阮曉東

隨著汽車智能化程度的不斷提高，傳感器技術(shù)已經(jīng)成為制約我國(guó)智能駕駛汽車發(fā)展的壁壘，我國(guó)高端傳感器亟待打破國(guó)外壟斷

智能化的發(fā)展讓現(xiàn)代汽車更加舒適和安全。智能化汽車的關(guān)鍵是快速獲得汽車發(fā)動(dòng)、行駛和制動(dòng)等過程中的關(guān)鍵性能參數(shù)，而這些關(guān)鍵參數(shù)的獲得依賴于高靈敏汽車傳感器的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，智能駕駛?cè)蕴幱诩夹g(shù)累計(jì)及產(chǎn)品革新階段，研發(fā)具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的傳感器產(chǎn)品及掌握核心關(guān)鍵技術(shù)成為企業(yè)布局智能駕駛行業(yè)的關(guān)鍵點(diǎn)。目前我國(guó)傳感器和芯片技術(shù)等關(guān)鍵核心零部件嚴(yán)重依賴跨國(guó)公司，隨著汽車智能化程度的不斷提高，傳感器技術(shù)已經(jīng)成為制約我國(guó)智能駕駛汽車發(fā)展的壁壘，我國(guó)高端傳感器亟待打破國(guó)外壟斷。

智能汽車依賴傳感器技術(shù)

100年來都沒大變化的汽車，最近一年后正在以全新的面貌變化著。智能駕駛汽車，就是一個(gè)重要的發(fā)展方向。智能汽車在解決汽車尾氣排放、交通擁堵和交通事故頻發(fā)等問題上為人類帶來福音。

智能汽車通過在普通汽車的基礎(chǔ)上加入先進(jìn)的傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，通過車載傳感系統(tǒng)和信息終端進(jìn)行人、車、路等的智能信息交換，最終實(shí)現(xiàn)行車的環(huán)境感知、科學(xué)的規(guī)劃決策、多等級(jí)輔助駕駛，直至最終的無人駕駛等功能。比如研發(fā)上最賣力的Google無人駕駛技術(shù)，汽車將不再需要司機(jī)，也不再需要方向盤、油門、剎車等，乘客只需報(bào)出目的地即可。

據(jù)悉，智能汽車涉及兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：傳感器技術(shù)和輔助駕駛技術(shù)。傳感器類似于人的“眼睛”，比如攝像圖像傳感器、輪胎溫度壓力傳感器、光敏傳感器等。這些傳感器能感知汽車周圍的物體，特別是駕駛道路的車輛，行人以及紅綠燈等路況信息，并將這些信息傳送給汽車的“大腦”，即智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，做出駕駛判斷。

讓我們來看看特斯拉汽車上都裝備了哪些智能駕駛傳感器。

特斯拉汽車上安裝了20多個(gè)高精度的傳感器，這些傳感器設(shè)備主要用來進(jìn)行汽車周邊的信息收集，并把收集的周邊環(huán)境數(shù)據(jù)傳送給車載計(jì)算機(jī)，由這個(gè)“大腦”來實(shí)現(xiàn)是否進(jìn)行避讓、超車等。

當(dāng)然，對(duì)于一些要求更高的車輛，則裝備了更為精良的傳感器系統(tǒng)。比如為了解決 “短視”的問題，谷歌無人智能汽車就是通安裝在車頂價(jià)值65000美元的激光傳感器來收集時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。另外有些汽車則采用更多種探測(cè)手段同時(shí)搜集道路信息的方式，比如紅外探測(cè)、短波雷達(dá)探測(cè)以及視頻監(jiān)測(cè)、超聲波等探測(cè)技術(shù)。以通用在凱迪拉克ATS-L、XTS等車型上使用的ESS強(qiáng)化安全策略II為例，通過紅外探測(cè)、短波雷達(dá)以及視頻監(jiān)測(cè)，不僅可以實(shí)現(xiàn)ACC主動(dòng)巡航功能，也可以實(shí)現(xiàn)低速自動(dòng)剎車、碰撞預(yù)警及緩解等功能。這些新的主動(dòng)安全技術(shù)都在推動(dòng)智能駕駛技術(shù)的發(fā)展。

當(dāng)下，汽車正在經(jīng)歷從功能性向智能化的發(fā)展轉(zhuǎn)變過程，電子化程度會(huì)越來越高，在汽車智能化趨勢(shì)下，處于車聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)駕駛市場(chǎng)雙風(fēng)口的傳感器市場(chǎng)也在逐漸升溫。

車載攝像頭成為“智能汽車之眼”

