芯耀
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送走2023，迎來(lái)2024，勢(shì)必要反思一下ADAS（高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)）和AD（自動(dòng)駕駛）技術(shù)的發(fā)展，更要展望一番汽車(chē)領(lǐng)域新的應(yīng)用方向。
ADAS能夠?yàn)轳{駛員的駕駛提供輔助，同時(shí)消除可能的人為誤差。ADAS使用各種傳感器收集的數(shù)據(jù)來(lái)感知車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境，為駕駛員提供信息或在必要時(shí)采取行動(dòng)。ADAS功能包括盲區(qū)檢測(cè)、兩側(cè)來(lái)車(chē)預(yù)警和前車(chē)碰撞預(yù)警等，這些功能的重點(diǎn)是確保駕駛員安全。
簡(jiǎn)而言之，ADAS就是確保駕駛過(guò)程的安全，避免潛在的危險(xiǎn)，從而減少交通事故的發(fā)生。至于AD嘛，還有很長(zhǎng)的路要走。
實(shí)現(xiàn)ADAS或AD的技術(shù)手段可以說(shuō)是多種多樣，之所以如此，是因?yàn)槊糠N感知技術(shù)都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，融合互補(bǔ)才能相得益彰，相關(guān)市場(chǎng)也因此而呈現(xiàn)多樣化的景象。
自動(dòng)駕駛比人們最初想象的困難得多
自動(dòng)駕駛的分級(jí)是由美國(guó)交通部下屬NHSTA（國(guó)家高速路安全管理局）和國(guó)際汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)共同制定的。其中，NHSTA將其分為L(zhǎng)0到L4五個(gè)等級(jí)，而國(guó)際汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)則將其分為L(zhǎng)0到L5六個(gè)等級(jí)。
不管怎么分級(jí)，由于法規(guī)和社會(huì)以及許多技術(shù)方面的原因，事實(shí)已經(jīng)證明，要實(shí)現(xiàn)L4和自動(dòng)駕駛，比人們最初想象的要困難得多。不過(guò)，自動(dòng)駕駛的兩條路線(xiàn)已相當(dāng)明晰——從L2逐步過(guò)渡到L4，或者直接過(guò)渡到L4以上。
2023年5月，NHSTA提議引入一項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)，輕型汽車(chē)和卡車(chē)必須使用AEB（自動(dòng)緊急剎車(chē)系統(tǒng)），同時(shí)嚴(yán)格規(guī)定，即使在黑暗條件下也要能檢測(cè)到行人。這有可能會(huì)改變游戲規(guī)則，因?yàn)槟壳暗腁EB與雷達(dá)和可見(jiàn)光相機(jī)（攝像頭）互相融合得還不錯(cuò)，但這種硬件在黑暗條件下的性能非常低。這意味著車(chē)企可能需要采用另一種傳感器（Thermal camera）——熱像儀來(lái)滿(mǎn)足上述要求。
傳感器應(yīng)用中國(guó)已走在前面
在傳統(tǒng)傳感器與新的傳感器技術(shù)共享市場(chǎng)的當(dāng)下，中國(guó)已走在了ADAS創(chuàng)新的前列，攝像頭模塊新興玩家不斷涌現(xiàn)。
2023年10月，Yole SystemPlus忍不住拆解了中國(guó)的DMS（汽車(chē)駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)），想看看盒子里到底都有什么東西。DMS的應(yīng)用包括駕駛員監(jiān)控，包括嗜睡以及分心檢測(cè)，作用是眼動(dòng)追蹤、視圖追蹤；駕駛員生物特征驗(yàn)證以及手勢(shì)識(shí)別。由于圖像只用于內(nèi)部計(jì)算，DMS不需要高分辨率，永遠(yuǎn)不會(huì)顯示給駕駛員看。
