在汽車智能化浪潮中，ADAS（先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)）正推動(dòng)駕駛體驗(yàn)從 “人為主導(dǎo)” 向 “機(jī)器主導(dǎo)” 轉(zhuǎn)變。這一變革的核心在于 MEMS 傳感器的技術(shù)支持，它們作為無人駕駛的 “感知器官”，通過精準(zhǔn)的環(huán)境感知和數(shù)據(jù)傳遞，為 ADAS 系統(tǒng)提供關(guān)鍵的決策依據(jù)。隨著 ADAS 市場(chǎng)的爆發(fā)式增長，MEMS 傳感器的重要性愈發(fā)凸顯，成為推動(dòng)無人駕駛落地的核心驅(qū)動(dòng)力。

ADAS系統(tǒng)解析

一、ADAS市場(chǎng)現(xiàn)狀與前景

目前，L1 - L2 級(jí)別 ADAS 在全球和國內(nèi)的滲透率分別為 50% - 60% 和 40% - 50%。有預(yù)測(cè)稱，到 2030 年，全球 ADAS 市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 651 億美元，中國 ADAS 市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 4667.27 億元。ADAS 系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和未來巨大的市場(chǎng)潛力，使其成為汽車智能化發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

二、ADAS 功能詳解

• 自適應(yīng)巡航系統(tǒng) ACC

一種前向監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通常運(yùn)用雷達(dá)傳感器檢測(cè)汽車前行并保持固定距離。駕駛員設(shè)定期望速度范圍，若系統(tǒng)感知前方車輛距離縮小，會(huì)自動(dòng)降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率和 / 或激活車輛制動(dòng)器，以維持安全距離且不超目標(biāo)速度。

• 前方碰撞預(yù)警系統(tǒng) FCW

由 ACC 系統(tǒng)擴(kuò)展而來，常與 ACC 共享雷達(dá) / 激光雷達(dá) / 攝像頭傳感器，用于提供即將發(fā)生碰撞的預(yù)警。系統(tǒng)通過計(jì)算前方車輛距離及相對(duì)速度，確定可能碰撞時(shí)間并向駕駛員發(fā)出警告信號(hào)。

• 自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng) AEB

同樣是前方監(jiān)控系統(tǒng)，借助雷達(dá) / 激光雷達(dá) / 攝像頭傳感器感知前方路面障礙物。若檢測(cè)到可能碰撞，先向駕駛員發(fā)出制動(dòng)警告，若駕駛員未響應(yīng)，則系統(tǒng)直接制動(dòng)，以避免碰撞或減輕碰撞影響。

• 夜視以及行人檢測(cè)系統(tǒng) NV&PD

利用紅外圖像傳感器，探測(cè)范圍超出前大燈照明區(qū)域，提供黃昏和夜間前方道路圖像。紅外線攝像機(jī)一般位于前保險(xiǎn)杠下方或擋風(fēng)玻璃內(nèi)部后視鏡后面。行人檢測(cè)是其擴(kuò)展功能，通過軟件分析處理采集圖像，區(qū)分物體和行人，在識(shí)別行人時(shí)向駕駛員發(fā)出警告。

• 車輛偏航預(yù)警系統(tǒng) LDW

屬于橫向監(jiān)控系統(tǒng)，用于監(jiān)控車輛在當(dāng)前車道的位置，提醒司機(jī)意外的車道漂移。該系統(tǒng)通過位于擋風(fēng)玻璃內(nèi)部后視鏡后面的攝像機(jī)監(jiān)視前方道路的車道標(biāo)志，當(dāng)檢測(cè)到車道偏離時(shí)，可向駕駛員發(fā)出聲音或觸覺反饋，也可通過其他系統(tǒng)主動(dòng)引導(dǎo)車輛返回車道。

• 交通標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng) TSR

作為前方監(jiān)控系統(tǒng)，常與車道偏離預(yù)警系統(tǒng)使用相同相機(jī)，用于監(jiān)控前方道路交通標(biāo)志，主要功能是提醒司機(jī)當(dāng)前限速。

• 盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng) BSM

側(cè)面和后方監(jiān)控系統(tǒng)，在司機(jī)打算改變車道、超車時(shí)，幫助和提醒司機(jī)盲點(diǎn)區(qū)域車輛的存在。

• 駕駛員監(jiān)控系統(tǒng) DM

持續(xù)監(jiān)測(cè)用戶駕駛風(fēng)格，通過監(jiān)視駕駛員面部表情或某些駕駛風(fēng)格（如轉(zhuǎn)向），發(fā)現(xiàn)嗜睡和疲勞跡象。