在眾多傳感器中，屬于視覺傳感器的車載攝像頭因?yàn)閼?yīng)用廣泛、成本合理的特性，逐漸成為智能汽車技術(shù)中使用最多和最常見的傳感器。由于自動(dòng)駕駛的初級(jí)階段——ADAS已迎來高速成長(zhǎng)期，前視車載攝像頭已經(jīng)涉及到主動(dòng)安全，未來是自動(dòng)緊急剎車（AEB）、自適應(yīng)巡航（ACC）等主動(dòng)控制功能的信號(hào)入口，所以車載攝像頭不僅僅被認(rèn)識(shí)是智能汽車的標(biāo)準(zhǔn)配件，還成為了“智能汽車之眼”。

由于車載攝像頭能夠顯著提升道路安全，因此各國(guó)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)和保險(xiǎn)公司不斷鼓勵(lì)車載攝像頭的使用。比如，美國(guó)國(guó)家公路交通安全局就在前不久要求2018年5月1日以后生產(chǎn)的所有輕型車輛必須安裝倒車后視攝像頭。有研究機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，車載攝像頭全球出貨量將從2014年2800萬顆增長(zhǎng)至2020年的8270萬顆。行業(yè)專家測(cè)算，到2020年車載攝像頭需求量將突破1.1億顆，平均每輛車裝配1顆以上。

中國(guó)的數(shù)據(jù)表明，2015年上半年我國(guó)車載攝像頭需求量為648萬顆，全年約為1300萬顆。未來5年隨著中國(guó)品牌汽車在智能駕駛上發(fā)力以及車載攝像頭環(huán)視功能的逐漸普及，我國(guó)攝像頭的市場(chǎng)需求將快速升溫。根據(jù)整車生產(chǎn)企業(yè)在ADAS的推進(jìn)進(jìn)度，車載攝像頭的市場(chǎng)將在2017年前后出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

車載攝像頭按照應(yīng)用領(lǐng)域可分為行車輔助（行車記錄儀、ADAS與主動(dòng)安全系統(tǒng)）、駐車輔助（全車環(huán)視）與車內(nèi)人員監(jiān)控。由于車載攝像頭的使用貫穿行駛到泊車全過程，因此對(duì)攝像頭工作時(shí)間與溫度有較高的要求。

另外，按照安裝位置，車載攝像頭又可分為前視、后視、側(cè)視以及車內(nèi)監(jiān)控4部分，迄今為止運(yùn)用最多的是前視以及后視攝像頭。不過，隨著ADAS系統(tǒng)普及率的提高以及人臉識(shí)別等技術(shù)運(yùn)用于汽車電子領(lǐng)域，車內(nèi)以及側(cè)視攝像頭將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

目前，車載攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈主要由日本和韓國(guó)、以色列等廠商掌控，其中為iPhone手機(jī)生產(chǎn)攝像頭的LG Innotek公司，從2013年開始生產(chǎn)汽車攝像頭。大陸、博世和Autoliv公司主宰了前置攝像機(jī)市場(chǎng)。據(jù)悉，其中模組工藝是技術(shù)難度最高的一環(huán)，也成為了其他企業(yè)進(jìn)入前裝車載攝像頭市場(chǎng)的一大壁壘。

比如為特斯拉提供產(chǎn)品的Mobileye 是個(gè)以色列公司，專注于汽車安全技術(shù)，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)汽車用的安全駕駛輔助系統(tǒng)，Mobileye 公司新推出一款汽車儀表盤攝像頭Mobileye 5系列，可以讓汽車實(shí)現(xiàn)智能緊急制動(dòng)、自動(dòng)測(cè)距巡航、行人識(shí)別、偏航提醒等功能。Mobileye 5系列的獨(dú)到之處則是先進(jìn)的識(shí)別系統(tǒng)，可以識(shí)別路標(biāo)、限速牌、行人，并在背面的LED屏幕上顯示，或是發(fā)送警報(bào)音提醒用戶避讓。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，Mobileye 5系列可以降低39%的總體碰撞，并節(jié)省15%油耗。

目前，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛時(shí)全套ADAS功能將安裝6個(gè)以上攝像頭，高端汽車最多搭載8個(gè)攝像頭，可幫助實(shí)現(xiàn)可視化輔助泊車、緊急剎車等功能。根據(jù)三星手機(jī)攝像頭供應(yīng)商、韓國(guó)最大汽車攝像頭制造商Mcnex公司介紹，未來，當(dāng)攝像頭取代傳統(tǒng)的側(cè)視鏡，每輛汽車的車載攝像頭的數(shù)量有望上升至12個(gè)。

2015年，國(guó)內(nèi)攝像頭企業(yè)開始大規(guī)模進(jìn)軍車載高端攝像頭領(lǐng)域，可以說，中國(guó)車載攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈才剛剛初顯雛形。

