MEMS慣性傳感器/超聲波傳感器/溫度傳感器需要的技術創新

汽車正從單純的移動工具逐漸成為實現服務和應用的綜合性載體，向智能聯網、自動駕駛、服務&共享和電動化發展。

汽車電動化和智能化趨勢，對車載傳感器的功能有了更多要求，而高度的電子化讓車載工作環境更為嚴苛，需要性能更好的傳感器滿足可靠性要求。

村田車規級傳感器：袁玖金，村田(中國)投資有限公司產品市場統括部傳感器高級工程師 這里就來看看三款車載傳感器——MEMS慣性傳感器、超聲波傳感器、溫度傳感器，需要哪些技術創新，將面對什么新的技術挑戰。

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MEMS慣性傳感器

自動駕駛時，汽車的位置信息需要由GNSS信號、基于路標或者車道線的視覺信息、以及結合高精度地圖的信息獲得。這是因為通過攝像頭，激光雷達或者毫米波雷達得到的相對位置信息，有時候會不準確。

例如，超出攝像頭動態檢測范圍的逆光，沒有路標的荒野，大霧等情況下，就只能依靠GNSS和慣性傳感器提供的絕對位置信息。

慣性傳感器通過和GNSS信號融合提供位置信息，可用于提高汽車駕駛的安全性和舒適性。在丟失視覺信號時，GNSS和高性能IMU的融合提供了安全可靠的位置信息；在GNSS信號受到干擾時，視覺和高性能IMU的融合提供了安全可靠的位置信息。

慣性傳感器通過和GNSS信號融合提供位置信息

自動駕駛過程中，準確確定車輛航向也非常重要，慣性傳感器的零偏不穩定性會影響車輛的航向確定。

拿兩只零偏不穩定性不同的陀螺作比較。如果陀螺A的零偏不穩定性為10°/hr，陀螺B的零偏不穩定性為1°/hr ，航向角就可以通過陀螺輸出的積分來計算，100分鐘后：

陀螺A的航向角偏差約為30°左右

陀螺B的航向角偏差僅為3°

出現大概10倍的差異！

自動駕駛級別不同，對慣性傳感器的要求也不同：

自動駕駛1級，需要10°/hr的零偏不穩定性

自動駕駛2級、2+級和3級，要求上升為3°/hr

高級自動駕駛和完全自動駕駛系統中，要求將高達0.5°/hr

村田新近推出了 HPCA 6自由度慣性測量，該產品具有0.9°/hr的零偏不穩定性，可用于自動駕駛 3、4級系統 。

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超聲波傳感器

自動駕駛需要監測車輛的周圍環境，這需要使用各種傳感器，如雷達、激光雷達、攝像機、超聲波傳感器，并進行算法的組合。通過組合各個傳感器，可以擴大檢測范圍，或者縮短盲區，有助于提高自主駕駛的安全性。

超聲波傳感器有望在距離車輛幾米范圍內發揮監測作用，可用于自動停車系統，包括低速自動駕駛。

為了提高這種安全性，超聲波傳感器也需要提高產品本身的可靠性并擴大檢測范圍。為了快速檢測汽車周圍情況，業內討論通過Coding技術，實現多個超聲波探頭同時檢測周圍環境。因此，產品的耐久性是必需的。

同時為了擴大檢測區域，對于汽車周圍近距離的需求也越來越高。

為了應對市場需求，實現超聲波傳感器優異的耐久性，穩定的近距離檢測，村田從產品的構造，制程開始進行改善。目標是，單個超聲波探頭的近距離檢測，從目前的25cm縮短到10cm以下。

目前，村田在實現10cm以下的檢測研發上已經有了進展。通過抑制超聲波發射后的余震時間，已經可以檢測到10cm以下距離處反射回來的回波信號。在不久的將來村田計劃向市場提供這種技術的產品。

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溫度傳感器

溫度傳感器，也就是熱敏電阻。使用陶瓷材料技術的NTC熱敏電阻被廣泛地運用于各種用途。除了用于新能源汽車用的BMS、逆變器、DC-DC轉換器的溫度監測外，NTC也開始被用于毫米波、激光雷達等系統中。

下圖左邊顯示了在ADAS電子控制單元內部的熱量分布。紅色區域溫度很高，最高溫度區域在GPU附近。右邊圖片顯示特斯拉基于Xavier(NVIDIA)的自動駕駛系統。需要主動冷卻以保持適當的溫度條件。 帶有主動風扇空氣冷卻的散熱器是標準配置。SoC的半導體內部有熱二極管。然而，它的溫度精度有很大的誤差。誤差可達+/-5至20攝氏度。

熱敏電阻用來監測SoC的溫度，以獲得更好的精度。適當的熱控制有助于延長使用壽命和提高可靠性。 村田的汽車級熱敏電阻NCU系列可以適應汽車高溫應用。NCU系列的外電極是由銅制成的，在高濕度環境下提高了可靠性，防止了電子遷移。