2019 年，汽車電子市場總規(guī)模達(dá)到 353 億美元，其中，傳統(tǒng)汽車核心電子元器件約占 65％，數(shù)字化與電動化占 35％。而預(yù)計 3-5 年之后，數(shù)字化、電動化占比將達(dá)到 60％以上，傳統(tǒng)汽車核心電子元器件將降至 40％以下。
如果把時間軸拉回 10-20 年前，改變這些比例可能需要 15-20 年甚至更長時間。但因為汽車電動化、車聯(lián)網(wǎng)、ADAS 機(jī)器視覺、ADAS 雷達(dá)等應(yīng)用不斷深入，我們改變和塑造汽車市場的速度前所未有地加快，數(shù)字化與電動化的程度不斷加劇。
COVID-19 重創(chuàng)汽車短期產(chǎn)量，但復(fù)蘇可期
COVID-19 疫情全球蔓延，汽車市場受到了很大的影響。從下圖可以看到，從 2019 年 1 月到 2020 年 5 月，汽車市場的下降幅度很大，今年的汽車產(chǎn)量預(yù)計比去年降低 20%。
汽車市場會就此低迷嗎？事實上，兩大趨勢即將強(qiáng)勢來襲。預(yù)計到 2024 年，電動汽車總份額將達(dá)到 37％。此外，共享汽車將達(dá)到 10%。這意味著傳統(tǒng)汽車模式正在發(fā)生改變，許多 OEM 和一級供應(yīng)商正在重新考慮如何滿足消費者和購車者的需求，包括傳感器在內(nèi)的電子元器件正迎來新的市場機(jī)會。
信息來源：LMC May'20; IHS; SA; ST internal
汽車傳感器迎來四大增長點
ST（意法半導(dǎo)體）亞太區(qū)模擬器件、MEMS 和傳感器事業(yè)部（AMS）MEMS 產(chǎn)品市場應(yīng)用負(fù)責(zé)人 Davide Bruno 認(rèn)為，汽車傳感器將迎來四大增長點：共享汽車門禁、路噪抑制、5G 網(wǎng)絡(luò)、輔助駕駛。
ST（意法半導(dǎo)體）亞太區(qū)模擬器件、MEMS 和傳感器事業(yè)部（AMS）
MEMS 產(chǎn)品市場應(yīng)用負(fù)責(zé)人
Davide Bruno
這四大增長點都涉及相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。對于共享汽車門禁，無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的低功耗加速度計是關(guān)鍵，需要做到省電、安全加密；路噪抑制系統(tǒng)則需融合震動傳感器和聲學(xué)傳感器數(shù)據(jù)，提升車內(nèi)的靜謐體驗。而相比無鑰匙門禁的加速度計應(yīng)用，路噪抑制系統(tǒng)要復(fù)雜得多，許多 OEM 的解決方案有 4 個、6 個甚至 8 個麥克風(fēng)，還有檢測車輪的 4 個加速度計，這是一個復(fù)雜且有趣的趨勢。
伴隨著 5G 等發(fā)展，網(wǎng)聯(lián)汽車也將來臨。V2X/TBOX/ 汽車警報器 /DVR 等技術(shù)成為關(guān)鍵，包括用作慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的 GNSS 輔助傳感器，以及內(nèi)置測斜計的汽車警報器、檢測碰撞的車險控制器等。
最后，真正改變汽車市場游戲規(guī)則的輔助駕駛，重點是各種系統(tǒng)的融合，其中包括老式雷達(dá)和新型激光雷達(dá)進(jìn)行傾斜檢測、穩(wěn)定性檢測，并需要攝像頭進(jìn)行方位監(jiān)測或防抖監(jiān)測等。
關(guān)于自動駕駛未來的發(fā)展，ST 方面認(rèn)為，2021 年生產(chǎn)的汽車中將有三分之一（33％）實現(xiàn) 2 級和 3 級自動駕駛。相對于 1 級，這是一個巨大的飛躍，但是要升到 4 級和 5 級，則需要制定更清晰的系統(tǒng)路線圖，更大程度地融合不同的子系統(tǒng)。
不同級別的自動駕駛都會用到超聲雷達(dá)、長距離雷達(dá)、近距離雷達(dá)和激光雷達(dá)等傳感器。Davide Bruno 樂觀預(yù)測，到 2040 年，多數(shù)汽車將實現(xiàn) 5 級全自動駕駛，而為了達(dá)到這一級別，需要 30 多種傳感器協(xié)同工作。
汽車傳感器的三次應(yīng)用浪潮
汽車傳感器的第一次應(yīng)用浪潮開始于 1974 年的安全氣囊應(yīng)用。而隨著信息娛樂系統(tǒng)的出現(xiàn)，越來越多的傳感器被用于非安全應(yīng)用方面，第二次浪潮隨之來臨。第三次浪潮則始于主動安全，直至自動駕駛的實現(xiàn)。
非安全應(yīng)用傳感器增速顯著
分析汽車市場非安全應(yīng)用的滲透率，傳感器的數(shù)量在快速增加。據(jù) Davide Bruno 介紹，緊急呼叫 /T-Box/V2X 的滲透率將從 2018 年的 32%增加到 2026 年的 66%，導(dǎo)航 / 信息娛樂系統(tǒng)將從 2018 年的 41%增長到 2026 年的 56%，無鑰匙進(jìn)入將從 2018 年的 29%增長到 2026 年的 55%。
數(shù)據(jù)源：Strategy Analytics July 2019, ST
