智能網(wǎng)聯(lián)時代汽車傳感器發(fā)展趨勢預(yù)測
2022年全國兩會期間，多位汽車行業(yè)人大代表提出了包括建立法律規(guī)范體系、打造操作系統(tǒng)生態(tài)、保護(hù)汽車數(shù)據(jù)隱私、推動國產(chǎn)車規(guī)級芯片產(chǎn)業(yè)化等多項(xiàng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)建議。構(gòu)建智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系化優(yōu)勢，已成為汽車產(chǎn)業(yè)人的共同愿景和汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的遠(yuǎn)景目標(biāo)。對智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)體系的強(qiáng)力推動也將使車用傳感器迎來快速發(fā)展的重大機(jī)遇期。
一、 自動駕駛推動單車傳感器搭載量激增
智能網(wǎng)聯(lián)汽車是通過搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠感知復(fù)雜的環(huán)境，并做到智能決策、協(xié)同控制和執(zhí)行，最終可實(shí)現(xiàn)自動駕駛的新一代汽車。根據(jù)美國汽車工程師學(xué)會(SAE)最新標(biāo)準(zhǔn)，汽車駕駛自動化系統(tǒng)可分為六個等級：L0級(無自動駕駛)、L1級(駕駛輔助)、L2級(部分自動駕駛)、L3級(有條件的自動駕駛)、L4級(高度自動駕駛)、L5級(完全自動駕駛)。目前90%的新能源汽車可以達(dá)到L2級(部分自動駕駛)級別，配置有ACC自適應(yīng)巡航、車道保持系統(tǒng)、自動剎車輔助系統(tǒng)和自動泊車系統(tǒng)等；少數(shù)新能源汽車可以達(dá)到L3級，增加自動緊急制動等功能，可在特定環(huán)境和路段下由車輛自動判斷行車環(huán)境是否可以自動駕駛，并在復(fù)雜路段自動提示司機(jī)接管操作；從L4級開始進(jìn)入真正意義上的無人駕駛，該級別目前仍限制行駛區(qū)域；到了最高的L5級，車輛可以在任何區(qū)域自動行駛。
▲數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問整理
汽車自動化程度越高，對傳感器的依賴就越強(qiáng)。目前車載傳感器根據(jù)裝備目的不同，可分為提升單車信息化水平的傳統(tǒng)傳感器和為無人駕駛系統(tǒng)提供支持的智能傳感器兩大類。傳統(tǒng)傳感器包括壓力、位置、溫度、加速度、流量、氣體傳感器等幾類，主要應(yīng)用于動力總成系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)中。而當(dāng)汽車進(jìn)入智能網(wǎng)聯(lián)時代后，除必備的傳統(tǒng)傳感器外，需要更多的智能傳感器作為汽車的五官，進(jìn)行外部環(huán)境感知和內(nèi)部人機(jī)交互。目前用于環(huán)境感知的主流車載傳感器包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、攝像頭等；用于車內(nèi)人員感知交互的傳感器主要有駕駛員監(jiān)控攝像系統(tǒng)、語音識別傳感器等。高級別自動駕駛汽車裝配的環(huán)境感知傳感器數(shù)量普遍在 30 個左右，隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的逐步普及，其對車載傳感器的需求還將成倍增長。
▲數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問整理
二、智能網(wǎng)聯(lián)時代汽車傳感器的發(fā)展趨勢
低時延要求促使車載傳感器向著近傳感器計算方向發(fā)展。自動駕駛汽車需要快速分析數(shù)據(jù)并做出實(shí)時決策，而在傳統(tǒng)的感知計算架構(gòu)中，傳感器和計算單元在物理空間上的分離會導(dǎo)致信號嚴(yán)重延遲。采用近傳感器計算(例如邊緣計算、霧計算)可以有效解決信息延遲問題。其中邊緣計算技術(shù)是在靠近傳感器的位置安裝集存儲、計算、網(wǎng)絡(luò)等功能于一體的開放平臺，例如將汽車電子控制單元置于各個傳感器附近，就近接收并處理傳感器數(shù)據(jù)，并作出相應(yīng)決策；霧計算是將服務(wù)器大量放置在道路兩側(cè)，從而可以就近對車載傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，以實(shí)現(xiàn)更快、更可靠的導(dǎo)航和決策。
安全性要求促使傳感器系統(tǒng)向著車路協(xié)同方向發(fā)展。受限于傳感器的安裝位置、感知范圍，以及路邊障礙物和周圍車輛尺寸的影響，僅使用車載傳感器無法對道路情況進(jìn)行全面準(zhǔn)確的感知，而在道路兩側(cè)安裝感知傳感器則可以為自動駕駛車輛提供“上帝視角”，從而與車載傳感器信息形成互補(bǔ)。5G 技術(shù)的發(fā)展也為車路傳感器的快速協(xié)同提供了基礎(chǔ)通信技術(shù)保障。在道路兩側(cè)密集部署感知傳感器也在一定程度上減輕了車載傳感器的成本壓力，更有利于自動駕駛汽車后期的市場推廣。
數(shù)據(jù)安全要求促使傳感器與區(qū)塊鏈技術(shù)逐步融合。自動駕駛汽車本質(zhì)上是使用計算機(jī)和傳感器的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，容易遭受黑客攻擊。區(qū)塊鏈通過分布式賬本、非對稱加密、共識機(jī)制和智能合約等核心技術(shù)，建立具有去中心化、開放性、獨(dú)立性、安全性、匿名性的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，不僅具有數(shù)據(jù)可溯源的優(yōu)勢，而且保證了節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)無法被篡改，可以有效幫助車載傳感器系統(tǒng)避免DDoS攻擊。然而采用區(qū)塊鏈技術(shù)對傳感器模塊的數(shù)據(jù)存儲能力也提出了更高的要求。
單點(diǎn)失效可能性促使智能網(wǎng)聯(lián)汽車采用傳感器冗余設(shè)計。單個傳感器在特定環(huán)境下失效，將導(dǎo)致智能網(wǎng)聯(lián)汽車對某一環(huán)境信息的感知不到位，從而導(dǎo)致汽車做出錯誤的或保守性的決策。為預(yù)防行車途中可能存在的某一關(guān)鍵性信息缺失，智能網(wǎng)聯(lián)汽車會采用冗余的傳感器系統(tǒng)。不同傳感器的工作原理和技術(shù)特性各不相同，適合不同的應(yīng)用場景，可采用多類型傳感器結(jié)合的冗余方案確保行車安全。例如在外部感知層面，采用超聲波雷達(dá)+毫米波雷達(dá)+立體攝像頭+激光雷達(dá)的多傳感器冗余方案，可確保在任何狀況下都能準(zhǔn)確感知外部環(huán)境；在定位模塊方面，采用衛(wèi)星定位智能傳感器和雷達(dá)相結(jié)合的冗余設(shè)計，將基于衛(wèi)星信號的絕對定位信息和基于道路特征的相對定位信息進(jìn)行比對，確認(rèn)汽車在當(dāng)前道路中的位置，從而可以實(shí)現(xiàn)厘米級的定位精度。
自動駕駛的技術(shù)需求提升推動了傳感器技術(shù)的快速升級，隨著新產(chǎn)品的不斷迭代，車載傳感器市場規(guī)模也將迅速擴(kuò)大，未來車載傳感器必將迎來更大的發(fā)展機(jī)遇和更為廣闊的前景。
（文章來源：中國電子報）