拆解的搭載DMS的車(chē)型有理想L9、歐拉好貓和問(wèn)界M5，安裝位置包括后視鏡上方、駕駛員側(cè)左柱側(cè)擋風(fēng)玻璃。
對(duì)圖像傳感器的分析顯示，2個(gè)傳感器來(lái)自豪威科技，另一個(gè)來(lái)自英飛凌。兩款豪威科技的傳感器分辨率都在2MP左右，并基于幾年前開(kāi)發(fā)的OmniPixel 3-GS（全局快門(mén)）技術(shù)，使用FSI（前側(cè)照明）。這表明，這些車(chē)輛中的駕駛員眼睛跟蹤功能不需要太先進(jìn)的技術(shù)。
問(wèn)界M5中的英飛凌傳感器使用了更新的3D i-ToF（3D間接飛行時(shí)間）技術(shù)，除了視圖跟蹤外，還實(shí)現(xiàn)了手勢(shì)識(shí)別和面部識(shí)別等更復(fù)雜但也不那么重要的功能。這可以被認(rèn)為是一種更豪華的設(shè)計(jì)選擇，而不是嚴(yán)格意義上的安全選擇。
值得注意的是，DMS系統(tǒng)主要依賴(lài)于廉價(jià)的模制塑料透鏡，而不是外部相機(jī)中的磨砂玻璃透鏡。對(duì)于近紅外光源，3個(gè)系統(tǒng)中的2個(gè)（L9和M5）選擇了VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器），比歐拉系統(tǒng)中較便宜的LED光源更昂貴，性能更好。
中國(guó)車(chē)企也在使用本地供應(yīng)商的產(chǎn)品快速部署激光雷達(dá)，2022年中國(guó)激光雷達(dá)制造商控制了73%的市場(chǎng)份額。事實(shí)上，激光雷達(dá)在歐洲幾乎沒(méi)有什么吸引力，主要是因?yàn)闅W洲車(chē)企還沒(méi)有大型項(xiàng)目，市場(chǎng)僅限于高端、低銷(xiāo)量的車(chē)型，主要由法雷奧供應(yīng)。
據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)，美國(guó)、歐洲、日本加韓國(guó)的車(chē)企2023年各自發(fā)布搭載激光雷達(dá)的車(chē)型都在個(gè)位數(shù)，而中國(guó)已經(jīng)和即將發(fā)布的車(chē)型超過(guò)百款。在價(jià)格方面，國(guó)際上的激光雷達(dá)在800-1000美元，中國(guó)是600-800美元。
2023年，與歐洲或美國(guó)車(chē)企發(fā)布的車(chē)型相比，中國(guó)車(chē)企發(fā)布的幾款車(chē)型傳感器數(shù)量也多得多。但由于監(jiān)管方面的問(wèn)題，這些中國(guó)汽車(chē)仍被歸類(lèi)為“脫手”類(lèi)別，和特斯拉一樣。如果法規(guī)發(fā)生變化，有可能會(huì)通過(guò)OTA更新啟用更復(fù)雜的自動(dòng)駕駛應(yīng)用，因?yàn)檫@些車(chē)的傳感器和計(jì)算硬件已經(jīng)預(yù)裝到位。
在無(wú)人駕駛應(yīng)用方面，中國(guó)尚沒(méi)有允許此類(lèi)應(yīng)用的法規(guī)，但中國(guó)的車(chē)企正在開(kāi)發(fā)NOA（自動(dòng)輔助導(dǎo)航駕駛）系統(tǒng)。在世界其他地區(qū)，日本、歐洲（德國(guó)）已經(jīng)實(shí)施了監(jiān)管，英國(guó)和美國(guó)一些州（如加利福尼亞州和內(nèi)華達(dá)州）也在加快監(jiān)管步伐。
