汽車的感測器、線纜、儲存器、聯結器、測試方案…進化成什麼樣了

　　對於自動駕駛、ADAS，或者汽車網聯化、電子化、智慧化之類的趨勢，我們日常探討最多的，恐怕是技術本身的革新，以及這些技術對汽車整個垂直產業帶來的影響。當聊到未來高階汽車內部軟體程式碼將達到2-3億行時，我們會“推測”這些趨勢對汽車整個行業結構將產生怎樣革命性的影響。對於自動駕駛、ADAS，或者汽車網聯化、電子化、智慧化之類的趨勢，我們日常探討最多的，恐怕是技術本身的革新，以及這些技術對汽車整個垂直產業帶來的影響。當聊到未來高階汽車內部軟體程式碼將達到2-3億行時，我們會“推測”這些趨勢對汽車整個行業結構將產生怎樣革命性的影響。

　　比如說，產業原本從整車廠到各層級供應商金字塔型層級結構，轉變為趨於平面化的橫向結構，更多原本並非汽車行業的參與者參與到行業中來。這些變化在我們看來實際已經足夠複雜和“革命”化。不過在本週的Aspencore汽車電子論壇上，我們聽到了另一種有趣的解讀：華域汽車系統高階戰略規劃經理葉海先生，針對智慧網聯汽車市場發展趨勢的看法是這樣的：

　　我們首先定義這樣一個詞彙：robocab，看單詞結構，似乎是機器計程車的意思。其實際含義是沒有司機的自動駕駛計程車。如果我們丟擲這樣一個問題：將來如果每次出行，都可以採用robocab的方式，而且單次出行成本相較自己開車更低，那麼你是否還願意再買輛車呢?

　　

　　全球各國對這個問題的回答都不盡相同。不同國家的人，回答“是”和“不是”的比例情況如上圖所示。無論如何，這個答案至少表明了一個問題：如果技術足夠先進，有一半甚至超過一半的人是不願意自己開車的。這種robocab的模式，放到現在比較知名的就是網約車，只不過現在的網約車還有司機在開，robocab可能是沒有司機的網約車。

　　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。我們定義這種服務為MaaS(Mobility-as-a-Service)。

　　從葉海提供的資料來看，中國在收穫這波趨勢時顯得格外顯著：“共享出行市場整體規模將持續快速增長，2018-2030年年複合增長率達到19.61%。”這個趨勢的四大驅動力包括了中國的政策(政策對共享出行市場發展的支援)、資本(各種補貼)、需求(居民共享出行服務需求增加，包括城鎮化程式加快、限牌和停車位緊張等一些客觀因素)、技術(核心零部件動力電池技術進步，共享汽車成本下降;網際網路、5G、自動駕駛技術推動共享出行行業發展)。

　　如果這個趨勢或預言是真的，那麼它對整個汽車產業的結構調整，恐怕就不是我們先前討論的那麼簡單了。一方面原本與汽車行業無關的產業也會納入到汽車產業鏈體系——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廠主導的產業格局，會轉為第三方平臺主導，比如像滴滴這樣的網約車平臺，或者上汽EVCARD分時租賃平臺。

　　其中第二點大概算得上是相當具有衝擊性的一件事。用葉海的話來說，“OEM廠商未來就降維了;價值發生轉移。擁有車隊管理能力的公司，未來將在行業擁有很大的話語權，比如滴滴要求造200萬輛車，這個需求會立刻被滿足。”此時，汽車本身成為網際網路終端，它將與其它網際網路終端不再有本質區別。

　　

　　那麼OEM廠此時的商業模式就要發生重構，“OEM廠商業模式將從賣汽車向提供增值服務、共享服務轉變，買汽車產品的營收佔比縮小。”行業的利潤池分配將發生很大變化，如上圖所示，MaaS到2030年往後，要分得34%的市場利潤。連帶的，就是Tier 1面臨市場規模縮小的大問題。與此同時，如我們先前所說行業從金字塔型轉向更平面化的橫向結構，那麼Tier 1開始需要受到原本不屬於汽車行業的，比如軟體企業的跨界衝擊。

　　

　　在共享出行市場滲透率達到一定程度，社會車輛利用率提升以後，汽車總需求量會開始下降。“預計2035-2040年，社會車輛需求將減少30-50%。”那麼上述各層級變化會得到進一步的加固。不難理解上圖這種結構變化，在最上層的“Vehicle buyer”究竟如何改變產業。

