汽車的傳感器、線纜、存儲(chǔ)器、連接器、測試方案,太牛了!
本文轉(zhuǎn)自黃燁鋒的電子行業(yè)專欄,感謝作者創(chuàng)作的優(yōu)質(zhì)文章。
對于自動(dòng)駕駛、ADAS,或者汽車網(wǎng)聯(lián)化、電子化、智能化之類的趨勢,我們?nèi)粘L接懽疃嗟?,恐怕是技術(shù)本身的革新,以及這些技術(shù)對汽車整個(gè)垂直產(chǎn)業(yè)帶來的影響。當(dāng)聊到未來高端汽車內(nèi)部軟件代碼將達(dá)到2-3億行時(shí),我們會(huì)“推測”這些趨勢對汽車整
個(gè)行業(yè)結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生怎樣革命性的影響。對于自動(dòng)駕駛、ADAS,或者汽車網(wǎng)聯(lián)化、電子化、智能化之類的趨勢,我們?nèi)粘L接懽疃嗟?,恐怕是技術(shù)本身的革新,以及這些技術(shù)對汽車整個(gè)垂直產(chǎn)業(yè)帶來的影響。當(dāng)聊到未來高端汽車內(nèi)部軟件代碼將達(dá)到2-3億行時(shí),我們會(huì)“推測”這些趨勢對汽車整個(gè)行業(yè)結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生怎樣革命性的影響。
比如說,產(chǎn)業(yè)原本從整車廠到各層級供應(yīng)商金字塔型層級結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)變?yōu)橼呌谄矫婊臋M向結(jié)構(gòu),更多原本并非汽車行業(yè)的參與者參與到行業(yè)中來。這些變化在我們看來實(shí)際已經(jīng)足夠復(fù)雜和“革命”化。不過在本周的Aspencore汽車電子論壇上,我們聽到了另一種有趣的解讀:華域汽車系統(tǒng)高級戰(zhàn)略規(guī)劃經(jīng)理葉海先生,針對智能網(wǎng)聯(lián)汽車市場發(fā)展趨勢的看法是這樣的:
我們首先定義這樣一個(gè)詞匯:robocab,看單詞結(jié)構(gòu),似乎是機(jī)器出租車的意思。其實(shí)際含義是沒有司機(jī)的自動(dòng)駕駛出租車。如果我們拋出這樣一個(gè)問題:將來如果每次出行,都可以采用robocab的方式,而且單次出行成本相較自己開車更低,那么你是否還愿意再買輛車呢?
它總體就是指共享出行,或許這種模式還以其他方式存在,比如說分時(shí)租賃。但它們都同時(shí)指向:或許我們未來的生活不止是不需要自己開車,而且還不需要自己買車。我們定義這種服務(wù)為MaaS(Mobility-as-a-Service)。
從葉海提供的數(shù)據(jù)來看,中國在收獲這波趨勢時(shí)顯得格外顯著:“共享出行市場整體規(guī)模將持續(xù)快速增長,2018-2030年年復(fù)合增長率達(dá)到19.61%?!边@個(gè)趨勢的四大驅(qū)動(dòng)力包括了中國的政策(政策對共享出行市場發(fā)展的支持)、資本(各種補(bǔ)貼)、需求(居民共享出行服務(wù)需求增加,包括城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快、限牌和停車位緊張等一些客觀因素)、技術(shù)(核心零部件動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)步,共享汽車成本下降;互聯(lián)網(wǎng)、5G、自動(dòng)駕駛技術(shù)推動(dòng)共享出行行業(yè)發(fā)展)。
如果這個(gè)趨勢或預(yù)言是真的,那么它對整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整,恐怕就不是我們先前討論的那么簡單了。一方面原本與汽車行業(yè)無關(guān)的產(chǎn)業(yè)也會(huì)納入到汽車產(chǎn)業(yè)鏈體系——這個(gè)是我們在先前的文章中不止一次提到的;另一方面,原本OEM廠主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)格局,會(huì)轉(zhuǎn)為第三方平臺(tái)主導(dǎo),比如像滴滴這樣的網(wǎng)約車平臺(tái),或者上汽EVCARD分時(shí)租賃平臺(tái)。