“麥克風(fēng)是一個很有意思的汽車產(chǎn)品。首先，汽車行業(yè)沒有麥克風(fēng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。ST 是探索汽用麥克風(fēng)性能的先驅(qū)之一。今天，我們清楚地看到有 4 種應(yīng)用在推動對汽車麥克風(fēng)的需求。首先是免提電話，其次是使用多個麥克風(fēng)抑制路噪的降噪系統(tǒng)，第三是緊急呼叫，最后是車內(nèi)通話應(yīng)用”，Davide Bruno 介紹，“MEMS 麥克風(fēng)將在所有汽車應(yīng)用上取代 ECM 駐極體麥克風(fēng)”。
封裝和校準(zhǔn)雙管齊下，加速 MEMS 安全應(yīng)用
截止去年為止，ST 的 MEMS 傳感器總銷量已累計超過 170 億顆。在消費電子市場，也已銷售了數(shù)百萬顆 MEMS 傳感器。
但汽車應(yīng)用畢竟不同于消費電子，ST 在汽車安全市場才剛起步，特別是在已經(jīng)相當(dāng)飽和的安全氣囊市場，還有側(cè)翻檢測和 ADAS/ 自動駕駛都屬于增長型市場，ST 如何進(jìn)入安全應(yīng)用市場？如何應(yīng)對未來的 5 級自動駕駛應(yīng)用？
Davide Bruno 表示，作為消費市場領(lǐng)先廠商，ST 提供加速度計、陀螺儀、慣性測量單元、壓力傳感器或溫度傳感器。這些技術(shù)經(jīng)過市場檢驗，已有 20 多年的歷史，此外，ST 對這些技術(shù)進(jìn)行了全面優(yōu)化調(diào)整，以提高傳感器的準(zhǔn)確度、線性度和穩(wěn)定性。
為了能在汽車應(yīng)用中達(dá)到 4 級 /5 級無人駕駛，ST 的具體舉措包括：開發(fā)陶瓷封裝或者改進(jìn)校準(zhǔn)方法，開發(fā)成本適中的穩(wěn)健型技術(shù)等。
陶瓷封裝讓傳感器單元有更高的穩(wěn)定性和更好的線性度，不受工作溫度的影響，會是汽車傳感器的未來。而傳感器校準(zhǔn)也直接關(guān)系到成本問題，因為校準(zhǔn)需要調(diào)校傳感器、ASIC 芯片和全部固件，進(jìn)行逐一校準(zhǔn)。新的校準(zhǔn)方法將大大提高 4/5 級系統(tǒng)所需的準(zhǔn)確度。兩種措施雙管齊下，將加快 MEMS 傳感器在汽車中的應(yīng)用。
Davide Bruno 介紹，自動駕駛級別越高，準(zhǔn)確度要求越高，到了 5 級，不能出現(xiàn)定位誤差。安全功能用慣性傳感器，未來趨勢是只用一個 6 軸或 x 軸慣性測量系統(tǒng)，其中 x 可以是 4、5、6 DOF（自由度），再加上功能性安全模塊。功能安全則是每個 OEM 廠商自己定義的，具體取決于子系統(tǒng)的每個單元 / 組件，且供能性安全并不位于傳感器層面，而是整個系統(tǒng)層面。
傳感器智能化、激光雷達(dá)成本降低是主要需求和機(jī)遇
汽車智能化、自動駕駛的發(fā)展都在推進(jìn)傳感器的智能化。智能傳感器和 AI 將用于提高自動駕駛體驗，使得傳感器能夠在沒有主處理器介入的情況下詳細(xì)解釋信號，并完成后處理工作。因此，有減少 ECU 單元數(shù)量、在汽車中使用更多微型傳感器的趨勢，推進(jìn)傳感器智能化開始成為主要需求和機(jī)遇。
此外，激光雷達(dá)是未來推動自動駕駛發(fā)展的重要動能，分析它的成本構(gòu)成就會發(fā)現(xiàn)，它與傳感器、執(zhí)行器和反射鏡有關(guān)。ST 的 MEMS 微鏡相當(dāng)于致動器或執(zhí)行器，是雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，它能夠使激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計得非常小，從而幫助降低激光雷達(dá)成本。由于使用的是半導(dǎo)體制造技術(shù)，產(chǎn)量越大，成本就越低，因此未來五年內(nèi)成本大幅下降是必然趨勢。目前 ST 已經(jīng)和 Leddartech 展開合作，為他們提供由 MEMS 微鏡和光學(xué)元件組成的激光雷達(dá)子系統(tǒng)。
對于激光雷達(dá)，改進(jìn)封裝的關(guān)鍵就是與系統(tǒng)制造商緊密合作。ST 在其激光雷達(dá)應(yīng)用的第一階段，就與系統(tǒng)集成商合作，這也有利于它在汽車市場進(jìn)一步推廣相關(guān)技術(shù)。
據(jù)了解，包括 MEMS 機(jī)械單元和 ASIC 芯片在內(nèi)的各種產(chǎn)品都是 ST 目前重要的投資領(lǐng)域。不過，Davide Bruno 認(rèn)為，未來 5 年內(nèi)現(xiàn)有的 8 英寸 MEMS 生產(chǎn)線已經(jīng)足夠了。目前還未看到有機(jī)械單元向 12 英寸升級的需求，這是因為促使升級到 12 英寸的唯一原因是希望在同一芯片上集成 ASIC 電路和機(jī)械單元，但目前這種方法還不現(xiàn)實，8 英寸晶圓有更高的成本效益和設(shè)計靈活性。