中國(guó)正在開(kāi)發(fā)ADAS和AD的新平臺(tái)，將使用越來(lái)越多的傳感器，包括激光雷達(dá)、攝像頭和雷達(dá)。例如，比亞迪的仰望U8 SUV有33個(gè)智能駕駛傳感器，包括3個(gè)激光雷達(dá)、5個(gè)毫米波雷達(dá)和12個(gè)超聲波雷達(dá)及13個(gè)高清攝像頭，可實(shí)現(xiàn)高階智能輔助駕駛，其傳感器數(shù)量幾乎是第四代Waymo robotaxi的兩倍。
汽車(chē)傳感器將向四個(gè)方向大規(guī)模轉(zhuǎn)型
毋庸置疑，電動(dòng)化和ADAS技術(shù)在汽車(chē)中的集成將為半導(dǎo)體傳感器創(chuàng)造巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，特別是伴隨ADAS和AD的發(fā)展，每輛車(chē)的傳感器含量會(huì)不斷增加。
據(jù)Yole Group統(tǒng)計(jì)，2022年全球汽車(chē)市場(chǎng)的傳感器出貨量為54億個(gè)，包括成像傳感器、磁傳感器、MEMS壓力傳感器等，收入為78億美元；預(yù)計(jì)到2028年，全球汽車(chē)傳感器出貨量將增長(zhǎng)至83億個(gè)，市值將達(dá)到140億美元。
自20世紀(jì)半導(dǎo)體開(kāi)始在汽車(chē)中應(yīng)用以來(lái)，傳感技術(shù)的含量一直在增長(zhǎng)。最初是為了優(yōu)化動(dòng)力總成效率，之后越來(lái)越多的安全問(wèn)題使一些傳感器成為強(qiáng)制性配置，如ABS、ESC、安全氣囊等。這些技術(shù)首先進(jìn)入高端汽車(chē)，近年來(lái)，創(chuàng)新已擴(kuò)散到中低端車(chē)型，催生了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)。
時(shí)下，傳感器已成為汽車(chē)創(chuàng)新核心的基礎(chǔ)，Yole認(rèn)為，未來(lái)幾年汽車(chē)行業(yè)預(yù)計(jì)將在四個(gè)方面進(jìn)行大規(guī)模轉(zhuǎn)型：動(dòng)力總成、ADAS和安全、用戶(hù)體驗(yàn)以及車(chē)身和底盤(pán)。
第一個(gè)方面是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。隨著電池容量的增加和開(kāi)發(fā)800V電池的總體趨勢(shì)，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，磁（隔離）技術(shù)在OBC、DC-DC、逆變器和電源模塊中的電流傳感普及率將持續(xù)上升。事實(shí)上，分流傳感器價(jià)格低廉且非常準(zhǔn)確，但沒(méi)有電流隔離。因此，未來(lái)幾年技術(shù)將從分流傳感器轉(zhuǎn)向磁傳感器。
此外，電池必須保持在最佳溫度范圍內(nèi)，以確保更好的性能，并符合安全要求，并提供更長(zhǎng)的使用壽命。為此，將磁性傳感器放置在熱閥上，可以精確控制冷卻/加熱流體的注入。因此，預(yù)計(jì)每輛純電動(dòng)汽車(chē)的傳感器（純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)專(zhuān)用傳感器）含量將從2022年的4.3美元增長(zhǎng)到2028年的6.5美元。
第二個(gè)方面是ADAS和安全性。其中CMOS圖像傳感器有望繼續(xù)發(fā)展，以增加每秒幀數(shù)、動(dòng)態(tài)范圍和溫度耐受性。雖然這不是一個(gè)重大的技術(shù)變化，但主要是為了滿(mǎn)足Tier 1和車(chē)企的需求。
雷達(dá)傳感器的發(fā)展方興未艾，下一個(gè)重大變化在于引入4D成像雷達(dá)，以實(shí)現(xiàn)低于1°的角分辨率，這是傳統(tǒng)3D雷達(dá)所無(wú)法企及的。這一技術(shù)的發(fā)展與MIMO（多進(jìn)多出）技術(shù)的進(jìn)展關(guān)系很大，能夠在保持雷達(dá)合理物理尺寸的同時(shí)增加虛擬孔徑。