其中第二點(diǎn)大概算得上是相當(dāng)具有沖擊性的一件事。用葉海的話來說,“OEM廠商未來就降維了;價(jià)值發(fā)生轉(zhuǎn)移。擁有車隊(duì)管理能力的公司,未來將在行業(yè)擁有很大的話語權(quán),比如滴滴要求造200萬輛車,這個(gè)需求會(huì)立刻被滿足。”此時(shí),汽車本身成為互聯(lián)網(wǎng)終端,它將與其它互聯(lián)網(wǎng)終端不再有本質(zhì)區(qū)別。
這是個(gè)很有趣的解構(gòu),而且顯得非常大膽。葉海針對MaaS的趨勢,針對Tier 1廠商所提的建議包括有:1.高度關(guān)注MaaS的市場機(jī)會(huì),與出行服務(wù)提供商和OEM探討PMV(Purpose-built Mobility Vehicle)合作機(jī)會(huì),尋求擴(kuò)大單車配套份額,保持業(yè)務(wù)增長——這似乎也是目前華域汽車在智能系統(tǒng)各層級,智能形式系統(tǒng)、智能車身與座艙系統(tǒng),以及智能動(dòng)力與能源管理系統(tǒng)方面多方位的努力。
2.汽車構(gòu)成模塊變化,Tier1供應(yīng)商需要再新的平臺(tái)基礎(chǔ)上探索市場機(jī)遇。大眾將軟件平臺(tái)分成5個(gè)部分,分別是“操作系統(tǒng)和互聯(lián)互通”“智能車身和座艙”“自動(dòng)駕駛”“車輛和能源性能”“服務(wù)平臺(tái)和出行服務(wù)”。這實(shí)際對應(yīng)了上述華域汽車的幾個(gè)方向。3.增加中國市場滲透率,中國汽車市場是全球規(guī)模最大的市場。“2018年,共享汽車數(shù)量增速超過300%,網(wǎng)約車數(shù)量增速88%?!边@應(yīng)對了MaaS這個(gè)模式未來在中國的快速發(fā)展。
不過在討論這么概念化的趨勢以前,還是讓我們來聊聊更具體的問題。在相對具體的建議中,葉海提到了“通過戰(zhàn)略聯(lián)盟、合資合作、收購等方式,完善ADAS能力布局,包括雷達(dá)、攝像頭、激光雷達(dá)、芯片、數(shù)據(jù)融合等,形成個(gè)層次駕駛輔助/自動(dòng)駕駛系統(tǒng)解決方案的提供能力”。
這事實(shí)上就是現(xiàn)在正在發(fā)生的行業(yè)趨勢,尤其是多方案的集成與融合。我們在《構(gòu)建一個(gè)時(shí)代:汽車電子與軟件架構(gòu)的10大趨勢預(yù)測》中提到,中短期來看,車內(nèi)傳感器數(shù)量會(huì)飆升。但如果從長期來看,傳感器數(shù)量增加實(shí)際會(huì)導(dǎo)致物料成本的增加,如何降低成本仍是長期趨勢。外部傳感器,攝像頭+雷達(dá)的融合式解決方案,必然會(huì)統(tǒng)治市場。
在汽車電子論壇上,納瓦電子總經(jīng)理李建林恰好就提到了毫米波雷達(dá)與5G C-V2X的融合,而且也涉及將攝像頭視覺方案融合進(jìn)來?!耙曈X和毫米波雷達(dá)的結(jié)合,是未來很長一段時(shí)間的主流方案。視覺(攝像頭)的好處就在于在70%-80%的情況下效果很好,但一旦離開光源,視覺就成為短板。而毫米波是空氣波,不怎么受到空氣和外界條件的影響。視覺+毫米波雷達(dá)結(jié)合就形成了全天候的方案,這也是市場主流。”
尤其在毫米波應(yīng)用于前向雷達(dá)時(shí),雷達(dá)在很多工作上判斷信息量不夠,需要與視覺相融合?!?018年,我們的交通部針對9米以上長客車,和18噸貨車做出規(guī)定,在24個(gè)月后必須加裝FCW(前方碰撞預(yù)警系統(tǒng))。另外有要求必須支持WiFi、藍(lán)牙,在行業(yè)內(nèi)也得到了極高的認(rèn)可度?!边@實(shí)際上就促進(jìn)了毫米波雷達(dá)的發(fā)展。
“所以國內(nèi)有不少企業(yè)開始從事這一領(lǐng)域。雖然這個(gè)市場的需求量很大,但當(dāng)前的主流市場仍然被國外進(jìn)口占據(jù)。所以在接下來的一段時(shí)間里,我們要做的就是進(jìn)口替代。”李建林表示。
所以在整體方案上,“將MIMO天線技術(shù)與ESPRIT超分辨率算法相結(jié)合,采用復(fù)雜調(diào)試提高抗干擾性;數(shù)字波束賦形和單脈沖解模糊提高角度精度和分辨率;DBSCAN聚類算法與非線性卡爾曼濾波跟蹤算法結(jié)合,精準(zhǔn)計(jì)算出目標(biāo)航跡?!?/p>