毫米波雷達(dá)正值爆發(fā)前夜

在所有的車用傳感器中，激光雷達(dá)精度最高，能夠滿足自動(dòng)駕駛對(duì)精度的要求，但由于抗干擾性差且成本較高的缺點(diǎn)（單個(gè)激光雷達(dá)價(jià)格在10萬人民幣左右），尚不能廣泛的使用。而視覺傳感器與毫米波雷達(dá)傳感器則具有激光雷達(dá)所不具備的優(yōu)勢(shì)。

毫米波雷達(dá)通過雷達(dá)發(fā)射微波，微波遇到障礙物之后被反射回來，被雷達(dá)測(cè)速器接收，在短時(shí)間能夠計(jì)算出障礙物的大小及距離等特征。其優(yōu)點(diǎn)在于成本低，抗干擾性強(qiáng)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于ADAS系統(tǒng)。

毫米波雷達(dá)全天候特性使其在無人駕駛升級(jí)中的必備傳感器之一。高可靠性和直接測(cè)距使得毫米波雷達(dá)非常適合在AEB（自動(dòng)剎車）和ACC（自適應(yīng)巡航）中使用，AEB快速滲透將帶來毫米波雷達(dá)的旺盛需求。

與攝像頭、紅外線雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)不僅具有高距離分辨率、高角度分辨率、高速度分辨率，還具有不受惡劣天氣及極端光線影響的優(yōu)勢(shì)（表1）。

據(jù)悉，通過對(duì)汽車事故的調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)大約一半以上的事故是首尾相撞，這就是說有效的汽車防撞系統(tǒng)能夠?qū)Υ蠹s65%的事故發(fā)生起到阻止作用。同樣在高端汽車領(lǐng)域，人們?cè)絹碓娇释呖萍紟淼陌踩c便捷，結(jié)合信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車自主智能巡航、輔助泊車、汽車防撞雷達(dá)等各種系統(tǒng)已經(jīng)改變了人們對(duì)傳統(tǒng)汽車電子的認(rèn)識(shí)。

汽車毫米波雷達(dá)的典型應(yīng)用有毫米波防撞雷達(dá)、自適應(yīng)巡航、盲區(qū)檢測(cè)、輔助變道等功能。

自從德國(guó)奔馳汽車公司在1999年在S級(jí)高級(jí)轎車上面采用77GHz自主巡航控制系統(tǒng)（ACC）以來，越來越多的公司和供應(yīng)商投入到汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)研制、器件開發(fā)、和算法研究當(dāng)中。隨著毫米波半導(dǎo)體器件成本降低、控制技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的成熟，使得小體積、高性能的毫米波雷達(dá)的商用成為可能。

毫米波多波束雷達(dá)技術(shù)是現(xiàn)在很多公司研究發(fā)展的方向，這種雷達(dá)和多種傳感器結(jié)合，就可以監(jiān)測(cè)路邊情況、行車道的預(yù)測(cè)、對(duì)目標(biāo)物體的識(shí)別與歸類等等。美國(guó)Millitech公司研制的應(yīng)用于汽車防撞的毫米波多波束雷達(dá)，是一個(gè)較為先進(jìn)的AICC系統(tǒng)。傳感器直徑145mm，深度為5mm，3束毫米波，束寬為2°，在100米的路面上可以分辨3.5米。天線部分采用了三凸透鏡、掃描反射鏡和傳輸反射鏡組件。

目前各個(gè)國(guó)家在頻段的選擇上各國(guó)所不同，歐洲和美國(guó)選擇的是對(duì)76～77GHz的集中研究，而日本則選用了60～61GHz的頻段，隨著世界范圍76～77G Hz毫米波雷達(dá)的廣泛應(yīng)用，日本也逐漸轉(zhuǎn)入了76～77GHz毫米波雷達(dá)的開發(fā)。80年代初期以來，世界許多著名大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，都被卷入到毫米波熱潮中。我國(guó)亦有100多個(gè)大學(xué)、研究所、工廠開發(fā)研究毫米波。

全球2020年有望超過1億顆需求量，國(guó)內(nèi)有望超過1500萬顆需求量。毫米波雷達(dá)作為駕駛階段代表功能AEB的核心傳感器正值爆發(fā)前夜，而國(guó)產(chǎn)化也已經(jīng)獲得突破。比如北汽無人駕駛汽車上裝載了國(guó)產(chǎn)77GHz毫米波雷達(dá)，其供應(yīng)商是北京行易道科技有限公司，該公司也是我國(guó)第一家和主機(jī)廠合作的毫米波雷達(dá)公司。北京行易道科技研發(fā)的低成本77GHz毫米波雷達(dá)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)作用距離200米，是國(guó)內(nèi)第一款上市產(chǎn)品。該產(chǎn)品已在2016北京國(guó)際車展北汽無人駕駛智能演示區(qū)內(nèi)正式亮相，目前主要技術(shù)參數(shù)可以與國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)德爾福的遠(yuǎn)程雷達(dá)對(duì)標(biāo)。2016年6月，行易道科技推出新的創(chuàng)新成果： 全球第一款77GHz成像雷達(dá)（防撞+SAR功能）目前已實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

