智能座艙快速發展 車規級傳感器迎新機遇

來源:中國電子報 2022-03-29 10:05中投網 A-A+

   “如何感受一輛汽車的智能化水平?坐進駕駛室里面感受一下。”“如何感受駕駛室的智能化水平?計算一下其中傳感器的種類和數量。”這兩句話反映了消費者對汽車智能化進程的最直觀感受,也體現出傳感器在汽車智能化中所起到的重要作用。近年來,汽車的智能化進程持續推進,駕駛座艙更是作為其中的代表,取得快速發展。傳感器則成為智能座艙乃至整個智能汽車產業發展的關鍵環節之一。

  新功能不斷融入,智能座艙快速發展

  “近年來,隨著智能化、電動化、網聯化的加速發展,汽車正在從單一的交通工具向著集休閑、娛樂、辦公等多功能于一體的第三空間轉變。”工信部電子元器件行業發展研究中心總工程師郭源生在接受記者采訪時表示。在此過程中,作為承載和實現汽車一系列智能化應用和服務變化的一個空間,智能座艙在智能汽車發展中的重要性日漸顯現。

  根據馭勢資本發布的報告,近年來智能座艙在新的汽車車型中普及速度不斷加快。中控大屏/連屏、智能語音、OTA升級等功能成為加裝最多、最常見的部分,已逐漸成為判斷該車是否配置智能座艙的重要標準。此外,隨著技術升級及車廠尋求差異化,又有更多新功能被納入智能座艙中。

  駕駛員監控系統(DMS)是當前最受關注的輔助駕駛功能之一。根據意法半導體亞太區影像產品部技術市場經理張程怡介紹,DMS系統可以通過攝像頭獲取圖像,采用圖像識別技術與算法分析能力對駕駛員的駕駛行為及生理狀態進行檢測,包括頭部追蹤、眼動追蹤、駕駛員識別、疲勞駕駛檢測、視線追蹤/分神提醒等。研究表明,超過六成的交通事故是由于駕駛員注意力分散或疲勞駕駛所導致,其中追尾事故的占比更是高達94%。圖像傳感器是DMS系統的核心部件。圖像傳感器技術的不斷提升也為DMS系統和駕駛帶來更高的安全性和場景適用性。

  人機交互也是當前智能座艙發展的一個重點。隨著語音交互技術走向成熟,座艙語音交互現在已經實現雙音區交互,即可甄別駕駛人員與乘坐人員的語音指令。未來,手勢交互、視線交互、頭部動作交互等艙內交互與物體感知方案將日益受到重視。艾邁斯半導體與歐司朗光電半導體市場經理涂少碧表示,感知、理解與表達將是未來智能座艙人機交互系統重要的發展方向。雖然車內人機交互方式一直在更迭,但其遵從的邏輯卻是不變的,就是如何讓駕駛員的操作更加方便和安全。

  除此之外,方向盤壓力感應、乘客識別(如識別兒童座椅使用情況)、溫度、濕度、氣體感應等,都將越來越多被集成到汽車座艙當中。“從人機互動開始,隨著人們對安全與健康的要求越來越高,未來會有越來越多新功能被集成進來,總的方向是提高汽車駕駛的安全性與舒適性。”中國傳感器和物聯網聯盟副秘書長朱佳騏指出,“在道路識別、自動巡航等得到快速發展之后,車內感知將成為未來發展落地的另一個重點。”具體來看,目前已成熟落地的車內環境感知內容主要集中于語音識別與控制、駕駛員疲勞監測、自動空調等方面,像乘員健康體征監測、兒童情緒監測、車內生物監測等給予用戶溫暖關懷的功能內容將會是未來的發力點。

  市場不斷增長,傳感器種類、數量雙提升

  從概念上來講,智能座艙是一個以汽車的座艙域控制器為核心,由顯示屏、HMI(人機交互)、視覺追蹤等部件共同組成的一個系統。由于汽車座艙暫不涉及底盤控制等方面,技術實現上難度相對較低,加之座艙是與駕乘人員接觸最密切的空間,功能落地更易被用戶感知,因此智能座艙也成為當前汽車智能化步伐最快的部分。

