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              MEMS傳感器總出貨量超170億顆,ST這次將目光瞄向了汽車安全

              2020-10-22 19:17 來源:半導體行業觀察 作者:

              2019年的新冠疫情重創了汽車市場的短期產量汽車產量,據多機構預測,2020年預計比2019年降低20%。然而COVID-19疫情全球蔓延并沒有阻止傳統汽車向電動汽車轉型趨勢,汽車電動化在疫情期間仍在加速,汽車市場復蘇可期。

              意法半導體亞太區模擬器件、MEMS和傳感器事業部(AMS),MEMS產品市場應用負責人Davide Bruno表示,2019年的汽車電子市場總規模在350億美元區間,其中傳統汽車核心電子元器件約占65%,數字化與電動化占35%。如果要是按照10到20年前的發展節奏,改變這兩個比例可能需要15到20年的時間,甚至更長。但現在因為新項目、新產品和新技術的發展速度非???,數字化和電動化占比將達到60%以上,而傳統汽車核心電子將降至40%以下。從現在起3到5年后,這個預測將會變為現實。

              MEMS傳感器總出貨量超170億顆,ST這次將目光瞄向了汽車安全

              意法半導體亞太區模擬器件、MEMS和傳感器事業部(AMS),

              MEMS產品市場應用負責人Davide Bruno

              除此之外,有兩種新的趨勢即將強勢來襲,一是共享汽車和汽車聯網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在內的公司提供很多機會;再就是經濟型自動駕駛技術將不斷賦能新型出行服務,例如自動駕駛出租車。

              所有這些都顯示出汽車工業轉型正在明顯加速,不斷順應交通工具新趨勢。而在整個汽車電子應用中,從當下爆火的SiC,到ADAS機器視覺、ADAS雷達、車聯網和5G技術,都能看到ST的身影。ST認為,隨著自動駕駛水平提高,預計整車半導體占比將明顯提高,而傳感器尤為突出。

              傳感器登上汽車舞臺

              我們都知道,一輛汽車上有多個不同的組件,從宏觀來看,有攝像頭、激光雷達、長距離雷達、近距離雷達和汽車超聲波雷達,在這些宏觀系統的子系統中,我們又能看到哪些傳感器?首先是運動傳感器,它從40年前開始用于嵌入式安全;再就是環境傳感器和麥克風傳感器,這兩者都是相對較新的新事物,但也因此這兩類傳感器沒有明確的技術標準,Davide Bruno認為這是個復雜的問題。同時隨著汽車的電動化的發展,許多子系統需要彼此通信,多傳感器數據融合也是一個非常重要的課題。

              那么汽車傳感器有哪些增長動能驅使呢?ST認為主要有四大類,分別是共享汽車門禁,路噪抑制,5G網絡帶來的網聯汽車以及輔助駕駛。

              而這每個增長點又對應不同的技術需求,汽車門禁對低功耗要求較高,在這方面,ST擁有功耗低的加速度計,從而可以實現無鑰匙門禁等汽車應用;路噪抑制則相對復雜些,它需要多顆傳感器來協同合作,融合震動傳感器和聲學傳感器數據,提升車內靜謐性體驗 (尤其是電動汽車);而對于車輛V2X/TBOX/ CAR ALARM等網聯汽車方面,ST一直是這些技術的先驅,如TESEO汽車處理器,特別是MEMS和慣性測量單元,ST都具有全套的開發工具,還有針對緊急電話救援服務應用的內置測斜計的汽車警報器。

              真正改變游戲規則的是輔助駕駛。輔助駕駛的重點是各種系統的融合,其中包括新老型激光雷達和攝像頭。汽車雷達的傾斜角和安裝方式非常重要,ST對此專門研發了專門用于在汽車組裝生產線上檢測雷達傾斜度或穩定性的傳感器。除此之外手機中的屏幕方向檢測或相機防抖功能有75%的幾率是采用ST的芯片,ST是相機光學防抖系統OIS的市場領 導者。

              過去的汽車沒有自動駕駛功能,自動駕駛級別為0,汽車完全由駕駛員操控。1級自動駕駛不是今天開始有的,而早在18年前就出現了。2級是從2015年開始的。3級到來是在2022年,5級是在2040年到來。Davide Bruno也指出,這個預測可能會相對保守些,還需要考慮居住環境道路的影響,舉例來說,與缺乏基礎設施或沒有全自動駕駛道路的地區相比,東京這樣的城市可能更快看到4級和5級自動駕駛的到來。但總體來看,到2040年,大多數汽車將實現全自動駕駛。

              MEMS傳感器總出貨量超170億顆,ST這次將目光瞄向了汽車安全

              信息來源: SAE standard J3016

              ST認為,2021年生產的汽車中有33%的比例將是2級和3級自動駕駛。不同的自動駕駛級別都會用到超聲雷達、長距離雷達、近距離雷達和激光雷達等傳感器。為了達到5級無人駕駛,汽車需要30多種傳感器協同工作。

