与大规模集成电路产品均采用标准的CMOS生产工艺不同,MEMS传感器芯片本质上是在硅片上制造极微小化机械系统和集成电路的集合体,生产工艺具有较高的定制化特点。其技术先进性除了体现在MEMS传感器芯片的设计难度之外,还体现在MEMS传感器芯片生产工艺的可实现性方面。MEMS传感器的领先厂商不但需要具备突出的极微小化机械系统和集成电路的设计能力,也需要开发不同传感器芯片的生产工艺。
环境感知: 车载摄像头
车载摄像头:车载摄像头以感光成像的方式为ADAS功能提供输入。车载摄像头是监控汽车内外环境、将光学信号转换成电信号并呈现图像以辅助驾驶员行驶的设备, 通常分为单目摄像头、双目摄像头、广角摄像头,安装在汽车的前视、环视、后视、侧视、内置等各个部位。摄像头的主要功能是感知外界环境,为碰撞预警、行人检 测等ADAS(advanced driver assistance system,高级驾驶辅助系统)功能实现提供视频信号输入。
车载摄像头主要由镜头组、图像传感器(CMOS)、数字图像信号处理(DSP)组成,其中图像传感器是是车载摄像头核心技术。镜头组、胶合材料、图像传感器经封 装构成镜头模组,镜头模组将光电信号传递至DSP进行图像信号处理;DSP将模拟信号转化为数字信号,并与镜头模组封装集成,形成终端系统。
CMOS图像传感器技术(CIS)是模拟电路和数字电路的集成,它是一种光学传感器,是摄像头模组的核心元器件,对摄像头的光线感知和图像质量起到了关键的影响。主要由四个组件构成:微透镜、彩色滤光片(CF)、光电二极管(PD)、像素设计。根据元件的不同可以分为互补金属氧化物(CMOS)半导体图像传感器及电荷耦合器件(CCD)图像传感器两大类。典型的CMOS图像传感器(CIS)由多个模块组成,分别完成不同的功能,其中像素阵列完成光电信号的转换,将光学信号转换为电学信号, 时序控制电路完成对电学信号的处理,数模转换则将信号转换为需要的数字信号便于最终输出。
环境感知: 超声波雷达
超声波雷达:超声波雷达常用于泊车辅助预警和汽车盲区碰撞预警,是自动泊车系统的主流传感器。超声波雷达的工作原理是向外发出并接收超声波,根据超声波的折返时间来测算距离。车用超声波雷达的探头工作频率有40kHz、48kHz和58kHz三种,频率越高、灵敏度越高、但探测角度越小,因此一般采用40kHz的探头。
根据在汽车上的安装位置不同超声波雷达可分为 UPA(超声波驻车辅助)和 APA(自动泊车辅助)两种类型;UPA安装在保险杠处以探测汽车前后障碍,APA安装在车身侧面以探测侧方停车空间。单个UPA超声波雷达探测距离在15~250cm之间,单个APA超声波雷达30~500cm之间,探测范围更远。一套倒车雷达系统需要在汽车后保险杠内配备4个UPA超声波传感器,自动泊车系统需要在倒车雷达系统基础上,增加4个UPA和4个APA超声波传感器,构成前4(UPA)、侧4(APA)、后4 (UPA)的布置格局。
车载摄像头在ADAS加速渗透的趋势下,有望迎来量价齐升。L2及以下等级的汽车普遍搭载不超过8颗摄像头,L3搭载8-12颗,L4、L5搭载12颗甚至更多数量的摄像头。
目前市场中智能汽车的渗透度不高并且普遍处于L0-L2级,摄像头的单车搭载数量普遍较低。2021年以来,ADAS功能加速普及,随着多种L3级车型的乘用车上市并交付,智能驾驶逐渐从L2向L3迈进,单车搭载摄像头数量有望增加。未来L4、L5成为主流车型后,单车摄像头的平均数量有望进一步提升。
测距功能是超声波传感器最主要也是应用最广泛的功能,用于感知障碍物或周围环境位置、距离、液位、障碍物等的变化,是感知层的核心部件,主要应用领域包括汽车自动泊车辅助系统(APA系统)、代客泊车系统(AVP系统)、盲区检测系统(BSD系统)、前碰撞预警系统(FCW系统)、倒车防撞雷达(PDC)、后排乘客监测系统(ROA系统)、扫地/工业机器人/无人机避障、液位探测、异物探测等。