作者：张国斌
汽车工业经过100多年的发展进入到智能驾驶时代，要实现智能驾驶，汽车必须从一个机械系统转化为一个可以感知环境、路况以及驾驶员、乘员的智能系统，转化的关键是车上的各种传感器可以感知并获取各种有用的信息，经过处理分析后进行相应的随动处理，那其中要实现智能驾驶必须有各种传感器，这些传感器会有什么发展趋势？我们什么时候可以实现5级自动驾驶？来听听汽车传感器领先厂商ST的分享。
近日，意法半导体亚太区模拟器件、MEMS和传感器事业部(AMS)， MEMS产品市场应用负责人Davide Bruno给中国媒体分享了ST车用MEMS和传感器发展的策略。
他指出，2019年的汽车电子市场总规模在350亿美元区间，分为传统汽车核心电子（约占65％）和数字化与电动化（占35％）两部分。而3到5年以后，汽车数字化和电动化占比将达到60％以上，而传统汽车核心电子将降至40％以下。这意味着半导体器件将大幅度在汽车采用，目前ST 的很多器件已经应用到汽车电子中。
他表示由于COVID-19疫情全球蔓延，汽车电动化的速度比以前快很多。他预测到2024年，电动汽车的总份额将在37％的范围内，未来有两个大的趋势已经要到来：一个是共享汽车，共享汽车将占10％以上，这将为包括ST在内的公司提供很多机会，这意味着传统汽车模式正在发生变化，因此许多OEM和一级供应商正在重新考虑他们的新车如何满足消费者和购车者的需求。另一个趋势就是汽车联网化发展，这两个趋势给半导体产业尤其是传感器产业带来了新的应用机遇。
传感器在汽车市场的机遇
他指出，要实现智能需要大量的传感器，这些传感器包括摄像头、激光雷达、长距离雷达、近距离雷达和汽车超声传感器、运动传感器、环境传感器、麦克风等等，这些需求可能会给每辆车创造出几百美元的价值贡献。
他表示ST认为对汽车传感器来说，有4大增长动力。第一个是共享汽车和汽车门禁。第二个是路噪抑制，为乘客提供更好的乘车体验，第三个是5G网络，第四个是ADAS推动。
他解释说无钥匙门禁系统用一个简单的加速度计实现开锁进入汽车，ST拥有功耗最低的加速度计，从而可以实现无钥匙门禁等汽车应用。而路噪抑制系统要复杂一些，这个系统有多颗传感器，例如，检测车轮振动的加速度计、感测和记录车厢内部噪声的麦克风，许多OEM解决方案有4个、6个甚至8个麦克风，还有检测车轮的4个加速度计，所以汽车对传感器的需求是非常大量的。
在车联网方面也需要大量的传感器例如MEMS和惯性测量单元，ST提供6自由度惯性单元，即所谓的6DOF模块，将3轴加速度计和3轴陀螺仪完全集成在一起。此外还需要内置测斜计的汽车警报器，检测碰撞的车险控制器等等。
在ADAS方面需要的传感器就更多了，例如毫米波雷达、激光雷达、摄像头等等，而且需要传感器融合，此外，他还强调指出ST还专门研发用于在汽车组装生产线上检测雷达倾斜度或稳定性的传感器。因为对于任何激光雷达或雷达系统，整个系统与汽车水平面的倾斜角，对传感器测量准确度至关重要。因此，需要使用测斜计传感器检测激光雷达或雷达系统本身在安装过程中和在正常使用汽车的过程中是否存在失准情况。
自动驾驶对传感器的需求
他表示ST认为2021年生产的汽车中有三分之一（33％）将是2级和3级自动驾驶。相对于1级，这是一个巨大的飞跃。但要升到4级和5级，则需要制定清晰的系统路线图。业界需要在更大程度地融合不同的子系统，包括雷达、激光雷达等。显然，5级自动驾驶不再需要驾驶员开车，他们只是坐车从A点移动到B点，无需了解任何汽车知识。
而不同的自动驾驶级别都会用到超声雷达、长距离雷达、近距离雷达和激光雷达等传感器。他认为2022年可以实现3级自动驾驶，而实现5级要到2040年左右了。
他表示这个预测有点保守，不过总体来看，到2040年，大多数汽车将实现全自动驾驶，为了达到5级无人驾驶，需要30多种传感器协同工作。因为不是只有一种特定的传感器就能让我们达到5级。
汽车传感器发展大趋势
他认为目前是汽车传感器应用的第三次浪潮，汽车传感器第一次应用浪潮是从1974年的安全气囊开始的（福特在1971年进行了首次实验），主导了主动安全应用到来。
当汽车变得更豪华或者有很大的屏幕时，信息娱乐系统出现，需要使用更多的传感器，称为非安全应用，主动安全和非安全应用之间这段时间称为第二次浪潮。
