为什么说MEMS方案是当下激光雷达车规量产的最优解?

上海车展在即。

今年,小鹏、蔚来、极狐、R 汽车等多家汽车品牌都将带来搭载激光雷达的自动驾驶量产车型。

自动驾驶这件事上,中国车企这次集体站在了特斯拉的对立面。

特斯拉认为,纯视觉可以实现完全自动驾驶。今天主流的中国车企,则开始量产带激光雷达的自动驾驶方案。为什么说激光雷达是 L3 级智能驾驶必备的传感器?

自动驾驶的感知任务就是去实时建立一个准确的 3D 环境模型。

深度学习加单目、三目视觉是无法完成这个任务的。单目/三目摄像头的致命缺陷就是这类系统必须先识别才能探测得知目标的信息,目标识别(分类)和探测(Detection)是一体无法分割的。

深度学习算法的认知范围来源于数据集的广度和丰富性,而数据集永远是有限的,因此深度学习算法肯定会出现漏检。

如果无法识别目标,系统会认为前方不存在障碍物。特斯拉多次事故大多都是这个原因。

以上,也就是说单目/三目的视觉系统漏检是无法避免的,因此它只能用于 L2 的系统。L2 以上,则必须要有激光雷达,激光雷达将带来压倒性的安全优势。

某种意义上,激光雷达厂商的角色可以算是系统集成商

传统激光行业可以提供包括激光发射与接收部分的成熟零组件,行业内这些零组件都有超过 15 年的技术沉淀,像 1550 纳米的激光接收二极管。

激光雷达公司们在激光二极管领域的技术沉淀最多也不会超过 3 年,因此它们的主要工作是设计扫描器。

扫描器也可以采购现成的产品。如日本 Nidec 的多边形扫描器,Mirrorcle 的 MEMS 振镜。

一定程度上,研发激光雷达产品的门槛没有那么高。激光雷达厂家要想掌握核心技术,就是自研自产扫描器

1

理想与现实的碰撞:当下激光雷达量产的最优解

理想的激光雷达技术非 Flash 莫属。

无论从性能、生态、成本、体积、车规来考虑,Flash 激光雷达都是几乎完美的。现实情况是,目前 Flash 激光雷达的瓶颈是性能太差,这主要是 Flash 激光雷达的激光发射端是 VCSEL 阵列。而 VCSEL 阵列的功率密度远不能和传统的激光二极管比,一旦突破这个瓶颈,Flash 激光雷达即可横扫市场。

但目前来看,Flash 激光雷达要实现量产突破至少还要 年时间

另一个技术路线是硅光电的 FMCW 激光雷达,技术成熟度还低于 Flash,并且即便技术成熟,价格也要比 Flash 激光雷达要高。

FMCW 激光雷达需要昂贵的飞秒级激光发生器,调谐器工作在太赫兹频段,即便大规模量产,成本也要远高于 Flash 激光雷达。 

目前激光雷达扫描器可以分为机械式与光学式两大类,机械类再可分为微机械MEMS 和 SLAM。SLAM 比较罕见,目前市面主要看到的产品就是微机械和 MEMS。

微机械再可分为四小类,分别是旋转式(包括旋转镜和多边形扫描)、电流计式(Velarray)、多棱镜音圈式

MEMS 分为 MEMS 振镜和 DMD 微镜两大类。

MEMS 振镜再可分为压电、电磁和静电三大类。

2

MEMS 路线为什么异军突起?巨大的成本优势

激光雷达的发展方向是朝 Flash 的全固态发展。法雷奥是目前唯一有量产客户的激光雷达厂家,长距离车规级产品 SCALA 采用转镜式设计,短距离的产品采用 Flash。

然而,法雷奥的下一代长距离的 SCALA 却是 MEMS 激光雷达,这是为何?

