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2019年的新冠疫情重創(chuàng )了汽車(chē)市場(chǎng)的短期產(chǎn)量汽車(chē)產(chǎn)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(méi)有阻止傳統汽車(chē)向電動(dòng)汽車(chē)轉型趨勢，汽車(chē)電動(dòng)化在疫情期間仍在加速，汽車(chē)市場(chǎng)復蘇可期。
 
意法半導體亞太區模擬器件、MEMS和傳感器事業(yè)部(AMS)，MEMS產(chǎn)品市場(chǎng)應用負責人Davide Bruno表示，2019年的汽車(chē)電子市場(chǎng)總規模在350億美元區間，其中傳統汽車(chē)核心電子元器件約占65％，數字化與電動(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(cháng)。但現在因為新項目、新產(chǎn)品和新技術(shù)的發(fā)展速度非?？?，數字化和電動(dòng)化占比將達到60％以上，而傳統汽車(chē)核心電子將降至40％以下。從現在起3到5年后，這個(gè)預測將會(huì )變?yōu)楝F實(shí)。

除此之外，有兩種新的趨勢即將強勢來(lái)襲，一是共享汽車(chē)和汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)正在成為一種社交需求，其中共享汽車(chē)將占10％以上，這將為包括ST在內的公司提供很多機會(huì )；再就是經(jīng)濟型自動(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(chē)。
 
所有這些都顯示出汽車(chē)工業(yè)轉型正在明顯加速，不斷順應交通工具新趨勢。而在整個(gè)汽車(chē)電子應用中，從當下爆火的SiC，到ADAS機器視覺(jué)、ADAS雷達、車(chē)聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)，都能看到ST的身影。ST認為，隨著(zhù)自動(dòng)駕駛水平提高，預計整車(chē)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(chē)舞臺
 
我們都知道，一輛汽車(chē)上有多個(gè)不同的組件，從宏觀(guān)來(lái)看，有攝像頭、激光雷達、長(cháng)距離雷達、近距離雷達和汽車(chē)超聲波雷達，在這些宏觀(guān)系統的子系統中，我們又能看到哪些傳感器？首先是運動(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，這兩者都是相對較新的新事物，但也因此這兩類(lèi)傳感器沒(méi)有明確的技術(shù)標準，Davide Bruno認為這是個(gè)復雜的問(wèn)題。同時(shí)隨著(zhù)汽車(chē)的電動(dòng)化的發(fā)展，許多子系統需要彼此通信，多傳感器數據融合也是一個(gè)非常重要的課題。
 
那么汽車(chē)傳感器有哪些增長(cháng)動(dòng)能驅使呢？ST認為主要有四大類(lèi)，分別是共享汽車(chē)門(mén)禁，路噪抑制，5G網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)的網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)以及輔助駕駛。
 
而這每個(gè)增長(cháng)點(diǎn)又對應不同的技術(shù)需求，汽車(chē)門(mén)禁對低功耗要求較高，在這方面，ST擁有功耗最低的加速度計，從而可以實(shí)現無(wú)鑰匙門(mén)禁等汽車(chē)應用；路噪抑制則相對復雜些，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)傳感器數據，提升車(chē)內靜謐性體驗 (尤其是電動(dòng)汽車(chē))；而對于車(chē)輛V2X/TBOX/ CAR ALARM等網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)方面，ST一直是這些技術(shù)的先驅?zhuān)鏣ESEO汽車(chē)處理器，特別是MEMS和慣性測量單元，ST都具有全套的開(kāi)發(fā)工具，還有針對緊急電話(huà)救援服務(wù)應用的內置測斜計的汽車(chē)警報器。
 
真正改變游戲規則的是輔助駕駛。輔助駕駛的重點(diǎn)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(chē)雷達的傾斜角和安裝方式非常重要，ST對此專(zhuān)門(mén)研發(fā)了專(zhuān)門(mén)用于在汽車(chē)組裝生產(chǎn)線(xiàn)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(xué)防抖系統OIS的市場(chǎng)領(lǐng)導者。
 
過(guò)去的汽車(chē)沒(méi)有自動(dòng)駕駛功能，自動(dòng)駕駛級別為0，汽車(chē)完全由駕駛員操控。1級自動(dòng)駕駛不是今天開(kāi)始有的，而早在18年前就出現了。2級是從2015年開(kāi)始的。3級到來(lái)是在2022年，5級是在2040年到來(lái)。Davide Bruno也指出，這個(gè)預測可能會(huì )相對保守些，還需要考慮居住環(huán)境道路的影響，舉例來(lái)說(shuō)，與缺乏基礎設施或沒(méi)有全自動(dòng)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(dòng)駕駛的到來(lái)。但總體來(lái)看，到2040年，大多數汽車(chē)將實(shí)現全自動(dòng)駕駛。