• 自動(dòng)大燈調(diào)節(jié)系統(tǒng) AHD

夜間駕駛輔助功能，基于周圍照明和前方交通條件，利用與 LDW 或 TSR 相同的前攝像頭作為監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)前大燈強(qiáng)光弱光。

• 后方橫向交通告警系統(tǒng) RCTA

為 BSM 的拓展功能，通常與 BSM 共享相同雷達(dá)傳感器，在倒車時(shí)有接近車輛時(shí)警示司機(jī)，部分系統(tǒng)會(huì)提供聲音報(bào)警或閃爍后視鏡里的 BSM 圖標(biāo)。

• 半自動(dòng)泊車輔助 SAPA

即常見的自動(dòng)泊車，使用位于前后保險(xiǎn)杠中的雷達(dá)或超聲波傳感器檢測(cè)合適的空置車位，系統(tǒng)自動(dòng)駕駛車輛進(jìn)入停車位，但需司機(jī)適當(dāng)控制油門和剎車。

這些 ADAS 功能的實(shí)現(xiàn)，離不開各類傳感器的支持，傳感器如同 ADAS 系統(tǒng)的 “觸角”，為其提供準(zhǔn)確的環(huán)境信息，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的輔助駕駛功能。

車傳感器與ADAS

一、ADAS 中的關(guān)鍵傳感器類型

汽車自動(dòng)/輔助駕駛系統(tǒng)所用到傳感器主要包括微波/毫米波雷達(dá)、超聲波傳感器、攝像頭、激光雷達(dá)。各類傳感器在測(cè)量范圍、精準(zhǔn)度和有效距離等方面各有優(yōu)劣，因此在各類輔助駕駛 / 無人駕駛解決方案中基本采用多傳感器融合的方式。例如，在自適應(yīng)巡航系統(tǒng) ACC 中，雷達(dá)傳感器用于檢測(cè)前方車輛距離和速度；在車輛偏航預(yù)警系統(tǒng) LDW 里，攝像頭用于識(shí)別車道標(biāo)志。不同的 ADAS 功能依賴特定類型或組合的傳感器來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)感知。

二、傳感器市場(chǎng)格局

在傳統(tǒng)汽車傳感器市場(chǎng)，少數(shù)歐美日巨頭長期壟斷全球市場(chǎng)。例如，中國 90% 的車用傳感器市場(chǎng)被大陸、博世、德爾福、森薩塔、霍尼韋爾等外資企業(yè)占據(jù)。不過，隨著汽車行業(yè)發(fā)展，情況有所變化。一方面，雷達(dá)、ABS 等越來越多地成為整車企業(yè)的前裝產(chǎn)品，這類傳感器需求迅速上升。另一方面，汽車排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，對(duì)傳感器在材料和工藝上有更嚴(yán)格要求。國內(nèi)部分企業(yè)也嶄露頭角，如國內(nèi)一款擁有專利技術(shù)的氮氧傳感器，趕上國內(nèi)汽車排放升級(jí)的契機(jī)，在柴油車市場(chǎng)占有率達(dá) 100% 。

ADAS 系統(tǒng)的毫米波雷達(dá)市場(chǎng)集中度高，長期被國外汽車零部件巨頭壟斷，研發(fā)地主要集中在德國、美國和日本等國家，主要公司有博世、大陸、海拉、富士通天、電裝、天合、德爾福、奧托立夫等。近年來，國內(nèi)微波 / 毫米波雷達(dá)傳感器企業(yè)逐漸涌現(xiàn)，多為初創(chuàng)企業(yè)，普遍缺乏車載行業(yè)背景。與此同時(shí)，越來越多的汽車產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)商，如滬電股份、亞太股份、華域汽車等大廠，紛紛通過自主研發(fā)、國際合作、投資創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)等方式加速布局 ADAS 領(lǐng)域。

無人駕駛與MEMS傳感器

無人駕駛汽車的實(shí)現(xiàn)需要大量的 MEMS 相關(guān)技術(shù)支持，其中最重要的就是大量的傳感器感知定位。核心技術(shù)是包括高精度地圖、定位、感知、智能決策與控制等各個(gè)模塊。其中有幾個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)模塊，包含精確GPS定位及導(dǎo)航、動(dòng)態(tài)傳感避障系統(tǒng)、機(jī)械視覺三大部分（如圖所示）。

無人駕駛系統(tǒng)基本原理

無人駕駛系統(tǒng)通過傳感器感知車輛當(dāng)前所處狀態(tài)（位置、周圍車輛、行人障礙物等），由決策算法得出最優(yōu)的行駛策略，最終由控制部分將此策略轉(zhuǎn)換為車身部件實(shí)際操作。在實(shí)際應(yīng)用中，由感知系統(tǒng)和高精度地圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛行駛位置精確定位（SLAM），感知系統(tǒng)為自動(dòng)駕駛車輛提供周圍車輛、行人、車道線等環(huán)境信息，為規(guī)控系統(tǒng)計(jì)算最優(yōu)行駛策略提供依據(jù)。

