MEMS传感器如何让交通更安全和更高效
更新时间:2022-10-24 14:59:12

  MEMS传感器如何让交通更安全和更高效onal Safety Council)公布的数据显示,仅仅在2017年的上半年,美国共有18689人死于交通事故。中国国家安全监管总局、交通运输部发布的数据则透露,中国在2016年因交通事故死亡的人数达6.3万。这些令人心痛的数据印证了交通事故猛于虎。

  如何让交通更安全?如何让交通更高效?从当前的汽车产业发展趋势来看,大家选择相信车子自己开比人类驾驶更安全、高效。自动驾驶将提升个人安全系数,可减少90%以上的事故。自动驾驶是当前汽车产业的热门话题,由于其实现的过程中离不开电子元器件和网络通信的助力,因此自动驾驶成为一个多产业融合的课题。其中,主要任务是搭建自动驾驶的硬件平台,收集道路交通数据,最终帮助软件算法完成驾驶决策。可以说,电子元器件是自动驾驶实现的基础。

  毫无疑问,汽车产业正在朝着自动驾驶方向发展,而高级驾驶辅助系统(ADAS)是实现自动驾驶发展的重要前提。到2020年,美国和欧盟出售的所有新车都必须配备自动刹车和碰撞预警系统。麦肯锡的调研显示,消费者对自动泊车和盲点监控等 ADAS 功能越来越感兴趣。

  (上海)有限公司设计中心高级经理李春华认为,ADAS是通往自动驾驶系统的先驱,搭载ADAS车辆的市场投放以及研发速度如今正飞速发展。作为系统的关键,各种传感元器件按照其特点,被运用于各种用途,近年来,除了提高识别、检测精度以及模块的小型化之外,市场还强烈要求注重功能安全的元器件。

  意法半导体(ST)看到,目前20%的在产车辆至少配备两个辅助驾驶系统,在立法、客户意识和OEM主推价格合理的新功能的市场策略的推动下,到2020年,视觉和雷达辅助驾驶系统将成为大多数车辆的标配。我们预测,未来十年,仅辅助驾驶系统就会拉动整车半导体使用数量提高一倍。随着市场对传感器需求的增长,对嵌入式计算平台的需求也相应增长。ST认为,契合当下2级自动驾驶汽车的ADAS+方案将会被大规模部署。

  Molex地区销售经理Sophia Cai认为,作为自动驾驶的前期阶段,ADAS是一个辅助系统,并不是一个自动的系统,车辆在行驶过程中要做主的永远是人。但是,很多时候人是根据车辆的反馈系统做出的判断,如果信息出错就容易造成事故。Sophia 指出,当车辆要耐受大量的振动和冲击,因此安全系统可能会产生误报警,这并不奇怪。解决方法则是将各种接口和互连系统加固,使设计具备高度的可靠性与保持力,从而避免意外断开。

  赛灵思公司表示,当前处于自动驾驶发展的“试错”阶段,算法的更新迭代周期非常短,这给FPGA更多的市场机会。以ADAS报警为例, ADAS 系统提醒是被动式的,但也有可能是主动式的。减少“误报率”主要是要在系统级解决的问题。增加传感器数量,提高传感器融合,这都有助于确保误报率的降低。赛灵思技术能为系统开发人员带来以下优势。

  从半导体厂商和监管机构的表态来看,在未来的一段时间内,ADAS的部署将成为汽车产品的加分项,也将成为半导体厂商的业务增长点,直到各行业打通自动驾驶的所有关节,ADAS才会逐渐从汽车历史谢幕。

  美国交通部于当地时间10月4日发布了发布了第3版自动驾驶指导政策——《准备迎接未来交通,自动驾驶汽车3.0》。其中提到,“针对自动驾驶汽车,交通部准备通过美国公路交通安全管理局(NHTSA)来重新考虑现行安全标准的必要性和适用性。”可以看出,安全性是自动驾驶不容忽视的前提。

  CEVA公司汽车市场营销总监Jeff VanWashenova指出,在启动全自动和部分自动化系统时,安全是关键问题,并且在诸如城市驾驶、夜间和恶劣天气运行等许多具有挑战性的情况下,需要付出很多努力来确保安全运行。业界正在通过ISO26262来解决这些问题,但这只是一个开始。需要花费大量精力来定义这些系统将要经历的极端情况,这不是一件容易的事。为了完全理解有可能发生的所有情况,我们需要记录许多英里的驾驶情况,从而定义、诊断和解决许多独特场景问题。为了克服这些挑战,社会需要定义一个可接受的安全和性能水平。虽然世上没有完美的系统,但这不应该阻碍我们努力发展更好的全自动车辆以实现移动性和安全性方面的巨大优势。

