隨著物聯網、5G、人工智能等技術的發展,傳統的汽車產業正快速的轉向智能化、網聯化、電動化。因此也涌現出了一大批的新能源汽車、智能汽車初創企業,比如蔚來汽車、小鵬汽車、威馬等等企業。與此同時,大眾、寶馬、通用等眾多的傳統車企也開始快速跟進。汽車市場對于半導體的需求也是越來越大,半導體在整車成本當中的占比也是越來越高。
數據顯示,2017年全球汽車電子市場規模達到了1435.4億美元,同比增長9.5%,預計未來5年將保持8.2%的年平均復合增長率。隨著汽車電子市場的增長,2017年全球汽車半導體市場的規模也已超過了360億美元。近年來都保持在9%左右的增長速度。到2025年每輛智能汽車當中的電子元器件成本占比將達到整車成本的40%,到2030年占比將進一步提高到50%。
這也使得越來越多的半導體芯片廠商,開始大舉殺入汽車電子市場。2016年10月,手機芯片大廠高通正式宣布470億美元收購車用芯片大廠恩智浦半導體(可惜失敗了);2016年11月,手機芯片大廠聯發科也宣布進軍車用芯片市場;此前在汽車電子市場影響力有限的英特爾,2017年也宣布以153億美元價格收購ADAS(輔助駕駛)技術大廠Mobileye,希望借此開拓汽車市場。類似的例子其實還有很多。
作為業界知名的模擬信號、混合信號和數字信號處理芯片廠商,ADI也很早就切入了汽車電子市場,并且正憑借越來越豐富的產品組合,提供更加全面的解決方案。
據ADI中國汽車電子事業部資深戰略與業務發展經理陳晟介紹,早在上世紀90年代,ADI就進入了汽車電子市場,并且第一次把半導體微機械技術應用到了汽車安全氣囊傳感器里。經過幾十年的發展,以及相關的并購,ADI已經在汽車電氣化、智能駕駛座艙、自動駕駛三大方向有了相當深厚的積累。
“這些技術以及方向的實現需要依靠大量高精度的傳感和測量,高精度傳感能夠把這些信號測量出來,然后翻譯或轉譯成一個計算能夠處理的信號,這實際上就是自動駕駛、智能駕駛座艙、汽車電氣化背后一個非常重要的基礎性工作。所以,ADI這樣的公司及其技術是整個行業不可或缺的。”陳晟還表示:“目前電動汽車,主要面臨成本、里程及安全方等面的問題,我們ADI現在提供的方案就是為了解決這些問題。”
一、BMS解決方案
首先,在電氣化方面,ADI在汽車電池管理方面已經有近22年的積累。在傳統的燃油車上,其鉛酸電池也需要強大的電池管理,因為它需要反復做充放電的動作,同時又要監控鉛酸電池的健康狀態。現在這塊在市面上,不管是國內還是國外ADI的方案占據很大的市場。
而除了ADI本身幾十年的積累之外,2016年ADI收購的Linear,之前就在中國的鋰電池電源管理領域深耕了超過十年。
“我們成功的把這些技術運用到車上,現在市場上在國內路面上跑的大部分的汽車上面,很大比例都是我們的鋰電池管理芯片。這是非常驚人的數字,可以說我們的BMS伴隨著中國新能源汽車發展的歷程,非常不容易。”
在具體BMS解決方案方面,ADI已經有了五代產品,未來一兩年內還會推出第六代產品,鋰電池的電池管理的精度將更高,能夠做到在長達十年的使用過程中,而且不論是如何復雜的工況之下,精度都可以控制在非常小的波動范圍內。可以幫助車廠及電池供應商能夠大膽使用它的電池容量,而不會因為精度不夠而縮手縮腳。
特別值得一提的是,在兩年前,ADI還推出了一個創新的方案——無線BMS,這是業內的一個創舉。
現在BMS系統需要大量線纜進行連接,特別在通信方面,而這些線纜的連接增加了很多人工成本的負擔,且降低了生產效率,同時可能對系統可靠性的要求會非常高。
而無線BMS能夠帶來很多的好處,比如可以減少線纜數量,使得內部更加的簡潔。而且隨著線纜的大幅減少,也可降低整車的重量,提升續航能力。同時,還能夠提升生產效率,降低系統的復雜度,增加系統的可靠性。
二、電機/電驅動傳感器
在電機和電驅動領域,ADI也有很深的造詣。目前市面上絕大部分新能源汽車都在用ADI電機的傳感器。這個傳感器看似很不起眼,但精度上任何一點點的偏差或者是精度不夠,都會導致輸出功率的損失。
三、隔離技術
另外,ADI還有一個隔離技術。隔離,看起來不是很起眼的東西,但它跟整車安全以及用戶的安全息息相關。而且它在提供安全措施的同時,還能有效的讓信號高速通過相關的隔離通道。