现在我们进入了第三次浪潮，它始于主动安全，因为主动安全是自动驾驶汽车的一部分。ST正与所有一级和OEM汽车制造商一起谋划这次应用浪潮。
他表示在安全性应用方面，ST是安全气囊市场参与者。非安全应用包括远程信息处理、定位导航、无钥匙门禁等。而ST是全球公认的汽车非安全应用芯片第一大制造商。
他分享了未来车用传感器发展的几个趋势：
1、MEMS麦克风将在所有汽车应用上取代ECM驻极体麦克风
“我认为麦克风是一个很有意思的汽车产品。首先，汽车行业没有麦克风技术标准。ST是探索汽用麦克风性能的先驱之一。今天，我们清楚地看到有4种应用在推动对汽车麦克风的需求。首先是免提电话，其次是使用多个麦克风抑制路噪的降噪系统，紧急呼叫，最后是车内通话应用。MP23DB01HP是我们提供给合作伙伴和客户的工业级产品。”他强调。
2、汽车安全功能用惯性传感器，从2018 到2023年市场渗透率在逐渐提升，其中侧翻检测传感器渗透率大幅度提升。
3、运动传感器三个指标要提升
他指出车用运动传感器主要看三个关键指标：它们是精确度、稳定性和线性度。0级自动驾驶基本上不用传感器。1级自动驾驶要求传感器在30秒内提供定位数据，定位误差小于50厘米。3级的准确度要求从50厘米变为10厘米；而5级是没有定位误差。
从0级到3级，大多数OEM和一级厂商的做法是在惯性模块或子系统中使用冗余配置，将几个相同的传感器安装在一起，以误差最小的方式协同工作。显然，这种配置成本很高，并且结构非常复杂，需要使用复杂的软件来同步所有信号，验证所有信息。而未来趋势是只用一个6轴或x轴惯性测量系统，其中x可以是4、5、6 DOF（自由度），再加上所谓的功能性安全模块。
他表示功能安全是由每个OEM厂商自己定义的，具体取决于子系统的每个单元/组件。功能性安全不可能位于传感器层面而是位于整个系统层面。ASIL安全标准有A、B、C、D 4个等级，D级要求最严格。今天，大多数6轴惯性单元都是ASILB级，目标是达到ASIL D，使整个系统变得更安全，更简单。
关于惯性测量单元，汽车制造商关注翻车检测和稳定控制。ST已为客户提供3/4/5自由度的惯性模块或整合多个不同自由度的解决方案，以解决ESC系统、侧翻检测和稳定控制需求。
但仅有机械感测单元还是不行的，封装是汽车MEMS传感器的另一个重要元件。陶瓷封装让传感器单元有更高的稳定性和更好的线性度。他认为陶瓷封装将是汽车的未来。
他特别强调ST的传感器校准优势很明显，以售价10000美元的竞品来说，竞品校准需要1到2天的时间，而ST只要几秒钟，这可以大大提升生产效率。
在4、5级自动驾驶到来之前，还是需要提升汽车的安全水平，他表示欧洲有20%到25%车祸是疲劳驾驶造成的(INVS/AFSA)，所以法律规定，从2022年起，所有车辆必须安装驾驶监控传感器。此外 ，数据显示约有50% 的驾驶者边开车边用手机发信息，这些都会导致驾驶者的注意力大不如从前。而约有6成的驾驶事故是和驾驶员注意力分散有关的。
针对这个需求，ST最新的全局快门音箱传感器可以实现车内驾驶员和乘员的监视，及时发现危险，这款产品有98db的动态方位 ，实现超清晰图像。
激光雷达是实现自动驾驶不可或缺的技术，目前激光雷达的成本还比较高，阻碍了其大规模使用。而ST的MEMS微镜有望可以大幅度降低激光雷达的成本。他解释说ST 的 MEMS 微镜相当于致动器或执行器，是雷达系统的关键元件，它能够使激光雷达系统设计得非常小，从而帮助降低激光雷达成本。由于使用的是半导体制造技术，因此产量越大，成本就越低，所以未来五年内成本大幅下降是必然趋势。目前 ST 已经和 Leddartech 展开合作，为他们提供由 MEMS 微镜和光学元件组成的激光雷达子系统。
他说这个发展会与陀螺仪类似，20年前，陀螺仪是机械式的，但是当半导体技术与陀螺仪结合后，陀螺仪不但成本快速降低，而且尺寸也缩小了70％。
他表示除了传感器自身演进外，它也会和AI技术结合，ST就有一款内置AI功能（机器学习）的智能传感器。他相信ADAS传感器的未来趋势是智能传感器，而不仅仅是传感器数量更多。智能传感器的定制化程度很高，并具有专门的功能执行初步解释和后处理任务。
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