　　這是個很有趣的解構，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.高度關注MaaS的市場機會，與出行服務提供商和OEM探討PMV(Purpose-built Mobility Vehicle)合作機會，尋求擴大單車配套份額，保持業務增長——這似乎也是目前華域汽車在智慧系統各層級，智慧形式系統、智慧車身與座艙系統，以及智慧動力與能源管理系統方面多方位的努力。

　　2.汽車構成模組變化，Tier1供應商需要再新的平臺基礎上探索市場機遇。大眾將軟體平臺分成5個部分，分別是“作業系統和互聯互通”“智慧車身和座艙”“自動駕駛”“車輛和能源效能”“服務平臺和出行服務”。這實際對應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模最大的市場。“2018年，共享汽車數量增速超過300%，網約車數量增速88%。”這應對了MaaS這個模式未來在中國的快速發展。

　　

　　完善ADAS能力佈局：感測器、線纜

　　不過在討論這麼概念化的趨勢以前，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“透過戰略聯盟、合資合作、收購等方式，完善ADAS能力佈局，包括雷達、攝像頭、鐳射雷達、晶片、資料融合等，形成個層次駕駛輔助/自動駕駛系統解決方案的提供能力”。

　　這事實上就是現在正在發生的行業趨勢，尤其是多方案的整合與融合。我們在《構建一個時代：汽車電子與軟體架構的10大趨勢預測》中提到，中短期來看，車內感測器數量會飆升。但如果從長期來看，感測器數量增加實際會導致物料成本的增加，如何降低成本仍是長期趨勢。外部感測器，攝像頭+雷達的融合式解決方案，必然會統治市場。

　　在汽車電子論壇上，納瓦電子總經理李建林恰好就提到了毫米波雷達與5G C-V2X的融合，而且也涉及將攝像頭視覺方案融合進來。“視覺和毫米波雷達的結合，是未來很長一段時間的主流方案。視覺(攝像頭)的好處就在於在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，不怎麼受到空氣和外界條件的影響。視覺+毫米波雷達結合就形成了全天候的方案，這也是市場主流。”

　　尤其在毫米波應用於前向雷達時，雷達在很多工作上判斷資訊量不夠，需要與視覺相融合。“2018年，我們的交通部針對9米以上長客車，和18噸貨車做出規定，在24個月後必須加裝FCW(前方碰撞預警系統)。另外有要求必須支援WiFi、藍芽，在行業內也得到了極高的認可度。”這實際上就促進了毫米波雷達的發展。

　　“所以國內有不少企業開始從事這一領域。雖然這個市場的需求量很大，但當前的主流市場仍然被國外進口占據。所以在接下來的一段時間裡，我們要做的就是進口替代。”李建林表示。

　　

　　李建林向我們詳細闡述了納瓦電子在毫米波雷達模組製造過程中遭遇的各種“坑“，“比如上面這片黑殼，上面是透波的特殊材料，包括一些金屬介質融合在殼中。光這個殼我們就折騰了兩年多，所以成本並沒有想象中那麼低。”以及在訊號處理流程中，納瓦電子在做MCU選擇時總結的各種經驗。

　　所以在整體方案上，“將MIMO天線技術與ESPRIT超解析度演算法相結合，採用複雜除錯提高抗干擾性;數字波束賦形和單脈衝解模糊提高角度精度和解析度;DBSCAN聚類演算法與非線性卡爾曼濾波跟蹤演算法結合，精準計算出目標航跡。”

　　但“更高智慧的駕駛，光靠感測器是不行的，因為感測器能夠感知的距離畢竟有限。而5G能夠解決更遠距離的問題，是感測器探測不到的地方。“但5G做不到的是要用WiFi這樣的網路做精確的距離判斷這樣的事，所以“V2X很多時候解決的是比感測器長一點，比廣域網短一點的問題，當5G和感測器結合時，才能有更高階別的智慧駕駛。”這裡所說“更遠距離的問題”，比如遠距離偵測前側異常、動態地圖實時更新、快速可靠地共享感測器資料等。

　　C-V2X在引入5.9GHz ITS頻段進行通訊後，採用裝置與裝置間的直接連線，在不依賴蜂窩運營網路的情況下完成通訊，降低時延。它與毫米波雷達可以實現更好的補充。主要體現在：5.9GHz V2X傳輸資料資訊、毫米波雷達提供精確的車與車的相對距離、相對速度、位置角度。整個資料層在100ms內完成3個資訊的計算與提供。

