中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
“上車(chē)”是近幾年包括傳感器在內的半導體領(lǐng)域的熱門(mén)詞。在新能源汽車(chē)市場(chǎng)的推動(dòng)下，車(chē)用傳感器正釋放出巨大的市場(chǎng)潛力。9月5日，工信部舉行的“工業(yè)穩增長(cháng)”系列主題新聞發(fā)布會(huì )上指出，要支持高精度傳感器等技術(shù)攻關(guān)，以實(shí)現2023年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量900萬(wàn)輛左右的發(fā)展目標?！案呔取背蔀檐?chē)用傳感器的關(guān)鍵詞，給“遍地開(kāi)花”的車(chē)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(chē)銷(xiāo)量及市場(chǎng)滲透率（含預測）
為何需要“高精度”？
“高精度傳感器”已經(jīng)不是第一次出現在工信部針對汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規劃中。今年6月，在國務(wù)院新聞辦公室舉行的政策例行吹風(fēng)會(huì )上，工業(yè)和信息化部副部長(cháng)辛國斌表示，下一步，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展部際協(xié)調機制各成員單位將重點(diǎn)開(kāi)展幾個(gè)方面工作，其中第一點(diǎn)便提到：“創(chuàng )新是第一生產(chǎn)力，要加快關(guān)鍵芯片、高精度傳感器、操作系統等新技術(shù)新產(chǎn)品的研發(fā)和推廣應用，進(jìn)一步提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展內生動(dòng)力?！?/p>
本月初，工信部等七部門(mén)聯(lián)合發(fā)布的《汽車(chē)行業(yè)穩增長(cháng)工作方案（2023—2024年）》，再次提出：“支持開(kāi)展車(chē)用芯片、固態(tài)電池、操作系統、高精度傳感器等技術(shù)攻關(guān)和推廣應用，進(jìn)一步提升產(chǎn)品性能?！?/p>
當傳感器進(jìn)軍新能源汽車(chē)領(lǐng)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(chē)電氣化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的趨勢有關(guān)。自動(dòng)駕駛系統需要車(chē)輛能夠準確且敏銳地捕捉到車(chē)輛位置變動(dòng)和與周?chē)挛锏木嚯x，由此判斷車(chē)輛是否需要做出轉向、剎車(chē)等反應，這要求汽車(chē)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(chē)也對傳感器精度提出了更高的要求。
霍尼韋爾技術(shù)支持工程師王海軍介紹，僅以電流傳感器為例，新能源汽車(chē)就與傳統工業(yè)用的電力傳感器存在區別。許多電流傳感器，包括工業(yè)和其他用途的，都是以滿(mǎn)量程為標準測量精度的。例如某電池的滿(mǎn)量程是1000安培，那么如果約定精度是1%，則誤差只要不超過(guò)10安培就可以了——這就是所謂以滿(mǎn)量程為標準的精度。但這種測量精度對于新能源汽車(chē)這種對用電額度要求非常敏感的應用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，就顯得過(guò)于粗放。新能源汽車(chē)的電池電量是變化的，這樣一來(lái)，在汽車(chē)電量很低的情況下，如果電流傳感器精度仍以滿(mǎn)量程計算，就無(wú)法準確測量真實(shí)的耗電量。同樣以一塊滿(mǎn)量程為1000安培的電池為例，當僅剩10%即100安培電量時(shí)，原定誤差10安培就相當于當前總電量的10%，這個(gè)誤差就會(huì )很大，不利于對新能源汽車(chē)電量進(jìn)行精準化管控，更不利于提升整車(chē)的能源利用效率。
由此，王海軍提出，如果要對新能源汽車(chē)電量進(jìn)行科學(xué)計量，就需要進(jìn)行分程計量。也就是說(shuō)，針對車(chē)輛不同電池電量狀態(tài)，進(jìn)行不同精度的電流測量。這樣一來(lái)，在小量程的時(shí)候，電流傳感器就需要很高的精度。
不僅如此，由于汽車(chē)需要適應不同溫度環(huán)境，因此還需要保證車(chē)用傳感器能夠實(shí)現全溫區精度。也就是說(shuō)，在不同的溫度環(huán)境中，均能實(shí)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(huì )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(shí)現高精度？
至于該如何提高傳感器精度，中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟常務(wù)副理事長(cháng)郭源生給出這樣幾個(gè)方向：第一是要解決傳感器共性的工藝基礎問(wèn)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(chǎng)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(jiǎn)稱(chēng)“奧迪威”）市場(chǎng)及產(chǎn)品管理部部長(cháng)石鵬以?shī)W迪威生產(chǎn)的壓電陶瓷產(chǎn)品為例進(jìn)行了解釋。當前，壓電陶瓷超聲波傳感器是汽車(chē)超聲波傳感器最主要的類(lèi)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(guò)軟件、算法調整實(shí)現，而是需要從原材料開(kāi)始做配方調整和開(kāi)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(chē)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(jìn)行配方調配。
生產(chǎn)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(guān)鍵環(huán)節，傳感器精度是否達標需要由校準環(huán)節把控?！皞鞲衅鞯纳a(chǎn)過(guò)程包括很多工藝，每個(gè)工藝節點(diǎn)都需要對該產(chǎn)品進(jìn)行校正，判斷產(chǎn)品是否合格?！蓖▏H貿易（上海）有限公司（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“威卡”）銷(xiāo)售總經(jīng)理蘇加林表示，“對產(chǎn)品的0、25%、50%、75%、100%量程共五個(gè)壓力點(diǎn)進(jìn)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(lái)說(shuō)，校準精度要達到產(chǎn)品設計精度的至少3倍以上。
蘇加林介紹，慣常講的車(chē)用傳感器精度構成有三個(gè)部分：第一是非線(xiàn)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(jìn)行重復測量時(shí)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(chē)而言，汽車(chē)的重復性精度指標很重要，也就是當汽車(chē)使用一年、兩年、五年甚至更長(cháng)時(shí)間之后，汽車(chē)的重復性精度就會(huì )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(wèn)題，精度依然保持在設計范圍內。蘇加林表示，要實(shí)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(mǎn)足要求。
