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2019年的新冠疫情重創(chuàng)了汽車市場(chǎng)的短期產(chǎn)量汽車產(chǎn)量，據(jù)多機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2020年預(yù)計(jì)比2019年降低20%。然而COVID-19疫情全球蔓延并沒(méi)有阻止傳統(tǒng)汽車向電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)型趨勢(shì)，汽車電動(dòng)化在疫情期間仍在加速，汽車市場(chǎng)復(fù)蘇可期。
 
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(chǎng)應(yīng)用負(fù)責(zé)人Davide Bruno表示，2019年的汽車電子市場(chǎng)總規(guī)模在350億美元區(qū)間，其中傳統(tǒng)汽車核心電子元器件約占65％，數(shù)字化與電動(dòng)化占35％。如果要是按照10到20年前的發(fā)展節(jié)奏，改變這兩個(gè)比例可能需要15到20年的時(shí)間，甚至更長(zhǎng)。但現(xiàn)在因?yàn)樾马?xiàng)目、新產(chǎn)品和新技術(shù)的發(fā)展速度非常快，數(shù)字化和電動(dòng)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。從現(xiàn)在起3到5年后，這個(gè)預(yù)測(cè)將會(huì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

除此之外，有兩種新的趨勢(shì)即將強(qiáng)勢(shì)來(lái)襲，一是共享汽車和汽車聯(lián)網(wǎng)正在成為一種社交需求，其中共享汽車將占10％以上，這將為包括ST在內(nèi)的公司提供很多機(jī)會(huì)；再就是經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)駕駛技術(shù)將不斷賦能新型出行服務(wù)，例如自動(dòng)駕駛出租車。
 
所有這些都顯示出汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型正在明顯加速，不斷順應(yīng)交通工具新趨勢(shì)。而在整個(gè)汽車電子應(yīng)用中，從當(dāng)下爆火的SiC，到ADAS機(jī)器視覺(jué)、ADAS雷達(dá)、車聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)，都能看到ST的身影。ST認(rèn)為，隨著自動(dòng)駕駛水平提高，預(yù)計(jì)整車半導(dǎo)體占比將明顯提高，而傳感器尤為突出。
 
傳感器登上汽車舞臺(tái)
 
我們都知道，一輛汽車上有多個(gè)不同的組件，從宏觀來(lái)看，有攝像頭、激光雷達(dá)、長(zhǎng)距離雷達(dá)、近距離雷達(dá)和汽車超聲波雷達(dá)，在這些宏觀系統(tǒng)的子系統(tǒng)中，我們又能看到哪些傳感器？首先是運(yùn)動(dòng)傳感器，它從40年前就開(kāi)始用于嵌入式安全；再就是環(huán)境傳感器和麥克風(fēng)傳感器，這兩者都是相對(duì)較新的新事物，但也因此這兩類傳感器沒(méi)有明確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，Davide Bruno認(rèn)為這是個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。同時(shí)隨著汽車的電動(dòng)化的發(fā)展，許多子系統(tǒng)需要彼此通信，多傳感器數(shù)據(jù)融合也是一個(gè)非常重要的課題。
 
那么汽車傳感器有哪些增長(zhǎng)動(dòng)能驅(qū)使呢？ST認(rèn)為主要有四大類，分別是共享汽車門(mén)禁，路噪抑制，5G網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的網(wǎng)聯(lián)汽車以及輔助駕駛。
 
而這每個(gè)增長(zhǎng)點(diǎn)又對(duì)應(yīng)不同的技術(shù)需求，汽車門(mén)禁對(duì)低功耗要求較高，在這方面，ST擁有功耗最低的加速度計(jì)，從而可以實(shí)現(xiàn)無(wú)鑰匙門(mén)禁等汽車應(yīng)用；路噪抑制則相對(duì)復(fù)雜些，它需要多顆傳感器來(lái)協(xié)同合作，融合震動(dòng)傳感器和聲學(xué)傳感器數(shù)據(jù)，提升車內(nèi)靜謐性體驗(yàn) (尤其是電動(dòng)汽車)；而對(duì)于車輛V2X/TBOX/ CAR ALARM等網(wǎng)聯(lián)汽車方面，ST一直是這些技術(shù)的先驅(qū)，如TESEO汽車處理器，特別是MEMS和慣性測(cè)量單元，ST都具有全套的開(kāi)發(fā)工具，還有針對(duì)緊急電話救援服務(wù)應(yīng)用的內(nèi)置測(cè)斜計(jì)的汽車警報(bào)器。
 