　　“雖然就我們的經驗來看，融合其實並不容易，但未來一定是視覺+毫米波雷達+5G V2X。”李建林表示。

　　在邁向自動駕駛的過程中，除了車載感測器的融合以外，我們也從Valens汽車電子事業部高階業務擴充經理鄧濤那裡，瞭解了有線連線的融合方案。“車裡面有很多東西要傳：音訊、影片、乙太網、控制、串列埠、電源等等。我們把所有這些訊號，聚合到一根線上傳。”這實際就是Valens的HDBaseT車載晶片，透過一根線來實現智慧連線。在高速、低延遲之外，“最小是2Gbps頻寬，4G/8G都有，明年我們會出16Gbps的”，實現一根線纜傳輸這麼多訊號“並不簡單，我們是多點到多點的通訊，需要定址、需要協議棧，我們將這套方案做好。影片訊號有影片包頭，音訊訊號有音訊包頭，可在10ms以內將資料直接恢復出來。”

　　

　　所以這套方案支援星形拓撲結構，也支援菊花鏈，“車內的菊花鏈是車廠都很喜歡的，能夠簡化線纜拓撲結構。”實現這套方案的訊號調製方式為PAM16，而且晶片內的DSP可做通道監控，做實時的誤位元速率分析，進行自動調頻，可在PAM16、PAM8、PAM4、PAM2之間切換。

　　

　　在更為具體的應用上，例如“USB以前多連要用Hub，我們的晶片可以直接將裝置都串起來;娛樂系統，也能像這樣連成環，方便地做冗餘方案。”這是簡化佈線與拓撲結構相當實在的例子，如上圖所示，這分別是傳統方案和採用Valens的連線方案。

　　這是智慧網聯車發展時代下，車內元件的整合度、融合性不斷提高的另一個表現。

　　車載元件的新要求：儲存器、 、取樣電阻

　　聽聞賓士很快將在高階車型上大範圍採用Valens支援HDBasedT規範，以及PCIe(PCIe over HDBasedT)晶片，包括可融合在HDBasedT中的車載乙太網，這些都表明智慧網聯車僅是內部連線的速率就有相較從前高得多的需求。

　　而連線需求的“高速化”，還能從會議中兆易創新的車載儲存器上有所體現。兆易創新汽車市場總監史有強表示，“自動駕駛就是要給車加大量感測器，汽車從鋼鐵變成智慧軟體，我們要給車這個打機器人提供眼睛。”

　　

　　“Domain Controller域控的四周包圍著各種各樣的感測器，包括視覺的、毫米波雷達、LIDAR等等，包括DMS(司機狀態監控系統)也都出現了。”史有強表示，“不過現在的汽車，大家都知道速度要求有多高。一些比較新的車，已經採用通屏了。在顯示方面要求很低的時延，其後的技術支撐就必須給力。”

　　這是兆易創新的產品GD25LX系列SPI NOR快閃記憶體的典型應用場景，如上圖所示——“我們剛剛釋出很好地遵守ISO26262標準的產品”。這是第一顆國產的高速8口SPI NOR Flash，在體現的高速方面主要包括了400MB/s資料吞吐量，“高效XiP(片上執行)，8口指令輸入，8口DRT傳輸地址、資料”。

　　

　　IHS Market的預測資料顯示，ADAS儲存市場中SPI NOR始終擁有最大的份額。從兆易創新給出的資料來看，兆易創新目前已經是全球範圍內SPI NOR快閃記憶體的第三大供應商，這也是兆易創新在汽車市場上可預見的機遇和未來。

　　智慧網聯車對車載元件的更高要求能夠體現的方面還很多，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覆在提的可靠性，比工業環境更嚴苛的環境適應性、永續性等等。這些要求在一些更具體的元件之上有更顯著的體現，例如聯結器。

　　

　　

　　廣瀨在展位上展示的聯結器

　　聯結器大概是5G、智慧網聯車乃至IoT時代，最能體現技術轉變的某種節點。來自廣瀨的技術部資深主管李鋼先生說，ADAS前置攝像頭、環視/後視攝像頭、毫米波雷達、LIDAR等的聯結器都分別有其特點。“前置攝像頭，目前比較多的是感測器的電路板和控制板垂直連線，用軟排線;環視攝像頭尺寸很小，就必須要用到板對板聯結器;LIDAR和毫米波雷達是板對板聯結器或者FPC軟排線聯結器。”