  作為一個代表,駕駛座艙系統的發展又反映了整個汽車智能化的進程。在此過程中,傳感器都將發揮關鍵作用。“可以把汽車當做是一個安裝傳感器的平臺,各種物理量、化學量、生物量的傳感器隨著汽車智能化的發展將會被越來越多地應用于汽車當中。汽車智能化的程度將會成為決定汽車性能和功能的關鍵因素。智能化的基礎之一就是感知技術。”郭源生指出。

  在這樣一個大背景下,車用傳感器市場規模不斷增長。IHS數據顯示,2021年全球智能座艙市場規模約為420億美元,預計2030年增長至681億美元。以此為基點可以看出,汽車智能化的進程將不斷發展,并為上游半導體產品提供更多新的增長點。IHSMarkit統計顯示,2020年平均單車傳感器(僅包括攝像頭、毫米波雷達和體征監測傳感器)搭載量為3.3個,預計2030年將增長至11.3個。

  朱佳騏強調,從趨勢來看,未來車用傳感器市場將呈快速上升勢頭。車用傳感器大致可以劃分為存量與增量兩個市場。一方面,以車身、底盤等應用為主的存量市場規模不會減少,以進行一定的更新換代為主。另一方面,以智能座艙、自動駕駛為主的增量市場發展也非?。目前,大多數車型還沒有安裝激光雷達,毫米波雷達只有少量上車,疲勞駕駛監控傳感器也只在少數車型上安裝。這些都是可以預見的增量市場。“如果以新型傳感器的增長來判斷,預計市場每年會有10%以上的增長。”朱佳騏預測。

  思特威科技副總經理歐陽堅認為,隨著汽車領域智能化的發展,有效的駕駛員監測是實現自動駕駛的重要一環,也為國內CMOS圖像傳感器廠商帶來了“芯”機遇。郭源生也指出,汽車領域智能化的發展將為我國傳感器產業提供更多發展機會。中國圖像傳感器廠商將大有可為。

  可靠性穩定性凸顯,車規級傳感發展成重點

  隨著車用傳感器的市場擴大,越來越多企業切入車用傳感器賽道,展現出一些新的技術趨勢。首先是將有越來越多MEMS等半導體制造工藝的先進傳感器替代傳統類型的傳感器。朱佳騏認為,MEMS和先進傳感器的成本低、復制性好、良率高,對傳統類型傳感器有很大的替代作用。當然,朱佳騏也指出,MEMS和先進傳感器并不會全面取代傳統類型的傳感器,硅基產品仍然存在一定的局限性,比如測量尾氣排放的傳感器需要支持800的高溫環境,這是硅基產品所不具備的特性。

  其次,汽車中的多傳感器融合已成為主流趨勢。研究機構威爾森在《汽車智能網聯前瞻技術報告》中表示,鑒于車外環境感知對象非常復雜,為應對不同場景及保證車輛行駛安全,選擇多傳感器融合的感知方案已是行業共識。多傳感器融合在應對不同場景上優勢明顯,在提高感知準確度、增加感知維度的同時增強環境適應能力,進一步提升系統決策可靠性。

  再次,傳感器與人工智能技術的結合變得越來越緊密,感知人的情緒和行為,為安全駕駛提供幫助。張程怡表示,人工智能可以處理來自攝像頭、麥克風、生物傳感器甚至雷達的實時數據,然后幫助汽車做出決策。計算機系統能夠從數字圖像、視頻和其他視覺輸入數據中提取有意義的信息,并根據這些信息采取行動或提出建議。

  最后,可靠性與穩定性是車規級傳感器最為強調的性能。郭源生指出,中國的地理環境非常復雜,可靠性與穩定性對車用傳感器十分重要。汽車在運動過程中需要承受較多的震動和沖擊,這就需要車用傳感器滿足壽命長、穩定性高、可靠性高等要求。

  基于這些技術趨勢,郭源生強調,我國發展車用傳感器產業,應以用戶為龍頭,集合系統集成商,模塊硬件、傳感器器件與芯片廠商,共同搭建起一個產學研用的技術研發平臺。只有這樣才能按照產業鏈構架,建立一個完整的研發體系,打通產業鏈不同環節,推動基礎技術的開發,共同推進車用傳感器的本土化發展。

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