無人駕駛汽車專用傳感器主要分為光學(xué)和非光學(xué)兩大類。光學(xué)類傳感器主要包括紅外傳感器和可見光傳感器等，主要用于攝像頭；非光學(xué)傳感器主要包括壓力、溫度和速度傳感器以及地磁傳感器（電子指南針）、側(cè)翻傳感器、陀螺儀等。

· 無人駕駛主要傳感器

無人駕駛傳感器主要包括：攝像頭、紅外傳感器、毫米波雷達(dá)、中短距離毫米波雷達(dá)、長距離 毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)。

• 攝像頭

具備360度的同步視野，而人類駕駛員只能看到120度的視野。感光芯片每秒記錄N組（幀）數(shù)字形式的圖像，通過車載以太網(wǎng)或 LVDS 方式發(fā)送給自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過圖像識(shí)別技術(shù)分析數(shù)據(jù)，由于高清視覺系統(tǒng)能夠探測(cè)顏色，因此可以幫助系統(tǒng)識(shí)別交通信號(hào)燈、施工區(qū)、校車和急救車的頻閃燈，進(jìn)而判斷車輛周圍狀況。攝像頭技術(shù)對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)的人眼視覺，應(yīng)用中攝像頭形式包括單目、雙目和三目，根據(jù)攝像頭安裝的位置分為前視、后視、環(huán)視和車內(nèi)監(jiān)控?cái)z像頭。Google 無人駕駛項(xiàng)目 Waymo 的視覺系統(tǒng)由多組高清攝像頭組成，目的是在白天和低光照條件下都能看清遠(yuǎn)方的物體。

• 遠(yuǎn)紅外傳感器

遠(yuǎn)紅外傳感器用紅外線為介質(zhì)，只考慮觀測(cè)主體與環(huán)境之間溫度差，可以不受光線情況影響。遠(yuǎn)紅外熱成像原理，通過能夠透過紅外輻射的紅外光學(xué)系統(tǒng)將視場(chǎng)內(nèi)景物的紅外輻射聚焦到能夠?qū)⒓t外輻射能轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量的物理量的器件-紅外探測(cè)器上，紅外探測(cè)器再將強(qiáng)弱不等的輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，然后經(jīng)過放大和視頻處理，形成可供人眼觀察的視頻圖像，最終通過顯示終端顯示、音響設(shè)備報(bào)警的夜間輔助駕駛產(chǎn)品。

• 毫米波雷達(dá)

通過發(fā)送電磁波（毫米波），測(cè)量反射波從發(fā)射到接收的時(shí)間，計(jì)算車輛到各個(gè)目標(biāo)的距離。雷達(dá)的多普勒效應(yīng)可以用以測(cè)量目標(biāo)速度。毫米波雷達(dá)抗干擾能力強(qiáng)，作用范圍大，但不能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，分辨率較低。

• 激光雷達(dá)

發(fā)射激光（波長600~1000nm），通過反射脈沖的飛行時(shí)間（TOF）測(cè)量距離，激光雷達(dá)在短時(shí)間內(nèi)可發(fā)送大量激光脈沖（每秒可以向360度的方向發(fā)出數(shù)百萬激光脈沖，并且可以測(cè)量激光從一個(gè)表面反射回汽車所花費(fèi)的時(shí)間），通過旋轉(zhuǎn)鏡頭方式構(gòu)建周圍較大掃描區(qū)域內(nèi)的3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)。激光雷達(dá)不僅作用距離大，晝夜均可使用，還可以測(cè)量速度，而且具備很好的目標(biāo)識(shí)別能力，缺點(diǎn)是成本較高。

• 超聲波雷達(dá)

超聲波雷達(dá)，測(cè)量發(fā)射超聲波（>20kHz）反射回來的時(shí)間，從而判斷障礙物的存在和距離。超聲波雷達(dá)的缺點(diǎn)是作用距離短，傳輸依賴介質(zhì)，速度慢，只適用于低速下的停車輔助。

由工作機(jī)制決定的固有屬性，讓不同傳感器適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。沒有一種傳感器可以滿足自動(dòng)駕駛所有類型的任務(wù)，在實(shí)際應(yīng)用中要結(jié)合不同傳感器的優(yōu)勢(shì)，利用傳感器融合技術(shù)，為自動(dòng)駕駛汽車提供全面、及時(shí)和準(zhǔn)確的周邊環(huán)境信息，便于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)做出最準(zhǔn)確的決策。常見無人駕駛傳感器及其功用如表所示。

