消費(fèi)者汽車安全需求帶動(dòng)車用傳感器發(fā)展
汽車安全性是設(shè)計(jì)師面臨的一大挑戰(zhàn),尤其是在今天,消費(fèi)者對(duì)安全的定義不僅是車輛本身的安全可靠性,還體現(xiàn)在了那些能通過(guò)電子控制技術(shù)提供更多安全保障的輔助駕駛系統(tǒng),這種需求的擴(kuò)張帶動(dòng)了市場(chǎng)對(duì)一些傳感IC的需求逐漸膨脹。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/135352.htm往日一些曾經(jīng)作為豪華車高端配置的術(shù)語(yǔ)名詞已經(jīng)逐漸普及到中級(jí)車市場(chǎng),如電子穩(wěn)定控制(ESC)、電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)、剎車防抱死系統(tǒng)(ABS)、加速防滑控制系統(tǒng)(ASR)、輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)(TPMS)、雷達(dá)測(cè)距等等,而在這些術(shù)語(yǔ)的背后,則隱藏著花樣繁多的傳感器技術(shù)。
慣性傳感器
慣性傳感器包括加速度傳感器及陀螺儀等,主要用于安全氣囊監(jiān)測(cè)、翻轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)、ESC、GPS導(dǎo)航、防翻滾系統(tǒng)等。而MEMS技術(shù)的發(fā)展,更是使得慣性傳感器更有效的用于包括汽車電子在內(nèi)的多種電子產(chǎn)品中。例如,ESC系統(tǒng)就是MEMS慣性傳感器市場(chǎng)最主要的增長(zhǎng)推動(dòng)力。在歐美一些國(guó)家,ESC系統(tǒng)已經(jīng)成為車輛的標(biāo)準(zhǔn)部件,并且自2012年式開(kāi)始,美國(guó)和歐盟要求銷售的乘用車必須配備ESC。這一強(qiáng)制措施必將增加汽車市場(chǎng)對(duì)加速計(jì)和陀螺儀的需求量。
時(shí)下,在一輛功能齊全的汽車中會(huì)用到很多慣性傳感器。在某些情況下,會(huì)用到多達(dá)15個(gè)軸的慣性傳感器(加速度計(jì)和陀螺儀)。由于只有6個(gè)可能的機(jī)械自由度,顯然這些傳感器中有很多個(gè)是多余的。“造成這種情況的原因是,長(zhǎng)久以來(lái)客戶的每個(gè)系統(tǒng)都是從不同供應(yīng)商那里購(gòu)買的。但今天,慣性傳感器組的概念將它們的信息發(fā)送給任何有需要的系統(tǒng),成為許多汽車OEM的目標(biāo)。”ADI公司大中華區(qū)汽車電子商務(wù)經(jīng)理李防震表示。 除了當(dāng)今許多汽車中使用的正面和側(cè)面碰撞安全氣囊,側(cè)翻檢測(cè)系統(tǒng)目前也在貨車、皮卡以及SUV中普及開(kāi)來(lái),因?yàn)檫@些車輛發(fā)生側(cè)翻的可能性更高。“ADI公司的iMEMS?加速度計(jì)和陀螺儀可用于這些應(yīng)用。在側(cè)翻事件中,部署側(cè)翻安全氣囊能保護(hù)乘客安全。側(cè)翻檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)讀取車輛的翻滾角度和翻滾速度來(lái)確定汽車是否處于側(cè)翻的過(guò)程。如果確定發(fā)生側(cè)翻,側(cè)翻安全氣囊將彈出以便保護(hù)乘客。”李防震指出。
對(duì)于使用加速度計(jì)的側(cè)翻檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),最重要的性能參數(shù)是零g偏置和靈敏度穩(wěn)定性。一般來(lái)說(shuō),假設(shè)可得到的最低減速度力(如在濕滑路面上)約為100mg(0.98m/s2)。因此,在汽車溫度范圍內(nèi)零g偏移和靈敏度偏差的組合值一定不能超過(guò)100mg。李防震介紹道,ADI公司的ADXLiMEMS?加速計(jì)在汽車溫度變化范圍內(nèi)具有16mg的零g偏移穩(wěn)定性和0.3%的靈敏度漂移,是這類應(yīng)用的理想之選。
高精度傾角測(cè)量功能是高度自動(dòng)調(diào)節(jié)大燈、電子駐車制動(dòng)器和坡路起步輔助(HSA)系統(tǒng)不可或缺的功能。意法半導(dǎo)體提供的AIS226DS是一款雙軸共面加速器,測(cè)量精度高于兩個(gè)獨(dú)立傳感器解決方案。該器件的最大量程為±6g,能可靠地分辨小于0.02度的細(xì)微傾角。此外,該公司前不久還推出了全系列單軸(偏航)和雙軸(俯仰和滾轉(zhuǎn),俯仰和偏航)MEMS陀螺儀,提供的量程范圍從30dps一直到6,000dps。
