随着物联网、5G、人工智能等技术的发展,传统的汽车产业正快速的转向智能化、网联化、电动化。因此也涌现出了一大批的新能源汽车、智能汽车初创企业,比如蔚来汽车、小鹏汽车、威马等等企业。与此同时,大众、宝马、通用等众多的传统车企也开始快速跟进。汽车市场对于半导体的需求也是越来越大,半导体在整车成本当中的占比也是越来越高。
数据显示,2017年全球汽车电子市场规模达到了1435.4亿美元,同比增长9.5%,预计未来5年将保持8.2%的年平均复合增长率。随着汽车电子市场的增长,2017年全球汽车半导体市场的规模也已超过了360亿美元。近年来都保持在9%左右的增长速度。到2025年每辆智能汽车当中的电子元器件成本占比将达到整车成本的40%,到2030年占比将进一步提高到50%。
这也使得越来越多的半导体芯片厂商,开始大举杀入汽车电子市场。2016年10月,手机芯片大厂高通正式宣布470亿美元收购车用芯片大厂恩智浦半导体(可惜失败了);2016年11月,手机芯片大厂联发科也宣布进军车用芯片市场;此前在汽车电子市场影响力有限的英特尔,2017年也宣布以153亿美元价格收购ADAS(辅助驾驶)技术大厂Mobileye,希望借此开拓汽车市场。类似的例子其实还有很多。
作为业界知名的模拟信号、混合信号和数字信号处理芯片厂商,ADI也很早就切入了汽车电子市场,并且正凭借越来越丰富的产品组合,提供更加全面的解决方案。
据ADI中国汽车电子事业部资深战略与业务发展经理陈晟介绍,早在上世纪90年代,ADI就进入了汽车电子市场,并且第一次把半导体微机械技术应用到了汽车安全气囊传感器里。经过几十年的发展,以及相关的并购,ADI已经在汽车电气化、智能驾驶座舱、自动驾驶三大方向有了相当深厚的积累。
“这些技术以及方向的实现需要依靠大量高精度的传感和测量,高精度传感能够把这些信号测量出来,然后翻译或转译成一个计算能够处理的信号,这实际上就是自动驾驶、智能驾驶座舱、汽车电气化背后一个非常重要的基础性工作。所以,ADI这样的公司及其技术是整个行业不可或缺的。”陈晟还表示:“目前电动汽车,主要面临成本、里程及安全方等面的问题,我们ADI现在提供的方案就是为了解决这些问题。”
一、BMS解决方案
首先,在电气化方面,ADI在汽车电池管理方面已经有近22年的积累。在传统的燃油车上,其铅酸电池也需要强大的电池管理,因为它需要反复做充放电的动作,同时又要监控铅酸电池的健康状态。现在这块在市面上,不管是国内还是国外ADI的方案占据很大的市场。
而除了ADI本身几十年的积累之外,2016年ADI收购的Linear,之前就在中国的锂电池电源管理领域深耕了超过十年。
“我们成功的把这些技术运用到车上,现在市场上在国内路面上跑的大部分的汽车上面,很大比例都是我们的锂电池管理芯片。这是非常惊人的数字,可以说我们的BMS伴随着中国新能源汽车发展的历程,非常不容易。”
在具体BMS解决方案方面,ADI已经有了五代产品,未来一两年内还会推出第六代产品,锂电池的电池管理的精度将更高,能够做到在长达十年的使用过程中,而且不论是如何复杂的工况之下,精度都可以控制在非常小的波动范围内。可以帮助车厂及电池供应商能够大胆使用它的电池容量,而不会因为精度不够而缩手缩脚。
特别值得一提的是,在两年前,ADI还推出了一个创新的方案——无线BMS,这是业内的一个创举。
现在BMS系统需要大量线缆进行连接,特别在通信方面,而这些线缆的连接增加了很多人工成本的负担,且降低了生产效率,同时可能对系统可靠性的要求会非常高。
而无线BMS能够带来很多的好处,比如可以减少线缆数量,使得内部更加的简洁。而且随着线缆的大幅减少,也可降低整车的重量,提升续航能力。同时,还能够提升生产效率,降低系统的复杂度,增加系统的可靠性。
二、电机/电驱动传感器
在电机和电驱动领域,ADI也有很深的造诣。目前市面上绝大部分新能源汽车都在用ADI电机的传感器。这个传感器看似很不起眼,但精度上任何一点点的偏差或者是精度不够,都会导致输出功率的损失。
三、隔离技术
