與大規模集成電路產品均采用標準的CMOS生產工藝不同,MEMS傳感器芯片本質上是在硅片上制造極微小化機械系統和集成電路的集合體,生產工藝具有較高的定制化特點。其技術先進性除了體現在MEMS傳感器芯片的設計難度之外,還體現在MEMS傳感器芯片生產工藝的可實現性方面。MEMS傳感器的領先廠商不但需要具備突出的極微小化機械系統和集成電路的設計能力,也需要開發不同傳感器芯片的生產工藝。
環境感知: 車載攝像頭
車載攝像頭:車載攝像頭以感光成像的方式為ADAS功能提供輸入。車載攝像頭是監控汽車內外環境、將光學信號轉換成電信號并呈現圖像以輔助駕駛員行駛的設備, 通常分為單目攝像頭、雙目攝像頭、廣角攝像頭,安裝在汽車的前視、環視、后視、側視、內置等各個部位。攝像頭的主要功能是感知外界環境,為碰撞預警、行人檢 測等ADAS(advanced driver assistance system,高級駕駛輔助系統)功能實現提供視頻信號輸入。
車載攝像頭主要由鏡頭組、圖像傳感器(CMOS)、數字圖像信號處理(DSP)組成,其中圖像傳感器是是車載攝像頭核心技術。鏡頭組、膠合材料、圖像傳感器經封 裝構成鏡頭模組,鏡頭模組將光電信號傳遞至DSP進行圖像信號處理;DSP將模擬信號轉化為數字信號,并與鏡頭模組封裝集成,形成終端系統。
CMOS圖像傳感器技術(CIS)是模擬電路和數字電路的集成,它是一種光學傳感器,是攝像頭模組的核心元器件,對攝像頭的光線感知和圖像質量起到了關鍵的影響。主要由四個組件構成:微透鏡、彩色濾光片(CF)、光電二極管(PD)、像素設計。根據元件的不同可以分為互補金屬氧化物(CMOS)半導體圖像傳感器及電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器兩大類。典型的CMOS圖像傳感器(CIS)由多個模塊組成,分別完成不同的功能,其中像素陣列完成光電信號的轉換,將光學信號轉換為電學信號, 時序控制電路完成對電學信號的處理,數模轉換則將信號轉換為需要的數字信號便于最終輸出。
環境感知: 超聲波雷達
超聲波雷達:超聲波雷達常用于泊車輔助預警和汽車盲區碰撞預警,是自動泊車系統的主流傳感器。超聲波雷達的工作原理是向外發出并接收超聲波,根據超聲波的折返時間來測算距離。車用超聲波雷達的探頭工作頻率有40kHz、48kHz和58kHz三種,頻率越高、靈敏度越高、但探測角度越小,因此一般采用40kHz的探頭。
根據在汽車上的安裝位置不同超聲波雷達可分為 UPA(超聲波駐車輔助)和 APA(自動泊車輔助)兩種類型;UPA安裝在保險杠處以探測汽車前后障礙,APA安裝在車身側面以探測側方停車空間。單個UPA超聲波雷達探測距離在15~250cm之間,單個APA超聲波雷達30~500cm之間,探測范圍更遠。一套倒車雷達系統需要在汽車后保險杠內配備4個UPA超聲波傳感器,自動泊車系統需要在倒車雷達系統基礎上,增加4個UPA和4個APA超聲波傳感器,構成前4(UPA)、側4(APA)、后4 (UPA)的布置格局。
車載攝像頭在ADAS加速滲透的趨勢下,有望迎來量價齊升。L2及以下等級的汽車普遍搭載不超過8顆攝像頭,L3搭載8-12顆,L4、L5搭載12顆甚至更多數量的攝像頭。
目前市場中智能汽車的滲透度不高并且普遍處于L0-L2級,攝像頭的單車搭載數量普遍較低。2021年以來,ADAS功能加速普及,隨著多種L3級車型的乘用車上市并交付,智能駕駛逐漸從L2向L3邁進,單車搭載攝像頭數量有望增加。未來L4、L5成為主流車型后,單車攝像頭的平均數量有望進一步提升。
測距功能是超聲波傳感器最主要也是應用最廣泛的功能,用于感知障礙物或周圍環境位置、距離、液位、障礙物等的變化,是感知層的核心部件,主要應用領域包括汽車自動泊車輔助系統(APA系統)、代客泊車系統(AVP系統)、盲區檢測系統(BSD系統)、前碰撞預警系統(FCW系統)、倒車防撞雷達(PDC)、后排乘客監測系統(ROA系統)、掃地/工業機器人/無人機避障、液位探測、異物探測等。