　　“隨著自動駕駛等級越來越高，車載攝像頭、毫米波雷達、LIDAR等感測器個數越來越多。”李鋼表示，Fuji Chimera Research資料顯示，預計到2030年，一輛車的攝像頭數量就需要達到10-15個，毫米波雷達則為4-10個，“晶片處理能力也越來越高。這樣一來，散發出來的熱也很高。所以對聯結器來說，至少需要具備耐高溫、小型的特點。”“小型化是以後ADAS內部元器件的趨勢。”

　　

　　“產品需要經過嚴苛的車規級試驗，包括熱老化、熱衝擊實驗。比如我們的板對板小型聯結器產品DF40系列，對應到125，-55~125 2000次迴圈這樣的熱衝擊試驗，仍然保持穩定的接觸電阻。”上面這張圖則是ZE05系列與競品在熱衝擊試驗中的對比。

　　“還有車走在陡峭的公路上，對板對板聯結器而言，就需要有很可靠的結構，我們設計帶小型鎖釦的板對板聯結器，在公母端有卡扣結構，汽車振動就不易脫落;對大型板對板聯結器而言，帶有高速傳輸功能，設有電源專用端子的話，就能節省多pin的訊號端子。”

　　

　　應用免振浮動技術的FX26系列產品在觸點位置的浮動設計，及複合振動測試後，與競品對比接觸電阻變化

　　“與此同時，採用浮動的這種設計，一個板子上就可以裝2、3個聯結器。”適合計算功能複雜，pin數需求多的主機板與副板連線，“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荷。”

　　除了聯結器之外，電動車還對取樣電阻提出了新的需求。伊莎貝稜輝特現場應用工程師錢晨棟說：“取樣電阻在汽車中的應用非常廣泛，燃油車也需要。從電流採集、電流檢測的角度，一輛車有上百甚至幾百個部位需要用到取樣電阻。主要應用包括BMS(電源管理系統)和馬達控制。”

　　在汽車上，取樣電阻一方面用於電流訊號檢測取樣，針對電池;另一方面針對馬達驅動、電動助力轉向，還有汽車空調、風機、水泵、油泵，驅動各種電機——透過電壓訊號採集最終實現無極控制無極驅動。

　　

　　伊莎貝稜輝特取樣電阻展示

　　“電流取樣有兩種方式，一種是基於分流器的電流檢測;一種是霍爾感測器。霍爾感測器由於材料、製造工藝相對簡單，容易製造，所以它在工業領域一直有比較廣泛的應用。但隨著科技的進步，製造一款高效能、高精密的電阻已經不是障礙。”

　　“現在，分流器、電阻的這種方式，相比霍爾感測器的優勢也越來越明顯，市場採用率也越來越高。霍爾感測器的主要優勢是沒有功率損耗，絕緣耐壓;分流器的訊號是小訊號，電阻阻值小，最後電壓取樣訊號就比較小，對訊號而言需要做電路放大——有人也會把這個當成是分流器的缺點，因為後續還需要補償和處理。但除此之外，在各方面分流器都有優勢，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。”

　　

　　上面這張圖是伊莎貝稜輝特的ISA-Weld基於焊接工藝的產品結構。上面那張產品展示圖中的BAS分流器屬於此產品線的Bus-bar連線型(銅排機械連線安裝)產品。除了產品原材料、合金材料、電阻產品結構都由伊莎貝稜輝特自己完成以外(精密合金、精密和功率電阻都是伊莎貝稜輝特的主要業務線)，“最大的特點是TCR溫漂50ppm，行業內沒有其他企業可以做到，同型別的都在200ppm。”其恆定電流可以達到925A。“符合理想的四線制測量方案;使用的原材料也依然是公司的錳鎳銅合金，所以溫度係數低、熱應力小、長期穩定性佳;真空電子束焊接(上圖中的兩條黑線)，緊湊度比鐳射焊接來得更好。”

　　“伊莎貝稜輝特產品最大特點就是溫漂低。”這和合金材料研究是分不開的，“溫漂是什麼概念呢?就是隨著電阻阻值變化而變化的值。300ppm是什麼概念呢?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。”

　　除此之外，熱內阻(電阻本身會發熱，發熱從中間合金往兩側端子擴散)、功率衰減曲線(端子溫度到某個值時出現功率較大程度衰減)、長期穩定性(使用時間久時，阻值發生變化)、銅熱電動勢(不同材料，銅材和非銅材有溫差時，產生電壓)都是取樣電阻需要重點考量的引數。它們在電動車上會顯現出尤為顯著的地位。