法雷奥激光雷达发展路线图

法雷奥是车规级转镜激光雷达鼻祖,也最清楚转镜式激光雷达的缺点,那就是成本下降空间有限。当下法雷奥在售的 SCALA 第二代转镜式激光雷达,成本恐难低于 400 美元。

这里,我们来分析一下激光雷达的成本结构。

激光雷达成本可以分为 BOM 成本生产成本研发成本

先来看 BOM 成本。

以 Velodyne 的 Puck VLP-16 16 线激光雷达为例, 其零售价为 3800 美元,BOM 成本大约 1000 美元。这当中主要是激光发射二极管和激光接收二极管,16 线需要 16 个发射,16 个接收。

发射二极管的价格一般是 20-25 美元,典型的如 Excelitas 的 TPGEW1S09H,905 纳米,峰值光功率 70 瓦,输入 12V,峰值电流 30A。

1550 纳米激光二极管价格大约是 905 纳米硅激光二极管价格的 3-5 倍,但其光功率很低,通常用在激光通信领域。

在激光雷达中需要选用到成本更高的 1550 纳米光纤激光器才能达到瓦级光功率,合计大约 580-740 美元。

电机外壳以及结构件大约 50 美元电路板大约 100 美元,光学镜头、滤光片和保护罩等光学器件也需要 100 美金以上。

这样的机械旋转式激光雷达合计 BOM 成本大约 830 - 990 美元。

资料来源:techinsights

在主要的元件中,两个芯片比较贵。一个是德州仪器的 ADC08500,这是个高速 ADC,高达 500MSPS,因此价格比较昂贵,千颗以上采购规模要 30 美元一片,这是德州仪器收购国际半导体所带来的产品线。另外一个是英特尔收购的 Altera 的 FPGA,型号为 EP3C16U256C7N,价格大约 14美元。

资料来源:techinsights

背面主要是三颗芯片,主数据处理芯片 Altera的FPGA,型号为 EP3C25F324I7,价格大约 22 美元。还有两片存储器,价格估计只有 5 美元。

还有一些比较贵的高精度晶振,激光雷达是纳秒级产品,时钟精度要求极高。用的元件精度普遍都要很高。

芯片及主动元件大约占 80 美元,被动元件占 15 美元,PCB 大约 5 美元。

 

上图是法雷奥的 SCALA 这样的旋转镜激光雷达成本结构,年产量达十万级。其 BOM 成本大约 300 美元,16 线需要增加 12 套发射与接收,也就是大约 400 美元。这已经是年产量十万级的规模。

这个价格显然有点高了。

对于 MEMS 激光雷达,发射和接收激光器大幅度减少,即使做到等效上百线,有些只有几个发射,接收可以用单线的 SiPM,也可以用阵列,比较灵活。

BOM 成本大幅度降低,其主要成本集中在 MEMS 振镜上,大规模量产 MEMS 振镜可以降低到 30 到 50 美元,目前从外采购则是 1000 美元上下。

基于振镜和光源不同,MEMS 激光雷达 BOM 成本目前大约 450 到 1200 美元

对于 Flash 激光雷达,没有扫描器,高功率 VCSEL 和高性能 SPAD 都处于萌芽阶段,目前价格都很高,万级像素的 Flash 激光雷达 BOM 大约 700-1000 美元左右。

未来大规模生产可以轻松降低到 100 美元以下。

那么 MEMS 的缺点是什么?