真正改變游戲規(guī)則的是輔助駕駛。輔助駕駛的重點(diǎn)是各種系統(tǒng)的融合，其中包括新老型激光雷達(dá)和攝像頭。汽車?yán)走_(dá)的傾斜角和安裝方式非常重要，ST對(duì)此專門(mén)研發(fā)了專門(mén)用于在汽車組裝生產(chǎn)線上檢測(cè)雷達(dá)傾斜度或穩(wěn)定性的傳感器。除此之外手機(jī)中的屏幕方向檢測(cè)或相機(jī)防抖功能有75％的幾率是采用ST的芯片，ST是相機(jī)光學(xué)防抖系統(tǒng)OIS的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。
 
過(guò)去的汽車沒(méi)有自動(dòng)駕駛功能，自動(dòng)駕駛級(jí)別為0，汽車完全由駕駛員操控。1級(jí)自動(dòng)駕駛不是今天開(kāi)始有的，而早在18年前就出現(xiàn)了。2級(jí)是從2015年開(kāi)始的。3級(jí)到來(lái)是在2022年，5級(jí)是在2040年到來(lái)。Davide Bruno也指出，這個(gè)預(yù)測(cè)可能會(huì)相對(duì)保守些，還需要考慮居住環(huán)境道路的影響，舉例來(lái)說(shuō)，與缺乏基礎(chǔ)設(shè)施或沒(méi)有全自動(dòng)駕駛道路的地區(qū)相比，東京這樣的城市可能更快看到4級(jí)和5級(jí)自動(dòng)駕駛的到來(lái)。但總體來(lái)看，到2040年，大多數(shù)汽車將實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛。

信息來(lái)源: SAE standard J3016

ST認(rèn)為，2021年生產(chǎn)的汽車中有33％的比例將是2級(jí)和3級(jí)自動(dòng)駕駛。不同的自動(dòng)駕駛級(jí)別都會(huì)用到超聲雷達(dá)、長(zhǎng)距離雷達(dá)、近距離雷達(dá)和激光雷達(dá)等傳感器。為了達(dá)到5級(jí)無(wú)人駕駛，汽車需要30多種傳感器協(xié)同工作。
 
傳感器在汽車的應(yīng)用中有三次浪潮，汽車傳感器第一次應(yīng)用浪潮是從1974年的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力傳感器開(kāi)始的。然后，所謂的主動(dòng)安全應(yīng)用到來(lái)。當(dāng)汽車變得更豪華或者有很大的屏幕時(shí)，信息娛樂(lè)系統(tǒng)出現(xiàn)，需要使用更多的傳感器，我們將其稱為非安全應(yīng)用。主動(dòng)安全和非安全應(yīng)用之間這段時(shí)間，稱為第二次浪潮。第三次浪潮始于主動(dòng)安全，因?yàn)橹鲃?dòng)安全是自動(dòng)駕駛汽車的一部分。ST正與所有一級(jí)和OEM汽車制造商一起謀劃這次應(yīng)用浪潮，Davide Bruno講到。
 
而在這三次浪潮中，ST又是如何緊跟潮流發(fā)展的？從第一次浪潮轉(zhuǎn)到第二浪潮，ST是安全氣囊市場(chǎng)參與者。ST也是全球公認(rèn)的汽車非安全應(yīng)用芯片第一大制造商，非安全應(yīng)用包括遠(yuǎn)程信息處理、定位導(dǎo)航、無(wú)鑰匙門(mén)禁等。

“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(méi)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(dòng)對(duì)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(jí)產(chǎn)品?！盌avide Bruno談到。
 
鑒于汽車安全功能用慣性傳感器的市場(chǎng)滲透率越來(lái)愈大，ST也正在打入安全應(yīng)用市場(chǎng)，尤其是翻車檢測(cè)和ADAS /自動(dòng)駕駛。雖然ST在傳感器安全應(yīng)用市場(chǎng)的剛起步，但Davide Bruno認(rèn)為，智能手機(jī)中使用的慣性測(cè)量單元與安裝在5級(jí)自動(dòng)駕駛汽車中的傳感器沒(méi)有太大區(qū)別。主要不同之處是汽車傳感器的更具挑戰(zhàn)性的技術(shù)要求：準(zhǔn)確度、線性度和穩(wěn)定性。那么ST又將如何解決和應(yīng)對(duì)這些需求呢？

