我們正處于汽車行業歷史性的、明顯的轉折點。汽車制造商在創新和重新定義汽車使用方面面臨著巨大的壓力。他們不僅需要滿足消費者的需求，還必須跟上不斷變化的安全和環境法規。因此，汽車制造商正在增加在車輛內部和周圍使用的傳感器數量，以為客戶提供更高的安全性和功能性，這需要傳感器制造商對先前的技術進行小型化和改進。

在本文中，我將重點介紹未來 10 年將顯著增加車輛中使用的傳感器數量的三個主要趨勢：信息娛樂系統的進步、額外的安全和自動駕駛功能以及電氣化的興起。

趨勢一：信息娛樂系統變得更加先進

包含最新信息娛樂功能和趨勢的汽車技術采用率呈指數級增長。用戶體驗不僅僅是一種驅動器。

如圖 1所示，典型車輛中使用的顯示器數量正在增加——從可重新配置的儀表組到中控臺再到乘客娛樂。同時，由于更大的屏幕、更精細的分辨率和更高的亮度水平，顯示質量也在提高。用于后視和側視的電子鏡也變得越來越普遍，無線充電模塊和附加媒體集線器也是如此。汽車開始感覺像是智能手機的無縫延伸，消費者期待美觀干凈的觸摸表面設計，這導致額外的集成電路 (IC)，如電感數字轉換器 (LDC) 傳感器，可在表面上實現“強制觸摸”功能不是屏幕，能夠檢測施加的力量。

德州儀器 (TI) 的LDC3114-Q1等 LDC 傳感器可實現無縫用戶界面 (UI) 體驗，其中中控臺周圍的 UI 采用金屬、塑料或玻璃表面觸控。

此外，TI 的TMAG5170-Q1等 3D 霍爾效應傳感器可實現電子換檔器（換檔器）中的位置檢測以及操縱桿和旋鈕的信息娛樂控制，這些功能通常與中控臺周圍的觸摸和 UI 功能相結合。

支持所有這些新功能和顯示需要額外的更小尺寸的 IC，這導致 IC 和印刷電路板 (PCB) 的小型化，同時實現了更強大的功能。挑戰在于，當您減小容納 PCB 的模塊尺寸同時增加處理要求時，您就有了更高工作溫度的完美配方。這主要是由于更多的處理和更小的外形尺寸導致的氣流減少導致的更高的功耗 - 這兩者都與環境有關，因為信息娛樂系統在其生命周期的大部分時間里經常暴露在陽光下。

由于溫度傳感器在幫助避免因過熱而損壞電路方面發揮著如此重要的作用，因此汽車制造商正在增加在典型 PCB 上使用的溫度傳感器數量，并在產品選擇過程中優先考慮可靠性和準確性。在微控制器、電源或背光 LED 顯示屏等系統熱點中放置溫度傳感器有助于將這些組件保持在推薦的工作條件內，從而使信息娛樂系統能夠提供消費者期望的性能和可靠性。

鑒于可用的數千種選項，找到合適類型的溫度傳感器可能很困難。TI 的TMP61-Q1線性熱敏電阻不會破壞銀行，并且比傳統的負溫度系數熱敏電阻更可靠。TMP61-Q1提高的精度有助于最大限度地減少溫度誤差安全裕度，以防止誤觸發。這使控制系統能夠在更接近熱限制的情況下運行，并且僅在需要時節流或關閉。

在接下來的幾年里，您不僅可以看到傳感產品的數量增加，而且信息娛樂系統的準確性和集成度也會提高，目標是實現更多的用戶體驗功能和更有趣的駕駛體驗。

趨勢二：額外的安全和自動駕駛功能

并非所有汽車都是平等的，尤其是在為某些市場量身定制時。但政府法規正在縮小標準安全功能差距，以確保消費者安全。例如，2019 年，印度政府要求在其國內銷售的所有車型中安裝主動和被動安全功能。為了將這些安全功能添加到中低端車型，汽車制造商需要添加更多傳感器來感知車輛內部和周圍的環境。

您會在后視攝像頭中找到這種趨勢的一個很好的例子。它們在 10 年前僅在豪華車型上提供，但現在已成為大多數新車的標準安全功能；沒有它很難找到一輛新車。另一個例子是駕駛員監控系統，它也越來越受歡迎。因此，如果歷史重演，我不會對廣泛采用更先進的安全功能感到驚訝。

高級安全功能是高級駕駛員輔助系統 (ADAS) 的一部分。最初以巡航控制而聞名，ADAS 已經演變成更多，將車輛上的傳感器提升到一個全新的水平，以支持諸如車內監控、盲點檢測、車道偏離警告、停車輔助等功能——甚至是最新的自動駕駛驅動技術。

圖 2顯示了不同級別的自動駕駛及其相應的特征。盡管實現 5 級自動駕駛存在許多障礙，但汽車制造商正在努力實現這一目標。

圖 2 自動駕駛的等級（來源 Texas Instruments）

如果沒有攝像頭和邊緣的超聲波、雷達或激光雷達傳感器來感知車輛周圍的環境，自動駕駛功能就不可能存在。隨著越來越多的汽車制造商競相實現更高水平的自動駕駛，傳感器數量的增加是不可避免的。但是你要把它們放在哪里？