缺点就是信噪比有效距离 FOV 太窄

因为 MEMS 只用一组发射激光和接收装置,那么信号光功率必定远低于机械激光雷达。

同时 MEMS 激光雷达接收端的收光孔径非常小,远低于机械激光雷达,而光接收峰值功率与接收器孔径面积成正比,这导致功率进一步下降。

这就意味着最小信号探测能力的降低,同时也意味着有效距离的缩短。

扫描系统分辨率由镜面尺寸与最大偏转角度的乘积共同决定,镜面尺寸与偏转角度是矛盾的,镜面尺寸越大,偏转角度就越小。

最后 MEMS 振镜的成本和尺寸也是正比,目前 MEMS 振镜最大尺寸是 Mirrorcle,可达 7.5 毫米,售价高达 1199 美元

速腾聚创投资的希景科技开发的 MEMS 微振镜镜面直径为 5mm,已经进入量产阶段。禾赛科技的 PandarGT 3.0 中用到的 MEMS 微振镜则是由自研团队提供。英飞凌收购的 Innoluce 也能自研 MEMS 振镜。

MEMS 振镜主要供应商 Mirrorcle 的产品一览,很明显,尺寸越大,角度越小。

3

电磁式 MEMS 振镜:激光雷达最佳选择

怎么解决或者改善这个问题,那就是电磁振镜

按照驱动方式的不同,MEMS扫描镜可以分为静电驱动电磁驱动压电驱动电热驱动四种驱动方式。

 

电热驱动是利用电能转换为热能,再转换为机械能驱动,其优点是驱动力和驱动位移较大,但是响应速度较慢。

压电驱动是利用压电材料的压电效应实现驱动,具有驱动力大、响应速度快等优点,但是压电材料存在迟滞现象。

电磁驱动是利用电磁或者永磁体实现驱动,具有较大的驱动力力和驱动位移,缺点是可能会受到电磁干扰。

静电驱动是利用带电导体间的静电作用力实现驱动,具有功耗低、速度快、兼容性好等优点。是目前使用广泛的驱动方式。           

静电驱动是比较成熟的方式,上述 Mirrorcle 还有某以色列厂家都是采用静电驱动。

静电式 MEMS 振镜原理图

静电驱动 MEMS 扫描镜采用单晶硅制造,工艺简单、成熟、成本低,芯片尺寸非常小,驱动功耗极低,封装也比较简单,属电压驱动型器件。缺点是力也有点小,且是非线性的,此外存在吸合现象。

电磁式MEMS振镜

电磁驱动的力密度大,电磁驱动 MEMS 扫描镜也获得广泛的应用,其扫描角度大,可以实现线性扫描。

电磁驱动器件工艺涉及数十微米厚度的电磁线圈的制造,封装需要配置永磁铁,器件模块尺寸稍大些。

该器件属电流驱动型器件,驱动电流达数十毫安,驱动功耗较高。

器件既可工作于谐振状态,也可以工作于非谐振状态,当工作与谐振状态时,驱动功耗可以大幅度降低。

电磁式的缺点是工艺复杂,门槛高,成本略高,体积略大,响应速度略慢于静电,响应速度这点倒不成问题.

因为目前后端的数据处理能力有限,现在激光雷达数据处理除传统算法外基本都采用了深度学习算法,也用激光雷达识别目标,与视觉传感器融合。不过,由于数据量巨大,一般只能承受 10-15Hz 的帧率,电磁式可以做到 30Hz,静电式更高,但意义不大。

另一个电磁干扰问题很容易解决,那就是增加磁屏蔽和加大磁场密度:采用目前最强的磁体 NdFeB,即钕铁硼。

至于退磁问题,烧结钕铁硼的居里温度点是 312 摄氏度,居里温度越高,磁材的工作温度也相对越高,并且温度稳定性更好。

烧结钕铁硼原料中加入钴、铽、镝等元素可提高其居里温度。EH 牌号的钕铁硼工作温度可达 200 摄氏度,较低的 H 牌号也可以达 120 摄氏度,足以适应车载环境。

MEMS 振镜的可靠性一直被拿来作为攻击标靶,说 MEMS 振镜像薯片一样脆薄。

静电式或许真有点如此,但电磁式就不同了,其体积大,悬臂可以做的强度更高,电磁振镜可以做到 300G 以上的抗冲击,远超车规要求的 50G。

在军用及航天中的惯性制导系统普遍采用 MEMS 技术,能够承受超过 500g 的过载加速度。该应用领域时限已经超过 30 年,而技术也逐步由军工转向民用,并非新技术。

