汽車的傳感器、線纜、存儲器、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，我們會“推測”這些趨勢對汽車整
個行業(yè)結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生怎樣革命性的影響。對于自動駕駛、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接懽疃嗟模峙率羌夹g(shù)本身的革新，以及這些技術(shù)對汽車整個垂直產(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，我們會“推測”這些趨勢對汽車整個行業(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詞匯：robocab，看單詞結(jié)構(gòu)，似乎是機器出租車的意思。其實際含義是沒有司機的自動駕駛出租車。如果我們拋出這樣一個問題：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，比如說分時租賃。但它們都同時指向：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@個趨勢的四大驅(qū)動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、自動駕駛技術(shù)推動共享出行行業(yè)發(fā)展)。
如果這個趨勢或預(yù)言是真的，那么它對整個汽車產(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)也會納入到汽車產(chǎn)業(yè)鏈體系——這個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，會轉(zhuǎn)為第三方平臺主導(dǎo)，比如像滴滴這樣的網(wǎng)約車平臺，或者上汽EVCARD分時租賃平臺。
其中第二點大概算得上是相當(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;價值發(fā)生轉(zhuǎn)移。擁有車隊管理能力的公司，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，這個需求會立刻被滿足。”此時，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的市場機會，與出行服務(wù)提供商和OEM探討PMV(Purpose-built Mobility Vehicle)合作機會，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)商需要再新的平臺基礎(chǔ)上探索市場機遇。大眾將軟件平臺分成5個部分，分別是“操作系統(tǒng)和互聯(lián)互通”“智能車身和座艙”“自動駕駛”“車輛和能源性能”“服務(wù)平臺和出行服務(wù)”。這實際對應(yīng)了上述華域汽車的幾個方向。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?！?018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，形成個層次駕駛輔助/自動駕駛系統(tǒng)解決方案的提供能力”。
這事實上就是現(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)建一個時代：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)量會飆升。但如果從長期來看，傳感器數(shù)量增加實際會導(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?！?/p>
尤其在毫米波應(yīng)用于前向雷達(dá)時，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，因為傳感器能夠感知的距離畢竟有限。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很多時候解決的是比傳感器長一點，比廣域網(wǎng)短一點的問題，當(dāng)5G和傳感器結(jié)合時，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、動態(tài)地圖實時更新、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，在不依賴蜂窩運營網(wǎng)絡(luò)的情況下完成通訊，降低時延。它與毫米波雷達(dá)可以實現(xiàn)更好的補充。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。整個數(shù)據(jù)層在100ms內(nèi)完成3個信息的計算與提供。
“雖然就我們的經(jīng)驗來看，融合其實并不容易，但未來一定是視覺+毫米波雷達(dá)+5G V2X?！崩罱直硎尽?/p>
在邁向自動駕駛的過程中，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。“車?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?！边@實際就是Valens的HDBaseT車載芯片，通過一根線來實現(xiàn)智能連接。在高速、低延遲之外，“最小是2Gbps帶寬，4G/8G都有，明年我們會出16Gbps的”，實現(xiàn)一根線纜傳輸這么多信號“并不簡單，我們是多點到多點的通信，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)展時代下，車內(nèi)組件的集成度、融合性不斷提高的另一個表現(xiàn)。
車載組件的新要求：存儲器、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”，還能從會議中兆易創(chuàng)新的車載存儲器上有所體現(xiàn)。兆易創(chuàng)新汽車市場總監(jiān)史有強表示，“自動駕駛就是要給車加大量傳感器，汽車從鋼鐵變成智能軟件，我們要給車這個打機器人提供眼睛?！?/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時代，最能體現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)變的某種節(jié)點。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?！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等傳感器個數(shù)越來越多?！崩钿摫硎?，F(xiàn)uji Chimera Research數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2030年，一輛車的攝像頭數(shù)量就需要達(dá)到10-15個，毫米波雷達(dá)則為4-10個，“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?！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，采用浮動的這種設(shè)計，一個板子上就可以裝2、3個連接器?！边m合計算功能復(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。”
除了連接器之外，電動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、電動助力轉(zhuǎn)向，還有汽車空調(diào)、風(fēng)機、水泵、油泵，驅(qū)動各種電機——通過電壓信號采集最終實現(xiàn)無極控制無極驅(qū)動。
“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?；魻杺鞲衅饔捎诓牧稀⒅圃旃に囅鄬唵?，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?；魻杺鞲衅鞯闹饕獌?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——有人也會把這個當(dāng)成是分流器的缺點，因為后續(xù)還需要補償和處理。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(端子溫度到某個值時出現(xiàn)功率較大程度衰減)、長期穩(wěn)定性(使用時間久時，阻值發(fā)生變化)、銅熱電動勢(不同材料，銅材和非銅材有溫差時，產(chǎn)生電壓)都是采樣電阻需要重點考量的參數(shù)。它們在電動車上會顯現(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，測試方案也在發(fā)生變化。前不久我們才報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方向發(fā)展，全球的技術(shù)、接口、總線等?！秉S騰實際主要分享了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。這是一種中間狀態(tài)的總線，有點DDR又有點USB的特點。在Low Power和High Speed模式間切換。進(jìn)行MIPI測試時，需要考慮可測試的問題，在接收端留測試點，信號方面盡量留地，測試時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。現(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，很多時候是做一致性驗證、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)成一個黑盒)及眼圖和抖動測試與調(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)。”黃騰說。
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證測試，主體上包括了汽車引擎啟動時電壓擾動的仿真測試，測試方案上是仿真汽車引擎啟動電壓波形，檢測DUT(被測器件)啟動時和啟動后特性;汽車電子復(fù)位功能測試，仿真不同的電壓驟降曲線，檢驗對不同電壓驟降時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，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)會使用電源芯片或電源模塊進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，為電動車儀表系統(tǒng)、指紋鎖、EPS電動助力系統(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，直流電源啟動瞬間會有很大電流過沖，過沖較大會擊穿激光雷達(dá)，所以要進(jìn)行激光傳感器供電測試……
隨智能網(wǎng)聯(lián)車自動化、智能化程度越高，就會有更多的控制模塊、傳感器和電機，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，僅在需要時才激活工作狀態(tài)的)、充電樁/車載充電機測試(充電輸出測試、低壓輔助電源測試、諧波電流測試等)。
