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软件定义下的汽车“芯”思路

来源:荣格-《国际汽车设计与制造》 发布时间:2021-09-02 695
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激光雷达、创新传感器解决方案、仿真测试等能给自动驾驶带来哪些助力?无线充电技术、第三代半导体又能给汽车行业带来哪些新的生态?本期报道,或许能给读者带来一些“芯”思路。

随着汽车电气化、智能网联化的发展,传统的汽车行业不再囿于机械加工的围栏,正在和越来越多的行业进行着深度的融合,“四个轮子的手机”将软件定义下的汽车贴切描述。苹果、小米等传统消费电子领域的巨头纷纷加码“跑步”进入汽车行业,以期能够尽早布局占据高地。激光雷达、创新传感器解决方案、仿真测试等能给自动驾驶带来哪些助力?无线充电技术、第三代半导体又能给汽车行业带来哪些新的生态?本期报道,或许能给读者带来一些“芯”思路。

仿真测试是自动驾驶测试的省钱利器

随着技术的发展,自动驾驶面临着一些变化的趋势。首先,电子电气结构从原来的传感器都有ECU,到后续都用中央域控制器进行处理;第二,目前法规还不是特别完善,带来很多新的测试需求和测试挑战;第三,软件定义汽车使得软件的投入和软件的测试显得非常重要;AI和深度学习的发展,可以通过真实的道路场景,不断优化ADAS的算法,可以更好地识别目标物,从而提升安全。


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汽车系统复杂性增加、测试需求变化非常快、测试时间被压缩等都对自动驾驶带来了挑战。“从L2到L3再到更高级别的L4,所需要测试的场景数量呈几何倍数的增长,复杂性也随之增加。这正是自动驾驶测试挑战大的根源。”NI资深汽车行业客户经理郭堉表示。


目前,消费者对自动驾驶安全性还是有存很大的疑虑,需要更多真实的场景不断地训练算法,但部署车队去跑真实的道路要花费的成本和时间无法想象,仿真测试应运而生。


自动驾驶测试大致可以分为三大部分:道路信息,传感器数据采集;数字孪生与仿真测试;硬件在环HIL。其中,数字孪生与仿真测试是最核心的。数字孪生指的是把真实的场景1:1地放在虚拟环境中,生成一个孪生系统。“我们通过monoDrive的工具进行数字孪生,重构一个高保真度的场景,把树叶、栏杆、地面上的标志图形完整地复现出来,还原度非常高。”郭堉说道。


以Waymo为例,其每天要做2000万英里的虚拟测试,至今为止,已经做了超过150亿英里的测试,但是在真实道路上的路测只有2000万英里。通过数据对比可以看出,虚拟测试占比高达约99.9%。可以说,仿真测试为自动驾驶测试节省了非常多的时间和财力成本。

消费电子公司在跑步进入汽车领域


今年3月,艾迈斯半导体与欧司朗的合并动作正式完成,这项业内瞩目的合并自带流量。整个业界都在关心这项合并背后有着怎样的逻辑?合并后的新集团在诸多产业革新,例如未来智能驾驶领域又将给业界带来怎样的支持?


艾迈斯欧司朗市场与业务发展总监金安敏在演讲的时候表示,首先,合并后两家业务分布更加均衡。合并前,欧司朗在汽车行业深耕多年,聚焦光源技术,艾迈斯半导体则在消费电子领域颇有建树。合并后的艾迈斯欧司朗60%的业务比重是汽车、工业、医疗业务,合起来叫AIM业务,其余40%比重是消费业务。在消费、汽车、工业等行业的平衡布局,也让艾迈斯欧司朗呈现更稳健的发展格局。


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其次,两者优势产品完美互补,自成闭环光学系统。金安敏介绍,在整个光学系统中核心技术在发射器、光学元器件和微型模组、探测器以及相应的算法软件这4个方面。合并前,艾迈斯半导体更多专注于传感器和光学元器件,其在定制电路以及特定算法上也有较多积累。欧司朗则更聚焦于发射器,例如LED、在激光雷达里面会广泛使用的边发射EEL以及传统光源。合并后的艾迈斯欧司朗则能为客户提供整个光学系统的所有部件,在产品和技术层形成了一个完整闭环。