  村田(中国)投资有限公司市场&业务发展部高级工程师崔璐表示,村田是业内较早将MEMS传感器应用于汽车主动安全的公司之一,相比“安全气囊”等事故发生后的“被动安全”,村田的MEMS传感器依靠其极高的灵敏安全性能,可以做到“防患于未然”。村田的加速度传感器、防止翻车的陀螺仪传感器以及可应用在胎压检测上的振动传感器、还有它们的组合式传感器,均在汽车主动安全设计上功不可没。这些传感器都符合AEC-Q100的标准,具有高精度,高稳定性,高可靠性等特点,很早便深度介入到ABS(制动防抱死系统)、ESC(电子稳定控制系统)等汽车主动安全领域中,其中在涉及汽车安全的车身电子稳定系统(ESC)领域表现尤为突出,村田希望通过这种主动的方式去感知车身姿态,从而达到保护驾驶员生命安全的目的。

  罗姆与集团旗下的蓝碧石半导体(LAPIS Semiconductor)开发出面向高清液晶面板导入功能安全的车载芯片组。本芯片组是由驱动车载业界最高的HD/FHD级别高清液晶面板的栅极驱动器、源极驱动器(各驱动器均由蓝碧石半导体制造)、时序控制器,以及使这些器件达到最佳运行状态的电源管理IC和伽玛校正IC构成。构成芯片组的各IC搭载可相互检测可能发生的故障模式的功能。液晶驱动器的损坏和剥落、液晶的输入信号等信息可随时确认并反馈,作为芯片组还可通过互补来检测面板的故障。通过导入功能安全,在车速表和后视镜采用液晶面板时,有助于预防所担心的重大事故。

  面对自动驾驶的大趋势和其带来半导体增长的历史性机遇,半导体厂商有着怎样的产品应对呢?

  ADI从1987年开始做MEMS加速度计,2002年开始做MEMS陀螺仪。2007年我们MEMS的加速度计和陀螺仪的技术都已经成熟了,我们看到市场上有很多需求,需要把这两种传感器融合到一起,我们自然而然在2007年的时候就发布了工业用的,我们称之为IMU的产品。ADI汽车电子业务部大中华区汽车市场经理Jerry Cui表示,目前在国内做自动驾驶的,无论是做硬件、软件的,还是做平台的,可能99%的用户都有在采用ADI的IMU产品。

  CEVA专注于为计算机视觉和深度学习加速提供安全高效处理解决方案的芯片IP供应商,CEVA的XM计算机视觉处理器和专用NeuPro神经网络处理器,用于驾驶员监控等DAS系统,以及后视摄像头和环视系统等智能摄像系统。CEVA的处理器可以在低功耗嵌入式解决方案中高效地运行神经网络。CEVA自有的深度神经网络软件框架(CDNN),可以将传统上运行在GPU等耗电计算平台上的神经网络优化,在低功耗嵌入式系统中运行。

  村田能够提供高品质,高可靠性的车用元器件、传感器、无线通讯模块等产品。村田MEMS传感器在高级辅助驾驶系统(ADAS),即前车碰撞报警、盲点监测、车道偏离报警以及自动泊车等方面走在行业及技术前沿。如村田的超声波传感器,通过使压电陶瓷振动而产生超声波的反射时间可测量距离,能够用于停车辅助系统的倒车声纳。村田生产的惯性传感器在自动驾驶车辆中也能够发挥可靠的安全性能,如在驾驶员意图变道或转向的初期时刻,村田的MEMS传感器可以捕捉这样的信息并提供给ADAS系统,令驾驶辅助系统更可靠,更安全。其中,陀螺仪一体化加速度传感器已累计为汽车行业提供5000万单位的产品。

  罗姆正在开发适用于各种传感器模块以及将其进行整合的ADAS ECU的元器件,例如系统电源、各种电源LSI、传输检测数据的接口IC等,还通过广泛推出其他周边LSI和分立式元器件产品,为旨在实现ADAS/自动驾驶的汽车的未来做贡献。

  赛灵思能提供种类丰富的产品,包括纯 FPGA 产品和/或 SoC(ARM核 + FPGA)产品。这些产品提供独特的灵活性,能为前端摄像头、全景摄像头等提供解决方案。各代系统要求各不相同,创新正在持续推进。因此,芯片解决方案需要适应不断变化的要求。FPGA 技术助力系统设计人员创建自己的硬件加速器或AI引擎,提高处理效率。在许多情况下,仅仅拥有高性能CPU是不够的,还需要硬件加速器来分担 CPU 的工作,减少实现功能所需的软件。