無人駕駛傳感器及其功用

· 傳感器分布

在自動(dòng)駕駛汽車上，傳感器的分布、功能及作用范圍大致如圖所示。由圖可以看出不同類型的傳感器作用的范圍（距離 & 角度）有所差別，應(yīng)用中需要使用多個(gè)不同類別的傳感器，分布在車身的不同位置以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛周圍環(huán)境360°無死角覆蓋。

無人駕駛汽車傳感器分布
 

當(dāng)前自動(dòng)駕駛/ADAS的關(guān)鍵部件，比如高精度慣導(dǎo)、激光雷達(dá)的成本非常之高，Google 無人駕駛車上使用的 Velodyne 64 線激光雷達(dá)價(jià)格高達(dá) $75,000，整套設(shè)備成本在 $150,000 左右。隨著市場(chǎng)化和技術(shù)的發(fā)展，激光雷達(dá)等傳感器成本必然會(huì)逐漸下降。在激光雷達(dá)領(lǐng)域，Velodyne 已推出低成本的16線產(chǎn)品，售價(jià) $8,000；創(chuàng)業(yè)公司 Quanergy 也承諾將推出成本 $250 左右的低成本激光雷達(dá)。

· 典型無人駕駛傳感器組合

目前，國際上自動(dòng)駕駛環(huán)境感知的技術(shù)路線主要分為兩種：一種是以特斯拉為代表的視覺主導(dǎo)的多傳感器融合方案，另一種是以激光雷達(dá)為核心的高精度感知方案，典型代表如 Waymo、小鵬、蔚來等。隨著技術(shù)進(jìn)步和成本下降，這兩種路線正在逐步融合，形成更加多元化的解決方案。
 

• Tesla

特斯拉的自動(dòng)駕駛方案以視覺感知為核心，結(jié)合毫米波雷達(dá)和超聲波傳感器，形成了獨(dú)特的“純視覺+AI”技術(shù)路線。早期的 Autopilot 系統(tǒng)依賴 MobileEye 的攝像頭技術(shù)，但在經(jīng)歷撞卡車事件后，特斯拉逐步轉(zhuǎn)向以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的視覺系統(tǒng)為主，毫米波雷達(dá)為輔。目前，特斯拉的感知系統(tǒng)包括8個(gè)攝像頭（覆蓋360度視野）、12個(gè)超聲波傳感器和1個(gè)前置毫米波雷達(dá)。通過強(qiáng)大的AI算法，特斯拉能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)巡航、自動(dòng)變道、緊急剎車等功能，并逐步向完全自動(dòng)駕駛（FSD）邁進(jìn)。

• Waymo

Waymo則堅(jiān)持激光雷達(dá)主導(dǎo)的技術(shù)路線，結(jié)合毫米波雷達(dá)和攝像頭，構(gòu)建高精度環(huán)境感知系統(tǒng)。Waymo的自動(dòng)駕駛車輛搭載了多款自研激光雷達(dá)，包括短距離、中距離和長距離激光雷達(dá)，能夠?qū)崿F(xiàn)360度無死角的環(huán)境感知。此外，Waymo還配備了多個(gè)攝像頭和毫米波雷達(dá)，用于補(bǔ)充激光雷達(dá)的感知能力。這種方案在復(fù)雜城市環(huán)境中表現(xiàn)出色，但成本較高，主要應(yīng)用于Robotaxi等商業(yè)場(chǎng)景。

• Audi

奧迪的自動(dòng)駕駛方案采用了多傳感器融合的策略，結(jié)合激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭和超聲波傳感器，構(gòu)建了全面的環(huán)境感知系統(tǒng)。其傳感器組合包括12個(gè)超聲波傳感器、4個(gè)高清魚眼攝像頭、1個(gè)高清3D攝像頭、1個(gè)紅外夜視攝像頭、4個(gè)毫米波雷達(dá)和1個(gè)激光掃描器。這種方案在豪華車型中廣泛應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)高級(jí)輔助駕駛功能，并為未來更高階的自動(dòng)駕駛奠定基礎(chǔ)。

隨著激光雷達(dá)成本的下降和AI算法的進(jìn)步，視覺主導(dǎo)與激光雷達(dá)主導(dǎo)的路線正在逐步融合。例如，特斯拉開始探索低成本的4D毫米波雷達(dá)，而Waymo也在加強(qiáng)視覺感知的能力。未來，自動(dòng)駕駛技術(shù)將更加依賴多傳感器融合和AI算法，以實(shí)現(xiàn)更高安全性、更低成本的商業(yè)化落地。