高端傳感器亟待打破國(guó)外壟斷

傳感器是一項(xiàng)需要積累的產(chǎn)業(yè)，測(cè)試非常嚴(yán)格，更需要政策的長(zhǎng)期支持。

最近十年來，中國(guó)汽車傳感器的主要增長(zhǎng)領(lǐng)域包括以下幾個(gè)方面：用于車輛動(dòng)力學(xué)控制和安全氣囊的加速度計(jì)；用于傳動(dòng)、剎車、冷卻、輪胎、燃油等方面的壓力傳感器；用于車輛動(dòng)態(tài)控制、翻車報(bào)警和GPS后備的偏航速率傳感器；用于輪速以及凸輪軸、機(jī)軸、踏板位置敏感的位置傳感器；車廂環(huán)境監(jiān)控的濕度傳感器；日光、雨水和濕度傳感器；用于近距離障礙物檢測(cè)和避撞的測(cè)距傳感器。

但是在高端傳感器方面，以攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)為首的各類新型傳感器早已成為博世、法雷奧、德爾福、大陸等眾多外資零部件企業(yè)的重點(diǎn)布局領(lǐng)域。目前看，這些企業(yè)已經(jīng)擁有成熟的技術(shù)和商業(yè)化應(yīng)用的產(chǎn)品，甚至市場(chǎng)都基本占領(lǐng)。

更需要關(guān)注的是，外資企業(yè)推出零部件供應(yīng)高度集成化，尤其在電子模塊領(lǐng)域。

“智能輔助駕駛系統(tǒng)，雷達(dá)、攝像頭等傳感系統(tǒng)，車載終端，車聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議等關(guān)鍵共性技術(shù)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，阻礙了智能駕駛技術(shù)快速發(fā)展和配套設(shè)施建設(shè)?！敝袊?guó)汽車技術(shù)研究中心副主任吳志新說，我國(guó)企業(yè)智能汽車技術(shù)積累嚴(yán)重不足，關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)滯后，電子元件、傳感器和芯片技術(shù)等關(guān)鍵核心零部件嚴(yán)重依賴跨國(guó)公司，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及更高層次智能駕駛技術(shù)與美、日、歐差距較大，且車載終端長(zhǎng)期定位在娛樂、導(dǎo)航和安防，與先進(jìn)車輛控制和安全系統(tǒng)需求聯(lián)系不密切。

模塊化、集成化對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)和工藝要求非常高，自主品牌很難短時(shí)間內(nèi)與之競(jìng)爭(zhēng)。而對(duì)于像ADAS等新興電子系統(tǒng)的模塊化供應(yīng)產(chǎn)品，自主品牌零部件企業(yè)恐怕更是望塵莫及。

目前在政府部門引導(dǎo)下，我國(guó)正在構(gòu)建智能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展平臺(tái)和技術(shù)創(chuàng)新工程，加大在攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米級(jí)雷達(dá)等高性能傳感器，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和相關(guān)核心芯片等方面的研發(fā)投入。目前南京隼眼已經(jīng)在毫米波天線這個(gè)領(lǐng)域形成了自主的一些毫米波雷達(dá)專利技術(shù)。中國(guó)希望通過培育產(chǎn)業(yè)內(nèi)和跨產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，引導(dǎo)車企、電子零部件企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和信息企業(yè)間的上下游協(xié)作、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和協(xié)同創(chuàng)新。

四維遠(yuǎn)見一直在做車載雷達(dá)激光點(diǎn)云的數(shù)據(jù)處理研究，有了很不錯(cuò)的成果。2016年6月，基于全球領(lǐng)先的中科院電子研究所的研發(fā)背景，行易道科技推出的全球第一款77GHz成像雷達(dá)（防撞+SAR功能）實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破。毫米波雷達(dá)方面，國(guó)內(nèi)以華域汽車為代表的一部分企業(yè)在24Ghz雷達(dá)研發(fā)已有較多積累，產(chǎn)品即將問世，但77Ghz雷達(dá)突破仍然較難。自2015年開始，77GhzMMIC芯片逐漸對(duì)國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)和民用放開，部分高校已經(jīng)獲得相關(guān)芯片。東南大學(xué)是國(guó)家唯一的毫米波雷達(dá)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在國(guó)內(nèi)毫米波雷達(dá)研發(fā)中走在前列。