汽车电动化与智能化趋势下，这三种车载传感器需要创新

由 judy 提交于周四, 10 九月 2020 - 14:48

汽车正从单纯的移动工具逐渐成为实现服务和应用的综合性载体，向智能联网、自动驾驶、服务&共享和电动化发展。

汽车电动化和智能化趋势，对车载传感器的功能有了更多要求，而高度的电子化让车载工作环境更为严苛，需要性能更好的传感器满足可靠性要求。

这里就来看看三款车载传感器——MEMS惯性传感器、超声波传感器、温度传感器，需要哪些技术创新，将面对什么新的技术挑战。

1. MEMS惯性传感器

自动驾驶时，汽车的位置信息需要由GNSS信号、基于路标或者车道线的视觉信息、以及结合高精度地图的信息获得。这是因为通过摄像头，激光雷达或者毫米波雷达得到的相对位置信息，有时候会不准确。

例如，超出摄像头动态检测范围的逆光，没有路标的荒野，大雾等情况下，就只能依靠GNSS和惯性传感器提供的绝对位置信息。

惯性传感器通过和GNSS信号融合提供位置信息，可用于提高汽车驾驶的安全性和舒适性。在丢失视觉信号时，GNSS和高性能IMU的融合提供了安全可靠的位置信息；在GNSS信号受到干扰时，视觉和高性能IMU的融合提供了安全可靠的位置信息。
<img alt="惯性传感器通过和GNSS信号融合提供位置信息" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="affabbf8-72b6-4a46-8fc5-1b67d127b936" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE1%EF%BC%9A%E6%83%AF%E6%80%A7%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8%E9%80%9A%E8%BF%87%E5%92%8CGNSS%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E8%9E%8D%E5%90%88%E6%8F%90%E4%BE%9B%E4%BD%8D%E7%BD%AE%E4%BF%A1%E6%81%AF.png" />
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惯性传感器通过和GNSS信号融合提供位置信息
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自动驾驶过程中，准确确定车辆航向也非常重要，惯性传感器的零偏不稳定性会影响车辆的航向确定。

拿两只零偏不稳定性不同的陀螺作比较。如果陀螺A的零偏不稳定性为10°/hr，陀螺B的零偏不稳定性为1°/hr ，航向角就可以通过陀螺输出的积分来计算，100分钟后：

<ul>
<li>陀螺A的航向角偏差约为30°左右</li>
<li>陀螺B的航向角偏差仅为3°</li>
<li>出现大概10倍的差异！</li>
</ul>
<img alt="图2" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="7f4ffdd0-f239-474f-b277-0fb6a33f39d5" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE2_49.png" />
自动驾驶级别不同，对惯性传感器的要求也不同：

<ul>
<li>自动驾驶1级，需要10°/hr的零偏不稳定性</li>
<li>自动驾驶2级、2+级和3级，要求上升为3°/hr</li>
<li>高级自动驾驶和完全自动驾驶系统中，要求将高达0.5°/hr</li>
</ul>

村田新近推出了 HPCA 6自由度惯性测量，该产品具有0.9°/hr的零偏不稳定性，可用于自动驾驶 3、4级系统。
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2. 超声波传感器

自动驾驶需要监测车辆的周围环境，这需要使用各种传感器，如雷达、激光雷达、摄像机、超声波传感器，并进行算法的组合。通过组合各个传感器，可以扩大检测范围，或者缩短盲区，有助于提高自主驾驶的安全性。

超声波传感器有望在距离车辆几米范围内发挥监测作用，可用于自动停车系统，包括低速自动驾驶。
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为了提高这种安全性，超声波传感器也需要提高产品本身的可靠性并扩大检测范围。为了快速检测汽车周围情况，业内讨论通过Coding技术，实现多个超声波探头同时检测周围环境。因此，产品的耐久性是必需的。

同时为了扩大检测区域，对于汽车周围近距离的需求也越来越高。

为了应对市场需求，实现超声波传感器优异的耐久性，稳定的近距离检测，村田从产品的构造，制程开始进行改善。目标是，单个超声波探头的近距离检测，从目前的25cm缩短到10cm以下。
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目前，村田在实现10cm以下的检测研发上已经有了进展。通过抑制超声波发射后的余震时间，已经可以检测到10cm以下距离处反射回来的回波信号。在不久的将来村田计划向市场提供这种技术的产品。
<img alt="图6" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="b790f73f-c521-4282-966f-6e58c24a90e1" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE6_32.png" />
3. 温度传感器

温度传感器，也就是热敏电阻。使用陶瓷材料技术的NTC热敏电阻被广泛地运用于各种用途。除了用于新能源汽车用的BMS、逆变器、DC-DC转换器的温度监测外，NTC也开始被用于毫米波、激光雷达等系统中。
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下图左边显示了在ADAS电子控制单元内部的热量分布。红色区域温度很高，最高温度区域在GPU附近。右边图片显示特斯拉基于Xavier(NVIDIA)的自动驾驶系统。需要主动冷却以保持适当的温度条件。

带有主动风扇空气冷却的散热器是标准配置。SoC的半导体内部有热二极管。然而，它的温度精度有很大的误差。误差可达+/-5至20摄氏度。
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热敏电阻用来监测SoC的温度，以获得更好的精度。适当的热控制有助于延长使用寿命和提高可靠性。

村田的汽车级热敏电阻NCU系列可以适应汽车高温应用。NCU系列的外电极是由铜制成的，在高湿度环境下提高了可靠性，防止了电子迁移。
<img alt="图9" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="ad526e14-c21f-43ac-afc9-4af7fb2528e1" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE9_16.png" />
如您希望了解更多村田车载传感器信息，请点击下载村田车载传感器介绍资料。

文章转载自：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3NTk1MDgyOA==&mid=2247496123&am…; id="js_name">Murata村田中国</a>