汽車傳感器超強(qiáng)科普：一次性看懂各類傳感器的優(yōu)劣勢及應(yīng)用

來源?| 半導(dǎo)體行業(yè)觀察

先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistant System），簡稱ADAS，是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器， 在第一時間收集車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)， 進(jìn)行靜、動態(tài)物體的辨識、偵測與追蹤等技術(shù)上的處理， 從而能夠讓駕駛者在最快的時間察覺可能發(fā)生的危險， 以引起注意和提高安全性的主動安全技術(shù)。

汽車傳感器裝備的目的不同，可以分為提升單車信息化水平的傳統(tǒng)微機(jī)電傳感器（MEMS）和為無人駕駛提供支持的智能傳感器兩大類。MEMS 在汽車各系統(tǒng)控制過程中進(jìn)行信息的反饋，實(shí)現(xiàn)自動控制，是汽車的“神經(jīng)元”。而智能傳感器則直接向外界收集信息，是無人駕駛車輛的“眼睛”。

1.汽車智能化的根基——傳感器

傳統(tǒng)傳感器：各個系統(tǒng)控制過程依靠傳感器，進(jìn)行信息的反饋，實(shí)現(xiàn)自動控制工作，是汽車的“神經(jīng)元”。汽車傳統(tǒng)傳感器依照功能可以分為壓力傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和液位傳感器等 8 類。汽車傳感器主要應(yīng)用于動力總成系統(tǒng)，車身控制系統(tǒng)以及底盤系統(tǒng)中。汽車傳感器在這些系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著信息的采集和傳輸功用，它采集的信息由電控單元進(jìn)行處理后，形成向執(zhí)行器發(fā)出的指令，完成電子控制。

智能傳感器：智能傳感器是無人駕駛車輛的“眼睛”。汽車正在向一臺安全聯(lián)網(wǎng)的自動駕駛機(jī)器人快速演進(jìn)，進(jìn)行環(huán)境感知、規(guī)劃決策，最終實(shí)現(xiàn)安全抵達(dá)目的地。目前應(yīng)用于環(huán)境感知的主流傳感器產(chǎn)品主要包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和攝像頭等四類。

2.MEMS 傳感器：汽車微感官

3.智能傳感器：自動駕駛核心

77 GHz 在性能和體積上都更具優(yōu)勢。目前車載雷達(dá)的頻率主要分為 24GHZ 頻段和77GHZ 頻段。與 24GHz 毫米波雷達(dá)相比，77GHz 的距離分辨率更高，體積更是小了三分之一。2018 年，中國新車評價規(guī)程（C-NCAP）將自動緊急制動系統(tǒng)（AEBS）納入評分體系，從而將帶動 77GHz 毫米波雷達(dá)在未來的市場需求。而從長遠(yuǎn)來看，77GHz毫米波雷達(dá)的體積更小、探距更長，使得其較 24GHz 毫米波雷達(dá)將具備更大的市場空間。

24GHz 與 77GHz 毫米波雷達(dá)兼?zhèn)溆?ADAS 的長短距檢測。毫米波雷達(dá)因其硬件體積小，且不受惡劣天氣影響，被廣泛應(yīng)用在 ADAS 系統(tǒng)之中。24GHz 目前大量應(yīng)用于汽車的盲點(diǎn)監(jiān)測、變道輔助。雷達(dá)安裝在車輛的后保險杠內(nèi)，用于監(jiān)測車輛后方兩側(cè)的車道是否有車、可否進(jìn)行變道。77GHz 雷達(dá)在探測精度與距離上優(yōu)于 24GHz 雷達(dá)，主要用來裝配在車輛的前保險杠上，探測與前車的距離以及前車的速度，實(shí)現(xiàn)的主要是緊急制動、自動跟車等主動安全領(lǐng)域的功能。完全實(shí)現(xiàn) ADAS 各項功能一般需要“1長+4 中短”5 個毫米波雷達(dá)，奧迪 A8 搭載 5 個毫米波雷達(dá)（1LRR+4MRR），奔馳 S 級搭載 6 個毫米波雷（1LRR+6SRR）。目前 77GHz 的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)單價在 1000元左右，24GHz 毫米波雷達(dá)單價在 500 元左右。

自動泊車普及激發(fā)超聲波雷達(dá)需求。超聲波雷達(dá)一般安裝在汽車的保險杠或者側(cè)面，前者稱為 UPA，一般用于測量汽車前后障礙物，后者稱為 APA，用于測量側(cè)方障礙物。APA 超聲波傳感器是自動泊車輔助系統(tǒng)的核心部件，探測距離較遠(yuǎn)，可用作探測車位寬度，獲得車位尺寸及車輛的位置信息。超聲波雷達(dá)主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)，以及自動泊車系統(tǒng)中近距離障礙監(jiān)測。倒車?yán)走_(dá)已經(jīng)由高端車型下沉到中低端車型，滲透率較高，前裝率達(dá) 80%左右。

4.多傳感器融合是必然趨勢

環(huán)境感知傳感器是汽車的眼睛，毫米波雷達(dá)綜合優(yōu)勢突出。智能化時代背景下，環(huán)境感知顯得尤為重要，不同傳感器的原理和功能各不相同，在不同的場景里發(fā)揮各自的優(yōu)勢，難以相互替代。毫米波雷達(dá)綜合優(yōu)勢突出，有望率先成為 ADAS 系統(tǒng)主力傳感器。

總的來說，ADAS 采用的傳感器主要有攝像頭、雷達(dá)、激光和超聲波等，可以探測光、熱、壓力或其它用于監(jiān)測汽車狀態(tài)的變量， 通常位于車輛的前后保險杠、側(cè)視鏡、駕駛桿內(nèi)部或者擋風(fēng)玻璃上。ADAS內(nèi)每一類子系統(tǒng)在運(yùn)作時，都離不開信息的搜集、處理與判斷，以及判斷完畢后系統(tǒng)給予車體指令，使汽車進(jìn)行不同動作等各階段。在這樣的流程中，雷達(dá)和攝影機(jī)等傳感器，以及MCU或影像處理IC等處理器，就成了最主要的使用元件。在通往L5級別自動駕駛的道路上，ADAS系統(tǒng)的成熟與完善是基本保障。

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