但“更高智能的駕駛,光靠傳感器是不行的,因?yàn)閭鞲衅髂軌蚋兄木嚯x畢竟有限。而5G能夠解決更遠(yuǎn)距離的問題,是傳感器探測不到的地方。“但5G做不到的是要用WiFi這樣的網(wǎng)絡(luò)做精確的距離判斷這樣的事,所以“V2X很多時(shí)候解決的是比傳感器長一點(diǎn),比廣域網(wǎng)短一點(diǎn)的問題,當(dāng)5G和傳感器結(jié)合時(shí),才能有更高級別的智能駕駛?!边@里所說“更遠(yuǎn)距離的問題”,比如遠(yuǎn)距離偵測前側(cè)異常、動(dòng)態(tài)地圖實(shí)時(shí)更新、快速可靠地共享傳感器數(shù)據(jù)等。
C-V2X在引入5.9GHz ITS頻段進(jìn)行通訊后,采用設(shè)備與設(shè)備間的直接連接,在不依賴蜂窩運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)的情況下完成通訊,降低時(shí)延。它與毫米波雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)更好的補(bǔ)充。主要體現(xiàn)在:5.9GHz V2X傳輸數(shù)據(jù)信息、毫米波雷達(dá)提供精確的車與車的相對距離、相對速度、位置角度。整個(gè)數(shù)據(jù)層在100ms內(nèi)完成3個(gè)信息的計(jì)算與提供。
“雖然就我們的經(jīng)驗(yàn)來看,融合其實(shí)并不容易,但未來一定是視覺+毫米波雷達(dá)+5G V2X。”李建林表示。
在邁向自動(dòng)駕駛的過程中,除了車載傳感器的融合以外,我們也從Valens汽車電子事業(yè)部高級業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理鄧濤那里,了解了有線連接的融合方案?!败?yán)锩嬗泻芏鄸|西要傳:音頻、視頻、以太網(wǎng)、控制、串口、電源等等。我們把所有這些信號,聚合到一根線上傳。”這實(shí)際就是Valens的HDBaseT車載芯片,通過一根線來實(shí)現(xiàn)智能連接。在高速、低延遲之外,“最小是2Gbps帶寬,4G/8G都有,明年我們會(huì)出16Gbps的”,實(shí)現(xiàn)一根線纜傳輸這么多信號“并不簡單,我們是多點(diǎn)到多點(diǎn)的通信,需要尋址、需要協(xié)議棧,我們將這套方案做好。視頻信號有視頻包頭,音頻信號有音頻包頭,可在10ms以內(nèi)將數(shù)據(jù)直接恢復(fù)出來?!?/p>
這是智能網(wǎng)聯(lián)車發(fā)展時(shí)代下,車內(nèi)組件的集成度、融合性不斷提高的另一個(gè)表現(xiàn)。
車載組件的新要求:存儲(chǔ)器、連接器、采樣電阻
聽聞奔馳很快將在高端車型上大范圍采用Valens支持HDBasedT規(guī)范,以及PCIe(PCIe over HDBasedT)芯片,包括可融合在HDBasedT中的車載以太網(wǎng),這些都表明智能網(wǎng)聯(lián)車僅是內(nèi)部連接的速率就有相較從前高得多的需求。
而連接需求的“高速化”,還能從會(huì)議中兆易創(chuàng)新的車載存儲(chǔ)器上有所體現(xiàn)。兆易創(chuàng)新汽車市場總監(jiān)史有強(qiáng)表示,“自動(dòng)駕駛就是要給車加大量傳感器,汽車從鋼鐵變成智能軟件,我們要給車這個(gè)打機(jī)器人提供眼睛?!?/p>
這是兆易創(chuàng)新的產(chǎn)品GD25LX系列SPI NOR閃存的典型應(yīng)用場景,如上圖所示——“我們剛剛發(fā)布很好地遵守ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品”。這是第一顆國產(chǎn)的高速8口SPI NOR Flash,在體現(xiàn)的高速方面主要包括了400MB/s數(shù)據(jù)吞吐量,“高效XiP(片上執(zhí)行),8口指令輸入,8口DRT傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)”。