另外,ADI还有一个隔离技术。隔离,看起来不是很起眼的东西,但它跟整车安全以及用户的安全息息相关。而且它在提供安全措施的同时,还能有效的让信号高速通过相关的隔离通道。
“我们的隔离技术是非常先进的,我们是用半导体工艺把两个变压器的线圈蚀刻在芯片里面,用它来做隔离,这是非常了不起的一项创举。”陈晟总结到。
四、电子座舱相关解决方案
目前汽车电子座舱方面,ADI主要的产品还是关注于音频和视频两个方向。
音频DSP和A2B音频总线
在音频方面,ADI有音频的数字信号处理器产品,目前市面上绝大多数中高端豪华轿车里面的数字音响功放里都用了ADI的DSP处理器。
除了为车内娱乐系统提供音频信号处理之外,新能源汽车还有个最大问题,就是太安静。
陈晟表示,“如果电动汽车太安静,那么它就可能会悄无声息的出现在你的背后,悄无声息的超过你的汽车,你却浑然不知,这是一个很大的安全隐患。比如美国的很多法规要求在纯电动汽车上必须要外放的喇叭,然后放出不同的声音来提醒路人。”
对此,ADI也有针对“电动汽车警示音系统”(EVWSS)的DSP芯片,可产生一系列旨在提醒行人的声音。
另一方面,不少汽车司机还是喜欢传统汽车那种在听觉上的体验,比如法拉利或保时捷启动或加速时的轰鸣声。同样,通过电动汽车的音频系统,也能够做到各种不同声音外放。此外,陈晟还介绍了一个很新有趣的应用——车内卡拉OK,“这个功能许多消费者很喜欢,我们可以提供基于ADI音频DSP的解决方案。”
ADI的另外一个音频技术产品就是A2B音频总线。目前ADI的A2B技术,已推广到全球90%的车厂。
所谓A2B,像高速公路的中心,上面可以连接很多站点,然后车子的信息流可以随时上去,然后通过这个高速公路传到任何一个想传递的节点中去。但是这个高速公路只有一根线,所以它的流量非常大,用一根线把车辆所有相关音频硬件全部连接在一起,让他们互相之间可以任意地进行通信,这就是A2B的概念。
而在实际应用当中,从车机连出来的串行总线,直接连了音频的麦克风阵列,可实现语音识别,还可以用它实现指向性,比如主驾驶位和副驾驶位不同音区的独立性,都是可以通过音频总线和DSP算法实现的。音频节点通过固定延迟可以做高级的音频算法。比如做回声消除,把功放里的音乐消掉,可以利用延迟把功放的信号取出来,在车机端消除掉。主动降噪这部分,比如车门的位置有主动降噪的麦克风,就配合功放来做ANC的算法;还有感知路噪的加速度传感器(支持A2B接口)去检测车辆行驶的振动,可以配合音频总线做RNC路噪消除。
A2B所带来的好处是,可降低布线难度,减少线缆减重,降低成本,同时能大大降低整个系统设计的复杂性。另外它还支持高级音频算法。
值得一提的是,今年2月1日,ADI宣布中国汽车制造商比亚迪采用ADI公司的汽车音频总线(A2B)及SHARC数字信号处理器(DSP),打造能效更高、更节能环保的汽车平台,提升驾乘人员的沉浸式车载音频信息娱乐体验。
C2B视频总线
在视频方面,ADI也有C2B视频总线技术。目前在辅助驾驶/自动驾驶以及车内智能化等方面,摄像头几乎是必不可少,而且需要的数量也是非常大(比如Mobileye的新的自动驾驶方案就用到了12个摄像头),随着摄像头数量的增多,成本的增加也非常可观。
另外,目前高清视频都是用同轴线来传,它的缺陷是弯折的程度有限制,而且它的重量都比较高,成本也会高很多,尤其连接器成本高很多。而ADI的C2B视频总线,使用的非屏蔽双绞线传高清视频,可以降低线材成本、连接器的成本,还可以让整车布线很容易,它非常软,做折叠后视镜之类的,把摄像头放在上面很容易实现,对可靠性也有更大的帮助。
C2B的技术特点,模拟总线抗干扰能力很强,它模拟编码,不是数字总线,它线上的信号频率带宽很低,75M的频率带宽。现在有些数字高清上百M甚至上G的信号带宽,这样在高频段会对外有辐射,也更容易受到外界的干扰。
TOF 3D技术
目前在智能手机上TOF 3D技术以及开始被不少高端旗舰手机所应用,比如可以用来刷脸解锁、刷脸支付、3D建模、3D手势交互等待。相对于2D技术来说,ToF是3D技术,抗强光能力强,识别距离远。
近一两年来,TOF 3D技术也开始进入汽车,未来或将会有更多应用。比如,刷脸开车、驾驶员状态监控、手势识别、手势控制等待。