高深寬比制造工藝的發(fā)展提升了MEMS傳感器的性能。飛思卡爾的MMA6222EG、MMA6255EG和MMA621010EG慣性傳感器就基于高深寬比MEMS技術(shù),該加速計(jì)的先進(jìn)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)增強(qiáng)了傳感器偏移性能和超阻尼反應(yīng),從而有助于提高系統(tǒng)的可靠性以及對(duì)高頻率、高振幅寄生震蕩的抵抗力。
這些器件能夠幫助識(shí)別可能引發(fā)虛假?gòu)棾龅陌踩珰饽蚁到y(tǒng)狀況,諸如“砰”地一聲關(guān)上車門(mén),或者在汽車組裝時(shí)的大幅震動(dòng)。在汽車四周,安全氣囊分布式傳感系統(tǒng)包含兩個(gè)ECU主慣性傳感器和最多7個(gè)衛(wèi)星傳感器模塊,感應(yīng)前部以及側(cè)向撞擊。
強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合也是該應(yīng)用領(lǐng)域的一大特色,比如擅長(zhǎng)MEMS加速度計(jì)和陀螺儀的ADI就與擁有完整安全氣囊系統(tǒng)專用元器件的英飛凌聯(lián)手打造汽車安全氣囊系統(tǒng),從而加快高級(jí)安全氣囊系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)度,并向汽車安全系統(tǒng)供應(yīng)商和OEM提供完整的設(shè)計(jì)平臺(tái),以實(shí)現(xiàn)可靠、極具成本效益和簡(jiǎn)單易用的高級(jí)安全氣囊解決方案。
隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展,以MEMS技術(shù)為基礎(chǔ)的微型化、多功能化、集成化、且智能化的傳感器將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器,成為汽車傳感器的主流。此外,“因?yàn)镸EMS傳感器在汽車應(yīng)用中承擔(dān)著"關(guān)鍵任務(wù)",汽車客戶有一些獨(dú)特或特殊的需求,其中包括:非常嚴(yán)格的質(zhì)量控制、環(huán)境友好、高可靠性(用戶比較喜歡采用一些老的技術(shù),因?yàn)檫@些老的技術(shù)久經(jīng)驗(yàn)證)、準(zhǔn)時(shí)交貨。”李防震透露。
車用傳感器
TPMS是中國(guó)市場(chǎng)炒的比較火的一個(gè)概念,但迄今為止全球只有美國(guó)是強(qiáng)制實(shí)施TPMS法規(guī)的國(guó)家。自2007年9月后所有在美國(guó)銷售的最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過(guò)4536kg的四輪乘用車和商用車都必須安裝TPMS。雖然TPMS在中國(guó)的呼聲已經(jīng)很久了,可是標(biāo)準(zhǔn)卻一推再推,目前的應(yīng)用仍僅限某些高端車型,不過(guò)這些,都沒(méi)有阻止半導(dǎo)體廠商在該領(lǐng)域的巨大投入。
業(yè)界一致認(rèn)為,未來(lái)TPMS發(fā)射模塊將向高度集成化、單一化、無(wú)線無(wú)源化方向發(fā)展。隨著TPMS產(chǎn)品市場(chǎng)對(duì)IC高集成度和高可靠性的要求,目前已經(jīng)有了將所需測(cè)試各物理量的MEMS傳感器與MCU、RF三合一的新一代TPMS傳感器模塊。例如飛思卡爾的TPMS解決方案MPXY8300,就是由電容性壓力傳感元件、溫度傳感組件、MCU、RF、加速度傳感器和具有喚醒功能的接口電路組成,所有這些集成在一塊芯片上,并采用了飛思卡爾的超小型封裝(SSoP)。超小的尺寸和增強(qiáng)型介質(zhì)保護(hù)功能使得該方案特別適合在氣門(mén)嘴或輪胎上安裝。
隨著分層控制理念的不斷發(fā)展,對(duì)智能化的負(fù)載和傳感器的需求會(huì)日益增多,而SoC類型的產(chǎn)品因其成本低、體積小的優(yōu)點(diǎn),正是適應(yīng)這一發(fā)展方向的解決方案。英飛凌科技(中國(guó))有限公司汽車電子業(yè)務(wù)部高級(jí)市場(chǎng)工程師李世銘表示,“英飛凌的SP37新一代胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)單芯片解決方案就順應(yīng)了這一發(fā)展趨勢(shì),將控制器,傳感單元、RF發(fā)射器、低頻接收器和電源模塊集成在一顆芯片里,達(dá)到汽車級(jí)芯片的要求。”