與圖像傳感器（攝像頭的重要組成部分）和雷達(dá)相比，激光雷達(dá)技術(shù)還很年輕，但其變化多端。激光雷達(dá)的主要改進(jìn)與其可以探測(cè)的距離有關(guān)。使用不同類(lèi)型的激光器，如EEL（邊發(fā)射激光器）、VCSEL或光纖。不過(guò)，主要的改進(jìn)都與接收器有關(guān)，技術(shù)上正在從APD（雪崩光電二極管）過(guò)渡到更靈敏的SPAD（單光子雪崩二極管）和SiPM（硅光電倍增管），這將導(dǎo)致每輛車(chē)的ADAS和安全傳感器含量從2022年的45美元增長(zhǎng)到2028年的87美元。
第三個(gè)方面是用戶(hù)體驗(yàn)。多年來(lái)，車(chē)企為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化，不斷增加各種功能，車(chē)內(nèi)舒適度也在日益提高。在自動(dòng)駕駛的推動(dòng)下，駕駛員和乘客將需要更多的娛樂(lè)，但預(yù)計(jì)不會(huì)有真正的突破性技術(shù)，更多的傳感器主要用于舒適性應(yīng)用。例如，MEMS傳感器用于改善電話(huà)通話(huà)和噪音消除應(yīng)用；電容式傳感器將取代物理按鈕；雷達(dá)用于乘客監(jiān)控。此外，環(huán)境傳感器將成為改善艙內(nèi)空氣質(zhì)量的關(guān)鍵器件。這些方面的傳感器的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)10%，2028年將超過(guò)29億美元。
第四個(gè)方面是車(chē)身和底盤(pán)。這一方面的主要?jiǎng)?chuàng)新將圍繞制動(dòng)和線(xiàn)控驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，以去除汽車(chē)的液壓部件。其中，磁性傳感器對(duì)于踏板位置感測(cè)和電機(jī)位置監(jiān)測(cè)至關(guān)重要；此外，智能胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊將逐步采用，不僅可以測(cè)量輪胎壓力，還可以向主處理單元提供有關(guān)輪胎質(zhì)量、天氣狀況和汽車(chē)負(fù)載的重要信息；其他應(yīng)用還包括監(jiān)測(cè)駕駛員在座椅上的位置，并在長(zhǎng)途旅行中隨著時(shí)間的推移稍微調(diào)整其位置。車(chē)身和底盤(pán)的復(fù)合年增長(zhǎng)率為7%，預(yù)計(jì)2028年的收入將接近14億美元。
2024：所有車(chē)企的戰(zhàn)略之年
盡管半導(dǎo)體對(duì)汽車(chē)行業(yè)正在進(jìn)行的顛覆性轉(zhuǎn)型至關(guān)重要，但大多數(shù)參與者，無(wú)論是車(chē)企還是Tier 1，都還沒(méi)有明確的半導(dǎo)體戰(zhàn)略，還需要用半導(dǎo)體技術(shù)和供應(yīng)鏈方面的專(zhuān)門(mén)知識(shí)來(lái)武裝自己。如果車(chē)企要涉足半導(dǎo)體，需要優(yōu)先考慮ECU等重要部件，并與制造商和代工廠建立新的關(guān)系。至于各種傳感器，還是應(yīng)該交給專(zhuān)業(yè)的半導(dǎo)體廠商和系統(tǒng)集成商去做。
總之，ADAS和AD加上電動(dòng)化，將在未來(lái)幾年改變汽車(chē)傳感器的行業(yè)格局，預(yù)計(jì)該行業(yè)及其供應(yīng)鏈將進(jìn)行重大重組。因此，現(xiàn)在是制定戰(zhàn)略商業(yè)計(jì)劃并與合適的合作伙伴合作的時(shí)候了。
