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传感器的数量和种类决定汽车的智能化水平,车规级传感发展成重点

发布日期:2022-08-05 作者:网络

“如何感受一辆汽车的智能化水平?坐进驾驶室里面感受一下。”“如何感受驾驶室的智能化水平?计算一下其中传感器
的种类和数量。”这两句话反映了消费者对汽车智能化进程的最直观感受,也体现出传感器在汽车智能化中所起到的重要作用。


没有汽车传感器,任何现代汽车都不会上路。有发动机转速传感器,并且也可以在安全气囊和车轮上找到它们。传感器技术对于检测车辆周围的环境也很重要,因此对于自动驾驶和自动停车功能也很重要。

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今年以来,多款新车陆续发布,单车传感器数量增长迅速。按传感器数量统计,6月发布的理想L9整车超25个视觉传感器,7月上市的长安深蓝SL03可选装到27个传感器,推迟到明年上市的小鹏P7具备31个传感器,刚刚上市的比亚迪海豹也有15个传感器,今年4月份华为发布的阿尔法s的传感器则高达34个。


近年来,随着互联网与物联网的高速发展,工信部颁发了《基础电子元器件产业发展行动计划(2021-2023)》支持电子元器件的关键技术的发展。深圳发布全国首部智能网联汽车法规,无人驾驶汽车可合法上路,汽车智能化持续提速。


在自动驾驶的层级结构中,汽车传感器处于感知层,产品附加值高,是实现单车智能驾驶的核心硬件。汽车传感器位于产业链中游。上游主要为传感器制造原材料供应商。下游为汽车OEMs,包括合资品牌、自主品牌和新势力等。


国海证券杨阳在6月24日发布的研报中表示,预计2025年中国乘用车汽车传感器市场规模有望达1003.8亿元,2021-2025年CAGR达39.19%。


汽车传感器可根据使用目的不同分为车身感知传感器和环境感知传感器。车身感知传感器提高了单车自身的信息化水平,按照输入的被测量不同主要分为压力传感器、位置传感器、温度传感器等,从工作原理上看这些传感器大都采用MEMS方案;环境感知传感器主要分为车载摄像头、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达。


车身感知传感器MEMS化是主要趋势,电磁类传感器有望受益于新能源汽车渗透率提升。MEMS是微机电系统,每种MEMS传感器都是针对下游特定的场景来生产,按照工作原理MEMS传感器可分为物理类、化学类、生物类,细分种类多样、几乎涵盖车用传感器的所有类型。


1、市场不断增长,传感器种类、数量双提升


从概念上来讲,智能座舱是一个以汽车的座舱域控制器为核心,以显示屏、HMI(人机交互)、视觉追踪等部件共同组成的一个系统。由于汽车座舱暂不涉及底盘控制等方面,技术实现上难度相对较低,加之座舱是与驾乘人员接触最密切的空间,功能落地更易被用户感知,因此智能座舱也成为当前汽车智能化步伐最快的部分。


作为一个代表,驾驶座舱系统的发展又反映了整个汽车智能化的进程。在此过程中,传感器都将发挥关键作用。“可以把汽车当做是一个安装传感器的平台,各种物理量、化学量、生物量的传感器随着汽车智能化的发展将会越来越多地应用于汽车当中。汽车智能化的程度将会成为决定汽车性能和功能的关键因素。智能化的基础之一就是感知技术。”郭源生指出。


在这样一个大背景下,车用传感器市场规模不断增长。IHS数据显示2021年全球智能座舱市场规模约为420亿美元,预计2030年增长至681亿美元。以此为基点可以看出,汽车智能化的进程将不断发展,并为上游半导体产品提供更多新的增长点。IHSMarkit统计显示2020年平均单车传感器(仅包括摄像头、毫米波雷达和体征监测传感器)搭载量为3.3个,预计至2030年增长至11.3个。


从趋势来看,未来车用传感器市场将呈快速上升势头。车用传感器大致可以划分为存量与增量两个市场。一方面,以车身、底盘等应用为主的存量市场规模不会减少,以进行一定的更新换代为主;另一方面,以智能座舱、自动驾驶为主的增量市场上升势头也非常快。目前,激光雷达大多数车型还没有被安装,毫米波雷达只有少量上车,疲劳驾驶监控传感器也只在少数车型上安装。这些都是可以预见的增量市场。如果以新型传感器的增长来判断,预计每年会有10%以上的增长。


传统汽车传感器装备数量至少90个;