轉(zhuǎn)向精度對(duì)于是汽車設(shè)計(jì)一個(gè)重要的考量,英飛凌成功地將巨磁電阻(GMR)效應(yīng)融入半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)CMOS制造工藝。“在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,英飛凌基于集成型巨磁阻技術(shù)(iGMR)的傳感器芯片組和基于線性霍耳技術(shù)的傳感器芯片可以完美實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向角度和力矩的感知。”李世銘表示。英飛凌的傳感器可異常精確地測(cè)量0°到360°的轉(zhuǎn)向角度,包含兩個(gè)GMR全橋、一個(gè)溫度傳感器、兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)個(gè)穩(wěn)壓器、濾波器以及在運(yùn)行過(guò)程中能連續(xù)監(jiān)控這些組件的內(nèi)部機(jī)制。傳感器芯片TLE5010具備兩個(gè)數(shù)字角度分量正弦函數(shù)和余弦函數(shù)。通過(guò)SPI接口連接傳感器的8位微控制器利用這些分量計(jì)算實(shí)際的角度信號(hào)。
透射式傳感器也被稱為斷續(xù)式傳感器,內(nèi)含一個(gè)面對(duì)面安裝的紅外發(fā)射器和檢波器,二者之間有一個(gè)小縫隙,當(dāng)有類似編碼輪這樣的物體通過(guò)發(fā)射器和檢波器之間的縫隙時(shí),就會(huì)將光束遮擋,傳感器就能探測(cè)到是否有物體存在。Vishay的表面貼裝透射式(斷續(xù)式)光電傳感器TCPT1300X01和TCUT1300X01,達(dá)到了+145℃的結(jié)溫等級(jí),-40℃~+125℃的工作溫度范圍和潮濕敏感度等級(jí)1(MSL1)。
雷達(dá)技術(shù)是設(shè)計(jì)創(chuàng)新的駕駛輔助系統(tǒng)、避免交通事故發(fā)生的關(guān)鍵所在。汽車的雷達(dá)系統(tǒng)可發(fā)出射頻電磁波,這些電磁波遇到前面的車輛或其它物體可反射回來(lái),雷達(dá)芯片負(fù)責(zé)發(fā)送和接收這些射頻信號(hào),并通過(guò)后臺(tái)處理。后臺(tái)數(shù)據(jù)評(píng)估結(jié)果可確定車輛與其它車輛的距離以及其它車輛的行駛速度。因此,當(dāng)預(yù)測(cè)到要發(fā)生車輛相撞事故時(shí),座椅頭枕和安全帶就會(huì)提前準(zhǔn)備就緒,幫助降低事故造成的影響。與此同時(shí),相同的信號(hào)也會(huì)發(fā)送至制動(dòng)系統(tǒng)或安全氣囊系統(tǒng)。英飛凌科技的雷達(dá)芯片RXN7740是適用于76-77GHz頻率范圍的高度集成前端芯片,包括振蕩器功能塊、功率放大器和4個(gè)適用于多個(gè)天線的混頻器。與目前獨(dú)立實(shí)現(xiàn)這些功能的雷達(dá)系統(tǒng)相比,可使廠商將雷達(dá)系統(tǒng)尺寸縮小四分之一,把無(wú)線射頻模塊的系統(tǒng)成本降低20%以上。
市場(chǎng)預(yù)測(cè)
曾有業(yè)界專家預(yù)測(cè),“第三次主要的機(jī)器革命與傳感器有關(guān)”。的確如此,傳感器的應(yīng)用,革新了人們的應(yīng)用體驗(yàn)。雖然受經(jīng)濟(jì)下滑影響,汽車MEMS市場(chǎng)連續(xù)兩年下降,但汽車行業(yè)當(dāng)前的市場(chǎng)表現(xiàn),使得眾多分析機(jī)構(gòu)紛紛認(rèn)同:2011年汽車MEMS市場(chǎng)將重新恢復(fù)兩位數(shù)的良性成長(zhǎng)。
更好的消息是,中國(guó)政府曾于2009年03月20日出臺(tái)《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》細(xì)則,提及1000萬(wàn)輛產(chǎn)銷目標(biāo)。而跟據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),今年三季度國(guó)產(chǎn)汽車產(chǎn)銷量比去年同期大幅增加,僅前三季度國(guó)產(chǎn)汽車產(chǎn)銷雙超960萬(wàn)輛。這些都使得業(yè)界對(duì)車用傳感器市場(chǎng)持積極態(tài)度。
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評(píng)論