相比之下,机械式激光雷达使用的旋转电机,达到 50G 抗冲击也有困难。

实际在车上已经有不少 MEMS 产品,包括陀螺仪、加速度计、压力传感器、MEMS 硅麦克风、AR-HUD 和大灯用的 DMD 振镜。

DMD 振镜是德州仪器独家供应,即 DLP 技术,DLP 技术已经使用超过 20 年,可靠性毋容置疑。

林肯大陆和导航员使用的是德州仪器早期 DMD 芯片 DLP3030,只有 40 万像素。

奔驰 AR HUD 使用德州仪器最新的 DMD 芯片 DLP5531(2018年下半年才量产,所以林肯没用上)有 130 万像素,FOV 为 10X5°,VID 距离为 33 英尺即 10 米,奔驰称这相当于 77 英寸显示器。

不仅在 HUD 上使用了 DLP 投影,在车大灯上,奔驰还极尽奢华使用了 DLP 投影,也是 DLP5531。

使用 MEMS 微镜的投影大灯

温度方面由温度超高的 DLP 投影背书,自然不成问题,实际 MEMS 振镜可以看成一个半导体芯片。硅基半导体的温度范围可轻易做到摄氏零下 40 到 125 度。

机械式激光雷达使用的旋转电机因为润滑油的原因:低温状态下油凝结成脂,出现难以启动或者无法启动的现象。高温状态下,油会挥发到镜面上,循环往复次数多了,会累积成油滴干扰光路。

这两个问题在目前机械式雷达中普遍存在。法雷奥特别增加了 PTC 加热和冷却设施。

对传统车厂来说,车规比性能重要,因此近距离选择 Flash 激光雷达。

对新兴车厂来说,性能比车规重要,因此选择 Luminar,而介于两者之间的厂家多选择 MEMS,如宝马,尽管 Innoviz 诸多不顺,但宝马并未放弃 MEMS 路线。

因为交期问题,Innoviz 不得已在初期选择静电振镜,但正在转向电磁振镜

综合考虑性能、车规、成本、体积、生态,MEMS 电磁振镜激光雷达恐怕是这 5 年内大多数厂家最好的选择。

发表评论

相关文章

为什么说MEMS方案是当下激光雷达车规量产的最优解?

上海车展在即。

今年,小鹏、蔚来、极狐、R 汽车等多家汽车品牌都将带来搭载激光雷达的自动驾驶量产车型。

自动驾驶这件事上,中国车企这次集体站在了特斯拉的对立面。

特斯拉认为,纯视觉可以实现完全自动驾驶。今天主流的中国车企,则开始量产带激光雷达的自动驾驶方案。为什么说激光雷达是 L3 级智能驾驶必备的传感器?

自动驾驶的感知任务就是去实时建立一个准确的 3D 环境模型。

深度学习加单目、三目视觉是无法完成这个任务的。单目/三目摄像头的致命缺陷就是这类系统必须先识别才能探测得知目标的信息,目标识别(分类)和探测(Detection)是一体无法分割的。