信息來(lái)源: SAE standard J3016

ST認為，2021年生產(chǎn)的汽車(chē)中有33％的比例將是2級和3級自動(dòng)駕駛。不同的自動(dòng)駕駛級別都會(huì )用到超聲雷達、長(cháng)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(wú)人駕駛，汽車(chē)需要30多種傳感器協(xié)同工作。
 
傳感器在汽車(chē)的應用中有三次浪潮，汽車(chē)傳感器第一次應用浪潮是從1974年的發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣壓力傳感器開(kāi)始的。然后，所謂的主動(dòng)安全應用到來(lái)。當汽車(chē)變得更豪華或者有很大的屏幕時(shí)，信息娛樂(lè )系統出現，需要使用更多的傳感器，我們將其稱(chēng)為非安全應用。主動(dòng)安全和非安全應用之間這段時(shí)間，稱(chēng)為第二次浪潮。第三次浪潮始于主動(dòng)安全，因為主動(dòng)安全是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的一部分。ST正與所有一級和OEM汽車(chē)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(fā)展的？從第一次浪潮轉到第二浪潮，ST是安全氣囊市場(chǎng)參與者。ST也是全球公認的汽車(chē)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(wú)鑰匙門(mén)禁等。

“我認為麥克風(fēng)是一個(gè)很有意思的汽車(chē)產(chǎn)品。首先，汽車(chē)行業(yè)沒(méi)有麥克風(fēng)技術(shù)標準。ST是探索汽用麥克風(fēng)性能的先驅之一。今天，我們清楚地看到有4種應用在推動(dòng)對汽車(chē)麥克風(fēng)的需求。首先是免提電話(huà)，其次是使用多個(gè)麥克風(fēng)抑制路噪的降噪系統，緊急呼叫，最后是車(chē)內通話(huà)應用。MP23DB01HP是我們提供給合作伙伴和客戶(hù)的工業(yè)級產(chǎn)品?！盌avide Bruno談到。
 
鑒于汽車(chē)安全功能用慣性傳感器的市場(chǎng)滲透率越來(lái)愈大，ST也正在打入安全應用市場(chǎng)，尤其是翻車(chē)檢測和ADAS /自動(dòng)駕駛。雖然ST在傳感器安全應用市場(chǎng)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(dòng)駕駛汽車(chē)中的傳感器沒(méi)有太大區別。主要不同之處是汽車(chē)傳感器的更具挑戰性的技術(shù)要求：準確度、線(xiàn)性度和穩定性。那么ST又將如何解決和應對這些需求呢？

2018 – 2023年汽車(chē)安全功能用慣性傳感器市場(chǎng)滲透率
 
汽車(chē)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(chē)就已經(jīng)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(fā)生事故。今天，除了ESC，汽車(chē)制造商更加關(guān)注翻車(chē)檢測和穩定控制。而MEMS傳感器不僅是防止側翻和加強汽車(chē)穩定性控制的安全核心，還是駕駛員監測系統的核心。
 
現在的航空器已經(jīng)完全是4級或5級自動(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，你需要購買(mǎi)一套價(jià)值15萬(wàn)美元的系統，還需要一周的時(shí)間完成傳感器校準。這種傳感器本身與標準傳感器沒(méi)有太大區別。但是，校準意味著(zhù)需要調校傳感器、ASIC芯片和全部固件，關(guān)鍵是要逐一校準。校準過(guò)程需要長(cháng)達一周的時(shí)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(mén)級經(jīng)濟汽車(chē)為例，假設其慣性模塊系統的成本是10,000美元，那么汽車(chē)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，其最佳競品售價(jià)約10,000美元，校準需要1到2天的時(shí)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(jià)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。

ST已經(jīng)為客戶(hù)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、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(chē)MEMS傳感器的另一個(gè)重要部分。ST認為，陶瓷封裝將是汽車(chē)的未來(lái)，陶瓷封裝讓傳感器單元有更高的穩定性和更好的線(xiàn)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，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(wú)法很好控制自己但還必須操控汽車(chē)時(shí)，駕駛監測系統將會(huì )提示我們把車(chē)停到路邊休息，這是一個(gè)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(chǎng)做出的貢獻，ST MEMS微鏡可以顯著(zhù)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(xué)元件組成的激光雷達子系統?！拔㈢R不是傳感器，而是致動(dòng)器或執行器，這仍然屬于我們的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，它們在總體上被視為MEMS傳感器?！盌avide Bruno解釋到。

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

結語(yǔ)
 
未來(lái)，汽車(chē)將需要越來(lái)越多的傳感器，也需要集成度更高的運動(dòng)傳感器，車(chē)廂內檢測需要高靈敏度的影像傳感器，但這不一定意味著(zhù)需要研發(fā)新的傳感器，而是將現有傳器以新的方式應用在在汽車(chē)中。