智能網(wǎng)聯(lián)車對車載組件的更高要求能夠體現(xiàn)的方面還很多,除了前面兩個(gè)例子中提到的高速化,另外還包括先前我們在文章中反復(fù)在提的可靠性,比工業(yè)環(huán)境更嚴(yán)苛的環(huán)境適應(yīng)性、持久性等等。這些要求在一些更具體的組件之上有更顯著的體現(xiàn),例如連接器。
連接器大概是5G、智能網(wǎng)聯(lián)車乃至IoT時(shí)代,最能體現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)變的某種節(jié)點(diǎn)。來自廣瀨的技術(shù)部資深主管李鋼先生說,ADAS前置攝像頭、環(huán)視/后視攝像頭、毫米波雷達(dá)、LIDAR等的連接器都分別有其特點(diǎn)?!扒爸脭z像頭,目前比較多的是傳感器的電路板和控制板垂直連接,用軟排線;環(huán)視攝像頭尺寸很小,就必須要用到板對板連接器;LIDAR和毫米波雷達(dá)是板對板連接器或者FPC軟排線連接器?!?/p>
“隨著自動(dòng)駕駛等級越來越高,車載攝像頭、毫米波雷達(dá)、LIDAR等傳感器個(gè)數(shù)越來越多?!崩钿摫硎?,F(xiàn)uji Chimera Research數(shù)據(jù)顯示,預(yù)計(jì)到2030年,一輛車的攝像頭數(shù)量就需要達(dá)到10-15個(gè),毫米波雷達(dá)則為4-10個(gè),“芯片處理能力也越來越高。這樣一來,散發(fā)出來的熱也很高。所以對連接器來說,至少需要具備耐高溫、小型的特點(diǎn)?!薄靶⌒突且院驛DAS內(nèi)部元器件的趨勢?!?/p>
“還有車走在陡峭的公路上,對板對板連接器而言,就需要有很可靠的結(jié)構(gòu),我們設(shè)計(jì)帶小型鎖扣的板對板連接器,在公母端有卡扣結(jié)構(gòu),汽車振動(dòng)就不易脫落;對大型板對板連接器而言,帶有高速傳輸功能,設(shè)有電源專用端子的話,就能節(jié)省多pin的信號端子。”
“與此同時(shí),采用浮動(dòng)的這種設(shè)計(jì),一個(gè)板子上就可以裝2、3個(gè)連接器?!边m合計(jì)算功能復(fù)雜,pin數(shù)需求多的主板與副板連接,“而且在裝配的時(shí)候,可以吸收上殼和下殼之間的裝配公差,減少電路板針腳的負(fù)荷?!?/p>
除了連接器之外,電動(dòng)車還對采樣電阻提出了新的需求。伊莎貝棱輝特現(xiàn)場應(yīng)用工程師錢晨棟說:“采樣電阻在汽車中的應(yīng)用非常廣泛,燃油車也需要。從電流采集、電流檢測的角度,一輛車有上百甚至幾百個(gè)部位需要用到采樣電阻。主要應(yīng)用包括BMS(電源管理系統(tǒng))和馬達(dá)控制?!?/p>
在汽車上,采樣電阻一方面用于電流信號檢測采樣,針對電池;另一方面針對馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向,還有汽車空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵、油泵,驅(qū)動(dòng)各種電機(jī)——通過電壓信號采集最終實(shí)現(xiàn)無極控制無極驅(qū)動(dòng)。
“電流采樣有兩種方式,一種是基于分流器的電流檢測;一種是霍爾傳感器?;魻杺鞲衅饔捎诓牧?、制造工藝相對簡單,容易制造,所以它在工業(yè)領(lǐng)域一直有比較廣泛的應(yīng)用。但隨著科技的進(jìn)步,制造一款高性能、高精密的電阻已經(jīng)不是障礙?!?/p>
“現(xiàn)在,分流器、電阻的這種方式,相比霍爾傳感器的優(yōu)勢也越來越明顯,市場采用率也越來越高。霍爾傳感器的主要優(yōu)勢是沒有功率損耗,絕緣耐壓;分流器的信號是小信號,電阻阻值小,最后電壓采樣信號就比較小,對信號而言需要做電路放大——有人也會(huì)把這個(gè)當(dāng)成是分流器的缺點(diǎn),因?yàn)楹罄m(xù)還需要補(bǔ)償和處理。但除此之外,在各方面分流器都有優(yōu)勢,尤其體積小、成本低,而且原理簡單:就是歐姆定律,電流=電壓/電阻?!?/p>
“伊莎貝棱輝特產(chǎn)品最大特點(diǎn)就是溫漂低。”這和合金材料研究是分不開的,“溫漂是什么概念呢?就是隨著電阻阻值變化而變化的值。300ppm是什么概念呢?在100℃溫差下,電阻阻值變化3%。車廠電池包要求精度1%的話,300ppm的分流器就無法滿足要求?!?/p>