“从2020年底以来,汽车变得非常火热,很多消费电子的公司都在跑步进入汽车领域。但同时,我们也看到汽车在智能化方面遇到的挑战不少。”他说道,“对于汽车智能化,我们也在进行研发并且提供相应的技术方案。”


在自动驾驶方面,金安敏坦言,就硬件而言,激光雷达是最后还未啃下的一块“骨头”。由于还没有迎来大规模装车,激光雷达的成本一直降不下来。“马斯克一直强调不需要激光雷达,应用车载摄像头就可以完成自动驾驶任务。但目前业界普遍认为,要真正实现L4、L5的自动驾驶,肯定是要用到激光雷达、毫米波雷达和车载摄像头的结合。预计在接下来3~5年,激光雷达会进入车载的爆发期。”


走进无线充电3.0时代

早在1893年,特斯拉通过两个线圈点亮了一盏灯,用的就是无线充电的技术,这是可追溯到的无线充电的起源,距今有了一个多世纪。据伏达半导体无线充电事业部副总裁李锃介绍,目前无线充电的基本原理还是没有变:发射线圈通过感应交流的电流产生交变的磁场,在接收线圈里面提供无线电能传输。2008年,WPC(无线充电联盟)统一了制造了无线充电的规范,具备无线充电功能的电子设备都遵循这一规范。


目前无线充电技术发展主要聚焦在如何让无线充电更快以及让无线充电更自由。除了这两条“跑道”,无线充电的生态也在发展,除了家居、车载,耳机、手表、闹钟和音响都集成无线充电。


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伏达半导体从一开始做无线充电,聚焦无线快充,无线充电功率从2019年20W发展到今年80W。近些年,伏达半导体致力于研发和开发有线快充芯片,去年30W、40W的电荷泵芯片已经面世,在今年6月又发布了一款高达100W的有线快充芯片。据悉,这款芯片的发射效率非常高,传输效率可以达到98%。除了无线充电、有线充电以外,伏达半导体的业务还包括电荷泵、汽车无线充电,以及特色定制方案等。


李锃还透露了即将发布的搭载伏达无线充电产品的首款国产车载无线充电解决方案,据悉,这是业界最高输出功率50W的无线充电发射盘,其效率达到80%,同时符合车载专用AEC-Q100认证。借助SmartBridge方案,该无线充电发射盘可以提供更好的EMI以及更安全可靠的系统。

低碳互联时代的第三代半导体


“系统能效每提升1个百分点,都是对应用创新的一大挑战。在当今的低碳互联时代,英飞凌是唯一一家在电力全产业链上提供能效解决方案的半导体公司,致力于发挥第三代半导体技术的潜力与优势,在发电、输电、储能以及用电等各个环节提升整体系统的能效。现在只要用手机,基本上就已经在跟第三代半导体打交道了。”演讲开始,英飞凌电源与传感系统事业部市场总监程文涛如是说道。


第三代半导体代表性的材料就是碳化硅和氮化镓,2018年,特斯拉在发布新车型Model3的时候表示已经开始在汽车上用碳化硅作为逆变器器件的基材,引领了第三代半导体大规模应用的潮流。据悉,传统的硅基半导体有明确的物理极限,大概是0.4Ωmm2,第三代半导体会一直沿着降低导通损耗继续发展。除了效率提升外,使用第三代半导体材料还可以让产品越做越小。例如我们现在手机用的快充,功率有的已经达到100W以上,这在十年前无法想象。


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虽然有一些公司成立之初就专攻第三代半导体,但目前业界普遍认为第三代半导体并非是为为了取代硅基半导体。在程文涛看来,由于成本原因,第三代半导体的替代愿景在短期内难以实现。


英飞凌在汽车电子和功率半导体领域稳居全球市场首位,在微控制器市场则位列全球第三名。对于第三代半导体未来能够能发力的领域,程文涛看好光伏行业。“目前太阳能发电、新能源的生产成本已经接近化石能源,可以预见,光伏产业会迎来爆发式增长。当然,除了能效,能源转换的可靠性也是非常重要的。”除了发电领域和用电量巨大的行业,第三代半导体是最先被考虑使用的。此外,5G、快充等新兴领域也将会有越来越多第三代半导体的身影。


来源:荣格-《国际汽车设计与制造》


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