞯年P鍵詞，給“遍地開花”的車用傳感器從業(yè)者提供了發(fā)展方向。

2020至2023年我國新能源汽車銷量及市場滲透率（含預測）

數據來源：中國汽車工業(yè)協會 ，

《汽車行業(yè)穩(wěn)增長工作方案（2023—2024年）》

為何需要“高精度”？

“高精度傳感器”已經不是第一次出現在工信部針對汽車產業(yè)發(fā)展的規(guī)劃中。今年6月，在國務院新聞辦公室舉行的政策例行吹風會上，工業(yè)和信息化部副部長辛國斌表示，下一步，新能源汽車產業(yè)發(fā)展部際協調機制各成員單位將重點開展幾個方面工作，其中第一點便提到：“創(chuàng)新是第一生產力，要加快關鍵芯片、高精度傳感器、操作系統等新技術新產品的研發(fā)和推廣應用，進一步提升產業(yè)發(fā)展內生動力?！?/p>

本月初，工信部等七部門聯合發(fā)布的《汽車行業(yè)穩(wěn)增長工作方案（2023—2024年）》，再次提出：“支持開展車用芯片、固態(tài)電池、操作系統、高精度傳感器等技術攻關和推廣應用，進一步提升產品性能?！?/p>

當傳感器進軍新能源汽車領域，“高精度”是首要要求。

為什么“高精度”傳感器被置于如此重要的位置？

追根究底，這與新能源汽車電氣化、智能化、網聯化的趨勢有關。自動駕駛系統需要車輛能夠準確且敏銳地捕捉到車輛位置變動和與周圍事物的距離，由此判斷車輛是否需要做出轉向、剎車等反應，這要求汽車具備更精準的雷達、攝像頭等傳感器。

對于電源管理系統而言，新能源汽車也對傳感器精度提出了更高的要求。

霍尼韋爾技術支持工程師王海軍在接受《中國電子報》記者采訪時說，僅以電流傳感器為例，新能源汽車就與傳統工業(yè)用的電力傳感器存在區(qū)別。

許多電流傳感器，包括工業(yè)和其他用途的，都是以滿量程為標準測量精度的。例如某電池的滿量程是1000安培，那么如果約定精度是1%，則誤差只要不超過10安培就可以了——這就是所謂以滿量程為標準的精度。但這種測量精度對于新能源汽車這種對用電額度要求非常敏感的應用場景來說，就顯得過于粗放。

新能源汽車的電池電量是變化的，這樣一來，在汽車電量很低的情況下，如果電流傳感器精度仍以滿量程計算，就無法準確測量真實的耗電量。同樣以一塊滿量程為1000安培的電池為例，當僅剩10%即100安培電量時，原定誤差10安培就相當于當前總電量的10%，這個誤差就會很大，不利于對新能源汽車電量進行精準化管控，更不利于提升整車的能源利用效率。

由此，王海軍提出，如果要對新能源汽車電量進行科學計量，就需要進行分程計量。也就是說，針對車輛不同電池電量狀態(tài)，進行不同精度的電流測量。這樣一來，在小量程的時候，電流傳感器就需要很高的精度。

不僅如此，由于汽車需要適應不同溫度環(huán)境，因此還需要保證車用傳感器能夠實現全溫區(qū)精度。也就是說，在不同的溫度環(huán)境中，均能實現同樣的高精度測量。由于部分材料、器件在高溫或低溫情況下會出現變形、彈性變化等情況，因此，傳感器的設計精度需要達到更高的標準。

如何實現高精度？

至于該如何提高傳感器精度，中國傳感器與物聯網產業(yè)聯盟常務副理事長郭源生在接受《中國電子報》記者采訪時，給出這樣幾個方向：第一是要解決傳感器共性的工藝基礎問題；第二是要具備能夠支撐高精度傳感器的工藝設備和檢測手段；第三是要針對不同應用場景制定傳感器標準。

在傳感器共性基礎工藝方面，優(yōu)化材料是首要工作。

在材料方式，廣東奧迪威傳感科技股份有限公司（下文簡稱“奧迪威”）市場及產品管理部部長石鵬以奧迪威生產的壓電陶瓷產品為例進行了解釋。當前，壓電陶瓷超聲波傳感器是汽車超聲波傳感器最主要的類型，由于其低成本而大受歡迎。石鵬表示，要提升超聲波傳感器的精度，測得更遠，并不是通過軟件、算法調整實現，而是需要從原材料開始做配方調整和開發(fā)，最重要的是改良壓電陶瓷的材料配方。為此，石鵬表示，為了更好地提升車用壓電陶瓷超聲波傳感器的精度，奧迪威特地成立了材料研究所，不斷對壓電陶瓷材料進行配方調配。

生產高精度傳感器還需要相應高精度配套設備支持。

校準是傳感器精度管控的關鍵環(huán)節(jié)，傳感器精度是否達標需要由校準環(huán)節(jié)把控。“傳感器的生產過程包括很多工藝，每個工藝節(jié)點都需要對該產品進行校正，判斷產品是否合格?！蓖▏H貿易（上海）有限公司（下文簡稱“威卡”）銷售總經理蘇加林在接受《中國電子報》記者采訪時表示，“對產品的0、25%、50%、75%、100%量程共五個壓力點進行打壓，看測試結果與設計的指標是否吻合?！碧K加林表示，一般來說，校準精度要達到產品設計精度的至少3倍以上。

蘇加林告訴《中國電子報》記者，慣常講的車用傳感器精度構成有三個部分：第一是非線性，也就是傳感器的設計誤差和成品誤差之間的差距；第二是重復性，也就是對同一傳感器同一指標進行重復測量時得到數據的一致性；第三是蠕變，也就是在高溫、壓力等環(huán)境下傳感器發(fā)生形變等變化后的測量精度。

對于汽車而言，汽車的重復性精度指標很重要，也就是當汽車使用一年、兩年、五年甚至更長時間之后，汽車的重復性精度就會下降。傳感器精度需要保證在使用15年之后，即便是出現了材料疲勞、形變、精度下滑等問題，精度依然保持在設計范圍內。蘇加林表示，要實現這一標準，校準標準只要設定為要求標準的3倍，基本能滿足要求。