目前ADI已有专门针对新能源汽车的TOF方案。陈晟表示,我们方案的优点是高分辨率的VGA方案,现在市场上主流方案采用的是QVGA方案。
五、汽车主被动安全解决方案
对于汽车来说,安全性是至关重要的,而在汽车安全领域,ADI也拥有着很多的产品与解决方案。
1、自动驾驶解决方案
ADI将自动驾驶解决方案划归在汽车安全方案大类下,对应的是预测性安全方案。
ADI在近两年前发布了一个概念叫Drive360,就是360度自动驾驶,强调ADI在自动驾驶领域能提供异常强大的环境感知力。它包括了ADI的视觉ADAS技术、雷达技术、IMU技术等。
雷达技术
目前在自动驾驶领域,毫米波雷达、激光雷达和摄像头技术是最为关键的三项传感技术。
而ADI在雷达领域有超过15年的历史。24GHz雷达时代,近半数车载雷达模组中有ADI的芯片。现在,ADI也有在做77-79GHz雷达产品。2018年ADI还收购了一家德国工业雷达的方案公司,通过这个技术给大家提供高效率雷达的整体解决方案,而不是器件级解决方案。
除了毫米波雷达之外,面对新兴的激光雷达市场的兴起,早在2016年,ADI就收购了Vescent Photonics,开始重点研发flash雷达和固态激光雷达方案。
视觉ADAS
ADI基于视觉的ADAS方案主要是通过安装后视/前视/侧视摄像头和视觉处理 ECU,来实现多种功能来帮助驾驶员提前防范风险。主要应用包括路线偏差告警(LDW)、远光近光调整(HB/LB)、交通信号识别(TSR)、停车辅助、后视/环视、防撞等。
高精度IMU
对于自动驾驶汽车来说,要实现自动驾驶,还必须要拥有高精度的导航系统和高精度地图来配合,但是当汽车进入隧道等GPS信号弱或者无GPS信号的区域时,就需要依靠IMU(惯性测量单元)来辅助定位。
ADI拥有针对自动驾驶的高性能IMU产品。陈晟透露,其实相当一部分自动驾驶的应用,实际上是把更高端的、更高级的一些行业的需求适当的降低后衍生成针对自动驾驶的IMU。这也是ADI针对未来智能网联领域非常重要的技术。
2、安全气囊传感器
前面我们提到,在上世纪90年代,1993年推出了一款微芯片系统的加速度传感器,专门检测汽车碰撞,并且是第一个把MEMS传感器用在了汽车安全气囊里面的公司。现在,随着辅助驾驶、自动驾驶已经进入这个时代,安全措施也是越来越受到重视。
陈晟表示,安全是ADI非常关注的一个领域,在这个方向是没有止境的一条道路,它永远需要更快的反应速度、更精确的感知能力。这是ADI能够提供的,而且我们很擅长。
3、方向盘传感器
ADI的方向盘传感器,可以检测司机的手是否在方向盘上,甚至左手还是右手在方向盘上。这个产品可以检测驾驶员是否真正接管车辆。另一方面,泊车时方向盘会有大幅度摆动,如果你手伸到方向盘缝隙里面或者其他东西放到空隙里面,会有安全隐患。ADI方向盘检测方案,可以在手或者其他东西放到方向盘空隙时检测到,从而通知ECU让方向盘停止转动,等你把手拿出来后,方向盘再继续工作。
技术的融合将是关键
前面提到了ADI这么多的与汽车电子相关的技术,但是在未来,要想真正实现非常安全的自动驾驶,则需要将更多的技术进行融合。
比如,目前在自动驾驶领域,多摄像头的方案,虽然可以获取的画面更为清晰、信息量更大、更丰富,但是可能会在夜晚、强光、雨雪雾等,影响视觉效果的下出现问题;而毫米波雷达,虽然不受光线、雨雪雾天气等干扰,但是精度相对较低,而且探测距离受到频段损耗的直接制约;激光雷达的优势在于其探测范围更广,探测精度更高,但是其也会受到雨雪雾天气的干扰。
总的来说,每种技术都有它的优缺点,只有当多种技术融合才能获得最佳的效果。所以,我们可以看到目前的自动驾驶汽车都是将以上多种技术融合来使用。
陈晟也表示:“单靠一种技术很难完成未来自动驾驶的平台,因为每个技术都有一些短板,需要大家凑在一起互相取长补短,完成一个完整的拼图,然后给最终的自动驾驶尽可能多的输入,让它能够有尽量准确的判断,这就是融合的目的。未来可能有其他的技术在一起来共同完成自动驾驶。而我们ADI想要做的则是为汽车电子领域带来更多的安全可靠、性能出色的产品。”