深度学习算法的认知范围来源于数据集的广度和丰富性,而数据集永远是有限的,因此深度学习算法肯定会出现漏检。

如果无法识别目标,系统会认为前方不存在障碍物。特斯拉多次事故大多都是这个原因。

以上,也就是说单目/三目的视觉系统漏检是无法避免的,因此它只能用于 L2 的系统。L2 以上,则必须要有激光雷达,激光雷达将带来压倒性的安全优势。

某种意义上,激光雷达厂商的角色可以算是系统集成商

传统激光行业可以提供包括激光发射与接收部分的成熟零组件,行业内这些零组件都有超过 15 年的技术沉淀,像 1550 纳米的激光接收二极管。

激光雷达公司们在激光二极管领域的技术沉淀最多也不会超过 3 年,因此它们的主要工作是设计扫描器。

扫描器也可以采购现成的产品。如日本 Nidec 的多边形扫描器,Mirrorcle 的 MEMS 振镜。

一定程度上,研发激光雷达产品的门槛没有那么高。激光雷达厂家要想掌握核心技术,就是自研自产扫描器

1

理想与现实的碰撞:当下激光雷达量产的最优解

理想的激光雷达技术非 Flash 莫属。

无论从性能、生态、成本、体积、车规来考虑,Flash 激光雷达都是几乎完美的。现实情况是,目前 Flash 激光雷达的瓶颈是性能太差,这主要是 Flash 激光雷达的激光发射端是 VCSEL 阵列。而 VCSEL 阵列的功率密度远不能和传统的激光二极管比,一旦突破这个瓶颈,Flash 激光雷达即可横扫市场。

但目前来看,Flash 激光雷达要实现量产突破至少还要 年时间

另一个技术路线是硅光电的 FMCW 激光雷达,技术成熟度还低于 Flash,并且即便技术成熟,价格也要比 Flash 激光雷达要高。

FMCW 激光雷达需要昂贵的飞秒级激光发生器,调谐器工作在太赫兹频段,即便大规模量产,成本也要远高于 Flash 激光雷达。 

目前激光雷达扫描器可以分为机械式与光学式两大类,机械类再可分为微机械MEMS 和 SLAM。SLAM 比较罕见,目前市面主要看到的产品就是微机械和 MEMS。

微机械再可分为四小类,分别是旋转式(包括旋转镜和多边形扫描)、电流计式(Velarray)、多棱镜音圈式

MEMS 分为 MEMS 振镜和 DMD 微镜两大类。

MEMS 振镜再可分为压电、电磁和静电三大类。

2

MEMS 路线为什么异军突起?巨大的成本优势

激光雷达的发展方向是朝 Flash 的全固态发展。法雷奥是目前唯一有量产客户的激光雷达厂家,长距离车规级产品 SCALA 采用转镜式设计,短距离的产品采用 Flash。

然而,法雷奥的下一代长距离的 SCALA 却是 MEMS 激光雷达,这是为何?

法雷奥激光雷达发展路线图

法雷奥是车规级转镜激光雷达鼻祖,也最清楚转镜式激光雷达的缺点,那就是成本下降空间有限。当下法雷奥在售的 SCALA 第二代转镜式激光雷达,成本恐难低于 400 美元。

这里,我们来分析一下激光雷达的成本结构。

激光雷达成本可以分为 BOM 成本生产成本研发成本

先来看 BOM 成本。

以 Velodyne 的 Puck VLP-16 16 线激光雷达为例, 其零售价为 3800 美元,BOM 成本大约 1000 美元。这当中主要是激光发射二极管和激光接收二极管,16 线需要 16 个发射,16 个接收。

发射二极管的价格一般是 20-25 美元,典型的如 Excelitas 的 TPGEW1S09H,905 纳米,峰值光功率 70 瓦,输入 12V,峰值电流 30A。

1550 纳米激光二极管价格大约是 905 纳米硅激光二极管价格的 3-5 倍,但其光功率很低,通常用在激光通信领域。

在激光雷达中需要选用到成本更高的 1550 纳米光纤激光器才能达到瓦级光功率,合计大约 580-740 美元。

电机外壳以及结构件大约 50 美元电路板大约 100 美元,光学镜头、滤光片和保护罩等光学器件也需要 100 美金以上。

这样的机械旋转式激光雷达合计 BOM 成本大约 830 - 990 美元。

资料来源:techinsights

在主要的元件中,两个芯片比较贵。一个是德州仪器的 ADC08500,这是个高速 ADC,高达 500MSPS,因此价格比较昂贵,千颗以上采购规模要 30 美元一片,这是德州仪器收购国际半导体所带来的产品线。另外一个是英特尔收购的 Altera 的 FPGA,型号为 EP3C16U256C7N,价格大约 14美元。