這就是小型化發揮作用的地方——封裝尺寸和集成度大放異彩。例如，當今的高端車輛采用多芯片單雷達系統。由于使用了多個分立元件，當這些雷達系統需要更小、更低功耗和成本效益時，它們又大又笨重。TI 提供汽車毫米波 (mmWave) 雷達傳感器解決方案，例如 TI 的AWR1843，其處理與前端位于同一位置，可將雷達系統的尺寸和外形尺寸減小 50%。TI 還提供與封裝天線毫米波雷達設備（例如 TI 的AWR1843AOP ）的更高集成度，從而能夠在車輛周圍高效安裝多個雷達系統。

需要的不僅僅是高數據密集型傳感器；更小的構建塊傳感器將確保用于傳感器融合和人工智能的計算密集型處理器的安全性和長期性能。如果處理器過熱、電流消耗過多或暴露在高濕度環境中，其性能可能會下降或完全損壞，從而影響 ADAS 功能。溫度、電流甚至濕度傳感器（如HDC3020-Q1）將這些處理器和其他 ADAS 組件（如 LiDAR 傳感器）保持在其指定的工作條件下，以防止損壞。

ADAS 具有比其他汽車系統更嚴格的系統級安全要求，因為隨著車輛變得更加智能，它們也變得更加復雜。更高的復雜性引發了安全問題，尤其是隨著自動駕駛成為主流。汽車安全完整性等級 (ASIL) 評級確立了在設計這些系統時降低風險和確保標準安全程序的要求。因此，整個車輛的許多子系統都必須具有系統級功能安全性。

功能安全中的一項常見要求是冗余。為了滿足冗余要求，汽車制造商正在迅速將傳感器用于安全關鍵控制系統，進一步增加傳感器的數量。像 TI 這樣的傳感器制造商已經注意到這一趨勢，并專注于讓工程師更容易找到和使用傳感器，無論是在旨在滿足功能安全標準的設計中，還是在具有競爭力的差異化更安全系統中。

趨勢 3：電氣化的興起

汽車制造商正在全力開發電動汽車 (EV)。為什么是電動汽車？好吧，安靜的行駛和即時扭矩并不是它們獲得牽引力的唯一原因。與政府減少二氧化碳排放的目標有關，還有更大的力量在發揮作用。

許多國家已經宣布了電動汽車銷售的目標日期和承諾。例如，韓國宣布了 2050 年實現碳中和的目標日期，并相應計劃通過延長電動汽車稅收優惠和特定的電動汽車購買目標，到 2025 年將上路的電動汽車數量增加到近 300 萬輛。 . 每個國家的目標細節可能有所不同，但共同的目標是隨著稅收減免或補貼等法規和激勵措施逐步淘汰內燃機 (ICE) 車輛。

電動汽車產量的增加如何影響對傳感器的需求？與內燃機汽車相比，電動汽車對電壓、電流、溫度和濕度傳感的要求更高，因為車載充電器、DC/DC 轉換器、逆變器和電池管理系統 (BMS) 等大型子系統都處理高壓或電流。這些系統中的每一個都需要密切監控，以最大限度地減少電流浪涌、熱失控、甚至腐蝕或水分泄漏造成的短路的威脅。

這些系統中的高傳感器精度可以轉化為更短的電動汽車充電時間，甚至更長的電池壽命。例如，更準確的溫度讀數可以減少誤差范圍，從而防止錯誤觸發控制系統并使操作更接近熱限制，僅在必要時節流或關閉。使用溫度傳感器時的總精度與傳感器和周圍組件、使用的布局技術和熱傳導路徑有關，因此在使用表面貼裝溫度傳感器時必須牢記最佳實踐。

TI 的TMP126-Q1溫度傳感器可幫助系統采取先發制人的措施來降低熱損壞風險，其溫度轉換率警報可在溫度快速變化達到危險水平之前檢測到溫度變化，從而降低熱失控風險。像 TMP126-Q1 這樣的傳感器不僅準確，而且由于其硅材料的低傳感器漂移，它們也很可靠。在具有高充電電流的 BMS 中，保持電流感應精度以正確了解電池的充電狀態非常重要。使用精確的低漂移電流傳感器（例如 TI 的INA229-Q1 ）有助于保持 EV 電池隨時間、溫度和濕度水平的效率。

結論

隨著信息娛樂系統變得更加先進、安全和自動駕駛功能的普及以及電動汽車的市場份額增加，傳感器只會隨著時間的推移而繼續增加。為了幫助汽車工程師優化他們的設計，半導體制造商正在提供更小、更準確、更節能的傳感器。有這么多可用的傳感器，產品選擇可能是壓倒性的。確定最重要的標準很重要——關注精度、漂移和尺寸等參數是縮小選擇范圍的好方法。

關于作者

Bryan Padilla 是德州儀器 (TI) 的產品營銷工程師。他對汽車市場有著畢生的興趣，并專注于傳感技術。

審核編輯 黃昊宇