2018 – 2023年汽車安全功能用慣性傳感器市場(chǎng)滲透率
 
汽車市場(chǎng)需要成本更低的MEMS傳感器
 
在安全控制方面，很多年前汽車就已經(jīng)安裝了ESC（電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)），該系統(tǒng)能夠糾正我們的駕駛失誤，避免發(fā)生事故。今天，除了ESC，汽車制造商更加關(guān)注翻車檢測(cè)和穩(wěn)定控制。而MEMS傳感器不僅是防止側(cè)翻和加強(qiáng)汽車穩(wěn)定性控制的安全核心，還是駕駛員監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心。
 
現(xiàn)在的航空器已經(jīng)完全是4級(jí)或5級(jí)自動(dòng)駕駛，飛行員實(shí)際上什么也沒(méi)做。但是，要啟用這樣的功能，你需要購(gòu)買(mǎi)一套價(jià)值15萬(wàn)美元的系統(tǒng)，還需要一周的時(shí)間完成傳感器校準(zhǔn)。這種傳感器本身與標(biāo)準(zhǔn)傳感器沒(méi)有太大區(qū)別。但是，校準(zhǔn)意味著需要調(diào)校傳感器、ASIC芯片和全部固件，關(guān)鍵是要逐一校準(zhǔn)。校準(zhǔn)過(guò)程需要長(zhǎng)達(dá)一周的時(shí)間。然而即使是戰(zhàn)略級(jí)的IMU其成本仍高達(dá)10,000美元。顯然，以入門(mén)級(jí)經(jīng)濟(jì)汽車為例，假設(shè)其慣性模塊系統(tǒng)的成本是10,000美元，那么汽車的售價(jià)可能是12,000美元或15,000美元。因此，需要把這個(gè)成本降下來(lái)。
 
ST最新推出的慣性傳感器ASM330CHH，其最佳競(jìng)品售價(jià)約10,000美元，校準(zhǔn)需要1到2天的時(shí)間。調(diào)校好的ST 慣性傳感器和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手A的高端慣性傳感器(售價(jià)約10,000美元)對(duì)比評(píng)測(cè)，在[-10..50]°C 溫度下，ST的慣性傳感器計(jì)算殘余偏移量和靈敏度誤差表現(xiàn)更好。

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(gè)不同自由度的解決方案，以解決ESC系統(tǒng)、側(cè)翻檢測(cè)和穩(wěn)定控制需求。但是僅有機(jī)械感測(cè)單元還是不行的，封裝也是汽車MEMS傳感器的另一個(gè)重要部分。ST認(rèn)為，陶瓷封裝將是汽車的未來(lái)，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。
 
另外，在安全方面，ST還推出了一個(gè)全新的圖像傳感器系列產(chǎn)品，有兩種分辨率160萬(wàn)和230萬(wàn)像素，配合適合的信息處理系統(tǒng)，攝像頭可以根據(jù)眼睛和面部表情判斷駕駛者的注意力。因此，當(dāng)我們已無(wú)法很好控制自己但還必須操控汽車時(shí)，駕駛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)提示我們把車停到路邊休息，這是一個(gè)非常有意義的應(yīng)用。
 
另外，Davide Bruno還介紹了意法半導(dǎo)體為激光雷達(dá)市場(chǎng)做出的貢獻(xiàn)，ST MEMS微鏡可以顯著降低激光雷達(dá)成本。ST正在與知名科技公司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(dá)子系統(tǒng)?！拔㈢R不是傳感器，而是致動(dòng)器或執(zhí)行器，這仍然屬于我們的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，它們?cè)诳傮w上被視為MEMS傳感器。”Davide Bruno解釋到。

今天，僅在消費(fèi)電子市場(chǎng)，ST已銷售了數(shù)百萬(wàn)顆MEMS傳感器，而截止去年為止，ST MEMS傳感器的總銷量已累計(jì)超過(guò)170億顆。ST的傳感器校準(zhǔn)只需幾秒鐘。消費(fèi)級(jí)傳感器的售價(jià)僅幾美元，甚至更低。

結(jié)語(yǔ)
 
未來(lái)，汽車將需要越來(lái)越多的傳感器，也需要集成度更高的運(yùn)動(dòng)傳感器，車廂內(nèi)檢測(cè)需要高靈敏度的影像傳感器，但這不一定意味著需要研發(fā)新的傳感器，而是將現(xiàn)有傳器以新的方式應(yīng)用在在汽車中。