资料来源:techinsights

背面主要是三颗芯片,主数据处理芯片 Altera的FPGA,型号为 EP3C25F324I7,价格大约 22 美元。还有两片存储器,价格估计只有 5 美元。

还有一些比较贵的高精度晶振,激光雷达是纳秒级产品,时钟精度要求极高。用的元件精度普遍都要很高。

芯片及主动元件大约占 80 美元,被动元件占 15 美元,PCB 大约 5 美元。

 

上图是法雷奥的 SCALA 这样的旋转镜激光雷达成本结构,年产量达十万级。其 BOM 成本大约 300 美元,16 线需要增加 12 套发射与接收,也就是大约 400 美元。这已经是年产量十万级的规模。

这个价格显然有点高了。

对于 MEMS 激光雷达,发射和接收激光器大幅度减少,即使做到等效上百线,有些只有几个发射,接收可以用单线的 SiPM,也可以用阵列,比较灵活。

BOM 成本大幅度降低,其主要成本集中在 MEMS 振镜上,大规模量产 MEMS 振镜可以降低到 30 到 50 美元,目前从外采购则是 1000 美元上下。

基于振镜和光源不同,MEMS 激光雷达 BOM 成本目前大约 450 到 1200 美元

对于 Flash 激光雷达,没有扫描器,高功率 VCSEL 和高性能 SPAD 都处于萌芽阶段,目前价格都很高,万级像素的 Flash 激光雷达 BOM 大约 700-1000 美元左右。

未来大规模生产可以轻松降低到 100 美元以下。

那么 MEMS 的缺点是什么?

缺点就是信噪比有效距离 FOV 太窄

因为 MEMS 只用一组发射激光和接收装置,那么信号光功率必定远低于机械激光雷达。

同时 MEMS 激光雷达接收端的收光孔径非常小,远低于机械激光雷达,而光接收峰值功率与接收器孔径面积成正比,这导致功率进一步下降。

这就意味着最小信号探测能力的降低,同时也意味着有效距离的缩短。

扫描系统分辨率由镜面尺寸与最大偏转角度的乘积共同决定,镜面尺寸与偏转角度是矛盾的,镜面尺寸越大,偏转角度就越小。

最后 MEMS 振镜的成本和尺寸也是正比,目前 MEMS 振镜最大尺寸是 Mirrorcle,可达 7.5 毫米,售价高达 1199 美元

速腾聚创投资的希景科技开发的 MEMS 微振镜镜面直径为 5mm,已经进入量产阶段。禾赛科技的 PandarGT 3.0 中用到的 MEMS 微振镜则是由自研团队提供。英飞凌收购的 Innoluce 也能自研 MEMS 振镜。

MEMS 振镜主要供应商 Mirrorcle 的产品一览,很明显,尺寸越大,角度越小。

3

电磁式 MEMS 振镜:激光雷达最佳选择

怎么解决或者改善这个问题,那就是电磁振镜

按照驱动方式的不同,MEMS扫描镜可以分为静电驱动电磁驱动压电驱动电热驱动四种驱动方式。

 

电热驱动是利用电能转换为热能,再转换为机械能驱动,其优点是驱动力和驱动位移较大,但是响应速度较慢。

压电驱动是利用压电材料的压电效应实现驱动,具有驱动力大、响应速度快等优点,但是压电材料存在迟滞现象。

电磁驱动是利用电磁或者永磁体实现驱动,具有较大的驱动力力和驱动位移,缺点是可能会受到电磁干扰。

静电驱动是利用带电导体间的静电作用力实现驱动,具有功耗低、速度快、兼容性好等优点。是目前使用广泛的驱动方式。           

静电驱动是比较成熟的方式,上述 Mirrorcle 还有某以色列厂家都是采用静电驱动。

静电式 MEMS 振镜原理图

静电驱动 MEMS 扫描镜采用单晶硅制造,工艺简单、成熟、成本低,芯片尺寸非常小,驱动功耗极低,封装也比较简单,属电压驱动型器件。缺点是力也有点小,且是非线性的,此外存在吸合现象。