“我們的隔離技術是非常先進的,我們是用半導體工藝把兩個變壓器的線圈蝕刻在芯片里面,用它來做隔離,這是非常了不起的一項創舉。”陳晟總結到。
四、電子座艙相關解決方案
目前汽車電子座艙方面,ADI主要的產品還是關注于音頻和視頻兩個方向。
音頻DSP和A2B音頻總線
在音頻方面,ADI有音頻的數字信號處理器產品,目前市面上絕大多數中高端豪華轎車里面的數字音響功放里都用了ADI的DSP處理器。
除了為車內娛樂系統提供音頻信號處理之外,新能源汽車還有個最大問題,就是太安靜。
陳晟表示,“如果電動汽車太安靜,那么它就可能會悄無聲息的出現在你的背后,悄無聲息的超過你的汽車,你卻渾然不知,這是一個很大的安全隱患。比如美國的很多法規要求在純電動汽車上必須要外放的喇叭,然后放出不同的聲音來提醒路人。”
對此,ADI也有針對“電動汽車警示音系統”(EVWSS)的DSP芯片,可產生一系列旨在提醒行人的聲音。
另一方面,不少汽車司機還是喜歡傳統汽車那種在聽覺上的體驗,比如法拉利或保時捷啟動或加速時的轟鳴聲。同樣,通過電動汽車的音頻系統,也能夠做到各種不同聲音外放。此外,陳晟還介紹了一個很新有趣的應用——車內卡拉OK,“這個功能許多消費者很喜歡,我們可以提供基于ADI音頻DSP的解決方案。”
ADI的另外一個音頻技術產品就是A2B音頻總線。目前ADI的A2B技術,已推廣到全球90%的車廠。
所謂A2B,像高速公路的中心,上面可以連接很多站點,然后車子的信息流可以隨時上去,然后通過這個高速公路傳到任何一個想傳遞的節點中去。但是這個高速公路只有一根線,所以它的流量非常大,用一根線把車輛所有相關音頻硬件全部連接在一起,讓他們互相之間可以任意地進行通信,這就是A2B的概念。
而在實際應用當中,從車機連出來的串行總線,直接連了音頻的麥克風陣列,可實現語音識別,還可以用它實現指向性,比如主駕駛位和副駕駛位不同音區的獨立性,都是可以通過音頻總線和DSP算法實現的。音頻節點通過固定延遲可以做高級的音頻算法。比如做回聲消除,把功放里的音樂消掉,可以利用延遲把功放的信號取出來,在車機端消除掉。主動降噪這部分,比如車門的位置有主動降噪的麥克風,就配合功放來做ANC的算法;還有感知路噪的加速度傳感器(支持A2B接口)去檢測車輛行駛的振動,可以配合音頻總線做RNC路噪消除。
A2B所帶來的好處是,可降低布線難度,減少線纜減重,降低成本,同時能大大降低整個系統設計的復雜性。另外它還支持高級音頻算法。
值得一提的是,今年2月1日,ADI宣布中國汽車制造商比亞迪采用ADI公司的汽車音頻總線(A2B)及SHARC數字信號處理器(DSP),打造能效更高、更節能環保的汽車平臺,提升駕乘人員的沉浸式車載音頻信息娛樂體驗。
C2B視頻總線
在視頻方面,ADI也有C2B視頻總線技術。目前在輔助駕駛/自動駕駛以及車內智能化等方面,攝像頭幾乎是必不可少,而且需要的數量也是非常大(比如Mobileye的新的自動駕駛方案就用到了12個攝像頭),隨著攝像頭數量的增多,成本的增加也非常可觀。
另外,目前高清視頻都是用同軸線來傳,它的缺陷是彎折的程度有限制,而且它的重量都比較高,成本也會高很多,尤其連接器成本高很多。而ADI的C2B視頻總線,使用的非屏蔽雙絞線傳高清視頻,可以降低線材成本、連接器的成本,還可以讓整車布線很容易,它非常軟,做折疊后視鏡之類的,把攝像頭放在上面很容易實現,對可靠性也有更大的幫助。
C2B的技術特點,模擬總線抗干擾能力很強,它模擬編碼,不是數字總線,它線上的信號頻率帶寬很低,75M的頻率帶寬。現在有些數字高清上百M甚至上G的信號帶寬,這樣在高頻段會對外有輻射,也更容易受到外界的干擾。
TOF 3D技術
目前在智能手機上TOF 3D技術以及開始被不少高端旗艦手機所應用,比如可以用來刷臉解鎖、刷臉支付、3D建模、3D手勢交互等待。相對于2D技術來說,ToF是3D技術,抗強光能力強,識別距離遠。
近一兩年來,TOF 3D技術也開始進入汽車,未來或將會有更多應用。比如,刷臉開車、駕駛員狀態監控、手勢識別、手勢控制等待。