　　針對汽車電子的測試方案

　　在智慧網聯車出現大量新標準，以及新技術時，測試方案也在發生變化。前不久我們才報導了是德科技針對車載乙太網的測試方案，以及是德科技最新推出的車載網路安全測試——這也是未來智慧網聯車發展到一定程度時避不開的話題。這次，是德科技數字應用市場與業務擴充經理黃騰分享了是德科技在汽車電子中的匯流排測試解決方案。

　　“汽車正快速向今天的手機方向發展，全球的技術、介面、匯流排等。”黃騰實際主要分享了USB、MIPI和通用序列資料分析。這裡僅談一談MIPI。

　　

　　“汽車內部採用MIPI匯流排的也非常多了。攝像頭需要用到影像感測器，應用在汽車的各個方向。MIPI如今在汽車中已經有成熟的方案在用了。”“MIPI原本最典型的是在手機裡的應用，最初的目標是讓手機做得和PC一樣，但最終沒能實現，否則所有部件都是MIPI的話，手機也可以自己攢機了。”

　　

　　MIPI D-PHY物理層測試，時間引數測試

　　“這是MIPI物理層的特點。這是一種中間狀態的匯流排，有點DDR又有點USB的特點。在Low Power和High Speed模式間切換。進行MIPI測試時，需要考慮可測試的問題，在接收端留測試點，訊號方面儘量留地，測試時才能保證訊號是你想看到的訊號。”

　　

　　實際在汽車電子時代，更具代表性的測試乃是是德科技的車載乙太網測試。我們在先前的文章中提到過，由於採用高速匯流排，訊號穩定性、訊號質量問題也需要重新考慮;線纜連線頭還要考慮阻抗是否匹配，有沒有反射、損耗、串擾;各種DCDC直流轉換，電源完整性如何等。針對車載乙太網的測試方案，物理層一致性測試主要包含了發射端、接收端和鏈路分段。包括USB、MIPI、乙太網匯流排等在內的測試正在發揮作用，就足以表明汽車電子的行業變遷了。

　　“主機板以前有很多分立器件，現在都是大規模積體電路。現在只考慮PCB有沒有問題，聯結器有沒有問題。測試比例已經比較少了，很多時候是做一致性驗證、測量、分析。所以示波器三大用處，第一是通用訊號除錯;第二是一致性測試(把系統當成一個黑盒)及眼圖和抖動測試與除錯;第三，將示波器當作數字接收器(雷達和相干光通訊)。”黃騰說。

　　

　　是德科技3000T X-Series示波器

　　而艾德克斯技術工程師張彬，則相對系統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模擬測試，測試方案上是模擬汽車引擎啟動電壓波形，檢測DUT(被測器件)啟動時和啟動後特性;汽車電子復位功能測試，模擬不同的電壓驟降曲線，檢驗對不同電壓驟降時DUT的復位效能;熔斷器熔斷測試，模擬汽車電路中，另一電路內的常規熔斷器元件熔化時，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。

　　而在汽車電源系統會使用電源晶片或電源模組進行電壓轉換，為電動車儀表系統、指紋鎖、EPS電動助力系統等汽車電子裝置供電。除了輸入端的抗干擾測試，輸出端也需要對真實用電裝置的工作狀態進行模擬測試。比如車燈控制模組測試、電動車窗防夾功能測試，還有如鐳射雷達對電流衝擊敏感，直流電源啟動瞬間會有很大電流過沖，過沖較大會擊穿鐳射雷達，所以要進行鐳射感測器供電測試……

　　隨智慧網聯車自動化、智慧化程度越高，就會有更多的控制模組、感測器和電機，這些都是汽車電子測試中的典型測試物件。除此之外，還有包含低功耗供電測試(裝置通常處於空閒或休眠模式，僅在需要時才啟用工作狀態的)、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)。

　　

　　艾德克斯IT-M3600系列回饋式源載系統和IT8600交/直流電子負載

　　所以在走向自動駕駛的這一路上，汽車行業的整個垂直領域，乃至原本並非汽車行業的傳統參與者，都因為汽車網聯化、智慧化、電子化、數字化的種種技術革新，正準備煥發一波新活力——即便在汽車行業發展的這個過渡期還伴隨很多鎮痛，但如參會所有發言人論及汽車各元件都因為新機遇的出現而產生新的需求和挑戰，而且產業結構的確正在發生變化，這仍然讓人們對智慧網聯車的未來充滿信心。