  智能驾驶是ST的两大战略发展方向之一。在视觉技术方面,ST与Mobileye开始合作,联合推出了EyeQ系列辅助驾驶产品;在V2X方面,ST与Autotalks合作,提供车车、车与周边环境通信等相关技术;在高精度定位方面,ST可以提供支持全球所有导航协议的亚米级精度定位芯片与高精度地图配合使用。同时,ST在毫米波雷达技术上,有丰富的技术及产品,产品覆盖24GHz和77GHz。尤其需要指出的是,ST目前在与Autoroad合作开发基于77GHz频率的SAR雷达,为雨天、雾天等恶劣天气环境下的智能驾驶提供了又一全新的技术解决支撑。ST与市场领先的夜视摄像系统厂商AdaSky也有合作。最重要的是,ST正在与Valens合作开发HDBaseT解决方案,以应对自动驾驶车辆海量数据传输带来的挑战。

  Molex 已经为互连解决方案的微型化作出了数不胜数的贡献。比如说,Molex 和罗森伯格最近签署了一份双重来源协议,使 Molex 可以基于罗森伯格的 HFM? 设计来生产 FAKRA-Mini 汽车同轴连接器。这类连接器可以使传输的数据速率达到 20 Gbps,同时,与传统一代的 FAKRA 相比,可以节省多达 80% 的安装空间并显著的降低重量。罗森伯格 HFM FAKRA-Mini 系统的设计可供一系列现有及未来的汽车应用使用,包括高级驾驶辅助系统 (ADAS)、导航、车载信息娱乐系统,以及智能互联车辆等。

  在针对ADAS(高级驾驶辅助系统)或自动驾驶方面,及存储装置株式会社不提供整个系统,东芝提供的主要产品是图像识别处理器,称之为VisconTITM 。每瓦性能高是VisconTITM的主要特点。采用了VisconTITM,模组厂家或汽车一级供应商不需要增加专门的冷却部件,如散热器,冷却风扇等。

  麦肯锡最新研究显示,中国未来很可能成为全球最大的自动驾驶市场。研究同时指出,49%的中国消费者认为全自动驾驶“非常重要”,另有49%的中国消费者认为它“可有可无”。这一结果与德国及美国消费者形成鲜明对比:仅16%的德国和美国消费者认为全自动驾驶“非常重要”,另有53%的德国和美国消费者认为它“可有可无”。在中国,自动驾驶有着极为广阔的前景。

  ADI基于之前长期的汽车安全生意、紧密的车厂和供应商合作,以及在自动驾驶和相关半导体产品领域的丰富经验积累,通过主打“高性能、低成本、差异化、系统级解决方案”四大标签,正在努力与本地合作伙伴共建生态圈,志在为中国智能汽车技术升级和自动驾驶的本土化浪潮推波助澜。

  对CEVA以及许多致力于安全和高性能DAS和自治系统的企业来说,中国市场非常重要。这些解决方案需要具有高成本效益和高性能,以满足市场和中国的大规模部署需求。

  在中国,村田正积极拓展与汽车企业的合作,致力于和国内本土汽车企业共建合作,并取得了明显进展。此外,村田还是国家智能网联汽车(上海)试点示范区的首批成员,积极助推智能网联和无人驾驶汽车从国家战略高度进入实际操作阶段。目前,汽车电子在村田销售额中的份额大概在15%左右,未来这一数字还将持续增长。

  中国市场是汽车行业最大的市场之一,它也在推进汽车从燃油发动机向汽车电气化的发展。电气化和自动驾驶技术将成为两大趋势。赛灵思会继续向中国市场投资,推进市场整合发展。其中一个例子就是我们收购了总部位于中国北京的提供 AI 技术的初创公司深鉴科技。

  在中国大陆,汽车制造和消费的扩张正在促成着基于电子元件的各种创新性解决方案的发展,这些解决方案适合动力总成、车载信息娱乐系统、安全功能以及“新能源”汽车使用。这些新能源汽车主要是电动车,而 Molex 则在实现这类车辆所需的技术突破方面扮演着主要的角色。Molex 现正处在这一转型过程中的核心位置,可以提供一系列重要的解决方案。

  自动驾驶由感知、识别、决策和控制等四个处理过程组成。ADAS和自动驾驶的最重要的处理过程是识别,而这识别需要做一些本地化的适应。东芝与中国当地公司有业务合作并根据中国的实际环境来提升识别性能。

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