目前ADI已有專門針對新能源汽車的TOF方案。陳晟表示,我們方案的優點是高分辨率的VGA方案,現在市場上主流方案采用的是QVGA方案。
五、汽車主被動安全解決方案
對于汽車來說,安全性是至關重要的,而在汽車安全領域,ADI也擁有著很多的產品與解決方案。
1、自動駕駛解決方案
ADI將自動駕駛解決方案劃歸在汽車安全方案大類下,對應的是預測性安全方案。
ADI在近兩年前發布了一個概念叫Drive360,就是360度自動駕駛,強調ADI在自動駕駛領域能提供異常強大的環境感知力。它包括了ADI的視覺ADAS技術、雷達技術、IMU技術等。
雷達技術
目前在自動駕駛領域,毫米波雷達、激光雷達和攝像頭技術是最為關鍵的三項傳感技術。
而ADI在雷達領域有超過15年的歷史。24GHz雷達時代,近半數車載雷達模組中有ADI的芯片。現在,ADI也有在做77-79GHz雷達產品。2018年ADI還收購了一家德國工業雷達的方案公司,通過這個技術給大家提供高效率雷達的整體解決方案,而不是器件級解決方案。
除了毫米波雷達之外,面對新興的激光雷達市場的興起,早在2016年,ADI就收購了Vescent Photonics,開始重點研發flash雷達和固態激光雷達方案。
視覺ADAS
ADI基于視覺的ADAS方案主要是通過安裝后視/前視/側視攝像頭和視覺處理 ECU,來實現多種功能來幫助駕駛員提前防范風險。主要應用包括路線偏差告警(LDW)、遠光近光調整(HB/LB)、交通信號識別(TSR)、停車輔助、后視/環視、防撞等。
高精度IMU
對于自動駕駛汽車來說,要實現自動駕駛,還必須要擁有高精度的導航系統和高精度地圖來配合,但是當汽車進入隧道等GPS信號弱或者無GPS信號的區域時,就需要依靠IMU(慣性測量單元)來輔助定位。
ADI擁有針對自動駕駛的高性能IMU產品。陳晟透露,其實相當一部分自動駕駛的應用,實際上是把更高端的、更高級的一些行業的需求適當的降低后衍生成針對自動駕駛的IMU。這也是ADI針對未來智能網聯領域非常重要的技術。
2、安全氣囊傳感器
前面我們提到,在上世紀90年代,1993年推出了一款微芯片系統的加速度傳感器,專門檢測汽車碰撞,并且是第一個把MEMS傳感器用在了汽車安全氣囊里面的公司。現在,隨著輔助駕駛、自動駕駛已經進入這個時代,安全措施也是越來越受到重視。
陳晟表示,安全是ADI非常關注的一個領域,在這個方向是沒有止境的一條道路,它永遠需要更快的反應速度、更精確的感知能力。這是ADI能夠提供的,而且我們很擅長。
3、方向盤傳感器
ADI的方向盤傳感器,可以檢測司機的手是否在方向盤上,甚至左手還是右手在方向盤上。這個產品可以檢測駕駛員是否真正接管車輛。另一方面,泊車時方向盤會有大幅度擺動,如果你手伸到方向盤縫隙里面或者其他東西放到空隙里面,會有安全隱患。ADI方向盤檢測方案,可以在手或者其他東西放到方向盤空隙時檢測到,從而通知ECU讓方向盤停止轉動,等你把手拿出來后,方向盤再繼續工作。
技術的融合將是關鍵
前面提到了ADI這么多的與汽車電子相關的技術,但是在未來,要想真正實現非常安全的自動駕駛,則需要將更多的技術進行融合。
比如,目前在自動駕駛領域,多攝像頭的方案,雖然可以獲取的畫面更為清晰、信息量更大、更豐富,但是可能會在夜晚、強光、雨雪霧等,影響視覺效果的下出現問題;而毫米波雷達,雖然不受光線、雨雪霧天氣等干擾,但是精度相對較低,而且探測距離受到頻段損耗的直接制約;激光雷達的優勢在于其探測范圍更廣,探測精度更高,但是其也會受到雨雪霧天氣的干擾。
總的來說,每種技術都有它的優缺點,只有當多種技術融合才能獲得最佳的效果。所以,我們可以看到目前的自動駕駛汽車都是將以上多種技術融合來使用。
陳晟也表示:“單靠一種技術很難完成未來自動駕駛的平臺,因為每個技術都有一些短板,需要大家湊在一起互相取長補短,完成一個完整的拼圖,然后給最終的自動駕駛盡可能多的輸入,讓它能夠有盡量準確的判斷,這就是融合的目的。未來可能有其他的技術在一起來共同完成自動駕駛。而我們ADI想要做的則是為汽車電子領域帶來更多的安全可靠、性能出色的產品。”
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