除此之外,熱內(nèi)阻(電阻本身會(huì)發(fā)熱,發(fā)熱從中間合金往兩側(cè)端子擴(kuò)散)、功率衰減曲線(端子溫度到某個(gè)值時(shí)出現(xiàn)功率較大程度衰減)、長期穩(wěn)定性(使用時(shí)間久時(shí),阻值發(fā)生變化)、銅熱電動(dòng)勢(不同材料,銅材和非銅材有溫差時(shí),產(chǎn)生電壓)都是采樣電阻需要重點(diǎn)考量的參數(shù)。它們在電動(dòng)車上會(huì)顯現(xiàn)出尤為顯著的地位。
針對汽車電子的測試方案
在智能網(wǎng)聯(lián)車出現(xiàn)大量新標(biāo)準(zhǔn),以及新技術(shù)時(shí),測試方案也在發(fā)生變化。前不久我們才報(bào)道了是德科技針對車載以太網(wǎng)的測試方案,以及是德科技最新推出的車載網(wǎng)絡(luò)安全測試——這也是未來智能網(wǎng)聯(lián)車發(fā)展到一定程度時(shí)避不開的話題。這次,是德科技數(shù)字應(yīng)用市場與業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理黃騰分享了是德科技在汽車電子中的總線測試解決方案。
“汽車正快速向今天的手機(jī)方向發(fā)展,全球的技術(shù)、接口、總線等。”黃騰實(shí)際主要分享了USB、MIPI和通用串行數(shù)據(jù)分析。這里僅談一談MIPI。
“這是MIPI物理層的特點(diǎn)。這是一種中間狀態(tài)的總線,有點(diǎn)DDR又有點(diǎn)USB的特點(diǎn)。在Low Power和High Speed模式間切換。進(jìn)行MIPI測試時(shí),需要考慮可測試的問題,在接收端留測試點(diǎn),信號方面盡量留地,測試時(shí)才能保證信號是你想看到的信號。”
“主板以前有很多分立器件,現(xiàn)在都是大規(guī)模集成電路?,F(xiàn)在只考慮PCB有沒有問題,連接器有沒有問題。測試比例已經(jīng)比較少了,很多時(shí)候是做一致性驗(yàn)證、測量、分析。所以示波器三大用處,第一是通用信號調(diào)試;第二是一致性測試(把系統(tǒng)當(dāng)成一個(gè)黑盒)及眼圖和抖動(dòng)測試與調(diào)試;第三,將示波器當(dāng)作數(shù)字接收器(雷達(dá)和相干光通信)?!秉S騰說。
而艾德克斯技術(shù)工程師張彬,則相對系統(tǒng)地分享了艾德克斯的汽車電子的測試解決方案。汽車電子抗干擾性驗(yàn)證測試,主體上包括了汽車引擎啟動(dòng)時(shí)電壓擾動(dòng)的仿真測試,測試方案上是仿真汽車引擎啟動(dòng)電壓波形,檢測DUT(被測器件)啟動(dòng)時(shí)和啟動(dòng)后特性;汽車電子復(fù)位功能測試,仿真不同的電壓驟降曲線,檢驗(yàn)對不同電壓驟降時(shí)DUT的復(fù)位性能;熔斷器熔斷測試,模擬汽車電路中,另一電路內(nèi)的常規(guī)熔斷器組件熔化時(shí),電壓跌落引起對汽車電子的影響;針對新能源汽車的LV123,新能源汽車高壓部位供電可靠性測試等等。
而在汽車電源系統(tǒng)會(huì)使用電源芯片或電源模塊進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換,為電動(dòng)車儀表系統(tǒng)、指紋鎖、EPS電動(dòng)助力系統(tǒng)等汽車電子設(shè)備供電。除了輸入端的抗干擾測試,輸出端也需要對真實(shí)用電設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行模擬測試。比如車燈控制模塊測試、電動(dòng)車窗防夾功能測試,還有如激光雷達(dá)對電流沖擊敏感,直流電源啟動(dòng)瞬間會(huì)有很大電流過沖,過沖較大會(huì)擊穿激光雷達(dá),所以要進(jìn)行激光傳感器供電測試……
隨智能網(wǎng)聯(lián)車自動(dòng)化、智能化程度越高,就會(huì)有更多的控制模塊、傳感器和電機(jī),這些都是汽車電子測試中的典型測試對象。除此之外,還有包含低功耗供電測試(設(shè)備通常處于空閑或休眠模式,僅在需要時(shí)才激活工作狀態(tài)的)、充電樁/車載充電機(jī)測試(充電輸出測試、低壓輔助電源測試、諧波電流測試等)。
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