电磁式MEMS振镜

电磁驱动的力密度大,电磁驱动 MEMS 扫描镜也获得广泛的应用,其扫描角度大,可以实现线性扫描。

电磁驱动器件工艺涉及数十微米厚度的电磁线圈的制造,封装需要配置永磁铁,器件模块尺寸稍大些。

该器件属电流驱动型器件,驱动电流达数十毫安,驱动功耗较高。

器件既可工作于谐振状态,也可以工作于非谐振状态,当工作与谐振状态时,驱动功耗可以大幅度降低。

电磁式的缺点是工艺复杂,门槛高,成本略高,体积略大,响应速度略慢于静电,响应速度这点倒不成问题.

因为目前后端的数据处理能力有限,现在激光雷达数据处理除传统算法外基本都采用了深度学习算法,也用激光雷达识别目标,与视觉传感器融合。不过,由于数据量巨大,一般只能承受 10-15Hz 的帧率,电磁式可以做到 30Hz,静电式更高,但意义不大。

另一个电磁干扰问题很容易解决,那就是增加磁屏蔽和加大磁场密度:采用目前最强的磁体 NdFeB,即钕铁硼。

至于退磁问题,烧结钕铁硼的居里温度点是 312 摄氏度,居里温度越高,磁材的工作温度也相对越高,并且温度稳定性更好。

烧结钕铁硼原料中加入钴、铽、镝等元素可提高其居里温度。EH 牌号的钕铁硼工作温度可达 200 摄氏度,较低的 H 牌号也可以达 120 摄氏度,足以适应车载环境。

MEMS 振镜的可靠性一直被拿来作为攻击标靶,说 MEMS 振镜像薯片一样脆薄。

静电式或许真有点如此,但电磁式就不同了,其体积大,悬臂可以做的强度更高,电磁振镜可以做到 300G 以上的抗冲击,远超车规要求的 50G。

在军用及航天中的惯性制导系统普遍采用 MEMS 技术,能够承受超过 500g 的过载加速度。该应用领域时限已经超过 30 年,而技术也逐步由军工转向民用,并非新技术。

相比之下,机械式激光雷达使用的旋转电机,达到 50G 抗冲击也有困难。

实际在车上已经有不少 MEMS 产品,包括陀螺仪、加速度计、压力传感器、MEMS 硅麦克风、AR-HUD 和大灯用的 DMD 振镜。

DMD 振镜是德州仪器独家供应,即 DLP 技术,DLP 技术已经使用超过 20 年,可靠性毋容置疑。

林肯大陆和导航员使用的是德州仪器早期 DMD 芯片 DLP3030,只有 40 万像素。

奔驰 AR HUD 使用德州仪器最新的 DMD 芯片 DLP5531(2018年下半年才量产,所以林肯没用上)有 130 万像素,FOV 为 10X5°,VID 距离为 33 英尺即 10 米,奔驰称这相当于 77 英寸显示器。

不仅在 HUD 上使用了 DLP 投影,在车大灯上,奔驰还极尽奢华使用了 DLP 投影,也是 DLP5531。

使用 MEMS 微镜的投影大灯

温度方面由温度超高的 DLP 投影背书,自然不成问题,实际 MEMS 振镜可以看成一个半导体芯片。硅基半导体的温度范围可轻易做到摄氏零下 40 到 125 度。

机械式激光雷达使用的旋转电机因为润滑油的原因:低温状态下油凝结成脂,出现难以启动或者无法启动的现象。高温状态下,油会挥发到镜面上,循环往复次数多了,会累积成油滴干扰光路。