据四川省汽车产业协会的数据,目前平均每辆汽车装配24个MEMS传感器,高档汽车中搭载约25-40,甚至上百个MEMS传感器;安全性需求的推动下汽车MEMS传感器有望继续增长。


MEMS传感器产业链分为设计研发、生产制造、封装测试、系统应用四个环节。上游主要是设计、原材料与设备,中游是制造与封测,下游是消费电子、汽车电子等系统应用的终端产品。


据中国信息通信研究院估计,2017-2022年汽车市场领域MEMS传感器市场规模有望从 22.82亿美元增长至32亿美元,CAGR可达7%。MEMS传感器应用广泛,在汽车行业安全保护标准等政策驱动下增长趋势有望延续;汽车智能化、网联化的趋势有望为MEMS传感器催生出更多元的应用场景需求。


分析师表示,汽车传感器中MEMS传感器、车载摄像头、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达有望受益;车载激光雷达市场刚刚起步,2022有望迎来放量元年,国内厂商或将参与全球竞争。


2、可靠性稳定性凸显,车规级传感发展成重点


随着车用传感器的市场扩大,越来越多企业在切入车用传感器赛道之余,展现出一些新的技术趋势。首先是将有越来越多MEMS等半导体制造工艺的先进传感器替代传统类型的传感器。MEMS和先进传感器的成本低、复制性好,良率高,对传统类型传感器有很大的替代作用。当然,MEMS和先进传感器并不会全面取代传统类型的传感器,硅基产品仍然存在一定的局限性,比如测量尾气排放的传感器需要支持800℃的高温环境,这是硅基产品所不具备的特性。


其次,汽车中的多传感器融合已成为主流趋势。研究机构威尔森在《汽车智能网联前瞻技术报告》中表示,鉴于车外环境感知对象非常复杂,为应对不同场景及保证车辆行驶安全,选择多传感器融合的感知方案已是行业共识。多传感器融合在应对不同场景上优势明显,在提高感知准确度、增加感知维度的同时增强环境适应能力,进一步提升系统决策可靠性。


再次,传感器与人工智能技术的结合变得越来越紧密,感知人的情绪和行为,为安全驾驶提供帮助。张程怡表示,人工智能可以处理来自摄像头、麦克风、生物传感器甚至雷达的实时数据,然后帮助汽车做出决策。计算机视觉是人工智能领域的一个分支,让计算机和系统能够从数字图像、视频和其他视觉输入数据中提取有意义的信息,并根据这些信息采取行动或提出建议。


最后,可靠性与稳定性是车规级传感器最为强调的性能。郭源生指出,中国的地理环境非常复杂,可靠性与稳定性对车用传感器十分重要。汽车在运动过程中需要承受较多的震动和冲击,这就需要车用传感器要提供长寿命、高稳定性,并满足汽车产品的高可靠性等要求。


基于这些技术趋势,郭源生强调,我国发展车用传感器产业,应以用户为龙头,集合系统集成商,模块硬件、传感器器件与芯片厂商,共同搭建起一个产学研用的技术研发平台。只有这样才能按照产业链构架,建立一个完整的研发体系,打通产业不同环节,推动基础技术的开发,共同推进车用传感器的本土化发展。


3、汽车应用中的激光雷达


与雷达一样,汽车行业被视为激光雷达的关键增长机会。在该领域,激光雷达系统的工作波长为 905 nm 或 1,550 nm。典型激光雷达系统的主要硬件模块是发射、接收、光束控制、光学、读出以及电源和系统管理。


激光雷达的支持者指出,它能够快速生成详细、准确的 3D 车辆周围环境地图。他们还指出它可以很好地检测小物体,这要归功于它与雷达相比具有相对较高的分辨率。最近的一项进步是 4D 激光雷达,它由一个模块提供,该模块不仅可以确定到物体的距离及其 x、y 和 z 坐标,还可以将速度绘制为第四维。


迄今为止,三个主要因素限制了激光雷达在汽车领域的更广泛采用:成本、机械复杂性(这既是成本因素又是令人头疼的维护问题)以及恶劣天气条件下的性能。
汽车激光雷达的机械复杂性源于激光雷达发射器(激光器)及其接收器都需要一个光束控制机制,以提供车辆周围的 360 度视图。然而,即使一切都变得更简单、更实惠,激光雷达仍因其在恶劣天气条件下的性能限制而受阻。在雨、雪和雾中,它与视觉系统一样面临同样的挑战——无论是人类还是其他。


尽管存在这些挑战,但据报道,大多数自动驾驶汽车公司都对他们计划进军汽车领域表现出兴趣。

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