              傳感器在汽車的應用中有三次浪潮,汽車傳感器第一次應用浪潮是從1974年的發動機進氣壓力傳感器開始的。然后,所謂的主動安全應用到來。當汽車變得更豪華或者有很大的屏幕時,信息娛樂系統出現,需要使用更多的傳感器,我們將其稱為非安全應用。主動安全和非安全應用之間這段時間,稱為第二次浪潮。第三次浪潮始于主動安全,因為主動安全是自動駕駛汽車的一部分。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展的?從第一次浪潮轉到第二浪潮,ST是安全氣囊市場參與者。ST也是全球公認的汽車非安全應用芯片第一大制造商,非安全應用包括遠程信息處理、定位導航、無鑰匙門禁等。

              MEMS傳感器總出貨量超170億顆,ST這次將目光瞄向了汽車安全

              “我認為麥克風是一個很有意思的汽車產品。首先,汽車行業沒有麥克風技術標準。ST是探索汽用麥克風性能的先驅之一。今天,我們清楚地看到有4種應用在推動對汽車麥克風的需求。首先是免提電話,其次是使用多個麥克風抑制路噪的降噪系統,緊急呼叫,是車內通話應用。 MP23DB01HP 是我們提供給合作伙伴和客戶的工業級產品?!盌avide Bruno談到。

              鑒于汽車安全功能用慣性傳感器的市場滲透率越來愈大,ST也正在打入安全應用市場,尤其是翻車檢測和ADAS /自動駕駛。雖然ST在傳感器安全應用市場的剛起步,但Davide Bruno認為,智能手機中使用的慣性測量單元與安裝在5級自動駕駛汽車中的傳感器沒有太大區別。主要不同之處是汽車傳感器的更具挑戰性的技術要求:準確度、線性度和穩定性。那么ST又將如何解決和應對這些需求呢?

              MEMS傳感器總出貨量超170億顆,ST這次將目光瞄向了汽車安全

              2018 – 2023年汽車安全功能用慣性傳感器市場滲透率

              汽車市場需要成本更低的MEMS傳感器

              在安全控制方面,很多年前汽車就已經安裝了ESC(電子穩定控制系統),該系統能夠糾正我們的駕駛失誤,避免發生事故。今天,除了ESC,汽車制造商更加關注翻車檢測和穩定控制。而MEMS傳感器不僅是防止側翻和加強汽車穩定性控制的安全核心,還是駕駛員監測系統的核心。

              現在的航空器/飛機已經完全是4級或5級自動駕駛,飛行員實際上什么也沒做。但是,要啟用這樣的功能,你需要購買一套價值15萬美元的系統,還需要一周的時間完成傳感器校準。這種傳感器本身與標準傳感器沒有太大區別。但是,校準意味著需要調校傳感器、ASIC芯片和全部固件,關鍵是要逐一校準。校準過程需要長達一周的時間。然而即使是戰略級的IMU其成本仍高達10,000美元。顯然,以入門級經濟汽車為例,假設其慣性模塊系統的成本是10,000美元,那么汽車的售價可能是12,000美元或15,000美元。因此,需要把這個成本降下來。

              ST新推出的慣性傳感器ASM330CHH,其競品售價約10,000美元,校準需要1到2天的時間。調校好的ST 慣性傳感器和競爭對手A的高端慣性傳感器(售價約10,000美元)對比評測,在[-10..50]°C 溫度下,ST的慣性傳感器計算殘余偏移量和靈敏度誤差表現更好。

              MEMS傳感器總出貨量超170億顆,ST這次將目光瞄向了汽車安全

              ST已經為客戶提供3/4/5自由度的慣性模塊或整合多個不同自由度的解決方案,以解決ESC系統、側翻檢測和穩定控制需求。但是僅有機械感測單元還是不行的,封裝也是汽車MEMS傳感器的另一個重要部分。ST認為,陶瓷封裝將是汽車的未來,陶瓷封裝讓傳感器單元有更高的穩定性和更好的線性度。

              另外,在安全方面,ST還推出了一個全新的圖像傳感器系列產品,有兩種分辨率160萬和230萬像素,配合適合的信息處理系統,攝像頭可以根據眼睛和面部表情判斷駕駛者的注意力。因此,當我們已無法很好控制自己但還必須操控汽車時,駕駛監測系統將會提示我們把車停到路邊休息,這是一個非常有意義的應用。

              另外,Davide Bruno還介紹了意法半導體為激光雷達市場做出的貢獻,ST MEMS微鏡可以顯著降低激光雷達成本。ST正在與知名科技公司Leddartech合作,為他們提供由MEMS微鏡和光學元件組成的激光雷達子系統?!拔㈢R不是傳感器,而是致動器或執行器,這仍然屬于我們的開發領域,它們在總體上被視為MEMS傳感器?!盌avide Bruno解釋到。

              MEMS傳感器總出貨量超170億顆,ST這次將目光瞄向了汽車安全

              激光雷達框圖

              今天,僅在消費電子市場,ST已銷售了數百萬顆MEMS傳感器,而截止去年為止,ST MEMS傳感器的總銷量已累計超過170億顆。ST的傳感器校準只需幾秒鐘。消費級傳感器的售價僅幾美元,甚至更低。

              結語

              未來,汽車將需要越來越多的傳感器,也需要集成度更高的運動傳感器,車廂內檢測需要高靈敏度的影像傳感器,但這不一定意味著需要研發新的傳感器,而是將現有傳器以新的方式應用在在汽車中。

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