这两个问题在目前机械式雷达中普遍存在。法雷奥特别增加了 PTC 加热和冷却设施。

对传统车厂来说,车规比性能重要,因此近距离选择 Flash 激光雷达。

对新兴车厂来说,性能比车规重要,因此选择 Luminar,而介于两者之间的厂家多选择 MEMS,如宝马,尽管 Innoviz 诸多不顺,但宝马并未放弃 MEMS 路线。

因为交期问题,Innoviz 不得已在初期选择静电振镜,但正在转向电磁振镜

综合考虑性能、车规、成本、体积、生态,MEMS 电磁振镜激光雷达恐怕是这 5 年内大多数厂家最好的选择。

发表评论

相关文章

为什么数字化成为豪华车企的必选项?

3月18日,在奥迪公布2020财报数据后,奔驰、宝马、奥迪三家德系豪华汽车品牌的2020财报悉数公开。相对于全球销量下滑的局面,中国市场业绩数据依然出色,在华销量均突破70万大关,对全球销量贡献均超三成。毫无疑问,“中国”将继续成为豪华品牌集团战略的关键词。

而面向中国这一最大单一市场,BBA均直指电动化、数字化战略,持续加大这两个领域的研发投入。玛莎拉蒂等超豪华品牌也宣布牵手腾讯,构建车内数字服务生态。

经过几十年的发展,中国汽车市场也已进入残酷的存量竞争时代,汽车品牌开始寻求从生产制造向服务提供商转型,数字化成为已经成汽车品牌迫在眉睫的“必修课”。就连一向稳健的德系豪华品牌也“坐不住了”,接连开启数字化攻势,寻求健康的可持续增长。

在3月22日结束的中国发展高层论坛上,宝马集团董事长齐普策透露,宝马在国内又成立一家合资企业,专注于本土个性数字化产品和服务的研发。而在此前,奔驰也表达将在产品、系统、服务等全领域转型数字化。另有一则来自奥迪的消息称,近日奥迪与腾讯签署合作备忘录,双方将加强合作,为奥迪中国用户打造智能互联的数字化生态服务。

豪华汽车品牌紧锣密鼓的动作表明,数字化服务已经成为争夺市场份额的关键,以此展开的竞争也到了硬碰硬的阶段。

消费群体变迁、商业模式重构,汽车数字化进程正迎难而上

从德系三强的2020财报中可以看出,电动化、数字化等创新项目的研发仍是未来投入的重点。宝马集团2020年研发开支达到56.89亿欧元,主要围绕车载互联、高度自动驾驶、电动出行等创新项目展开。戴姆勒集团也宣布了总额达700亿欧元的未来五年投资规划,主要用于加速向电气化和数字化转型。

对豪华汽车品牌而言,现阶段数字化转型需要真金白银的投入,其背后是他们对未来趋势的深刻洞察:数字浪潮冲刷之下,全社会正在进行重构,新一代年轻消费群体已然崛起,他们的需求和体验正在变迁,汽车产业新的商业模式呼之欲出。

中国汽车流通协会的一项数据显示,90后年轻群体已成为中国高端汽车消费的主力军,2020年这一人群占比高达45%。《汽车商业评论》研究中心另一数据还显示,90后年轻消费群体有家庭经济基础作为后盾,购车预算更高,其中有74%用户倾向于购买德系、英系的高端车型。

人群的变化随之带来需求的变迁,消费者除了要基本的产品性能及功能,更需要智能、个性和便利,以及全方位的汽车生活体验。他们希望在智能座舱里,仍能使用熟悉且喜爱的移动互联网的应用。而智能、网联等数字化手段和生态为车辆提供全新的驾乘体验,刺激年轻消费群体的换车需求,带动新的市场增量。

(宝马发布全新BMW iDrive系统iD8)

消费群体和需求的变迁还带来了购买的方式和渠道的变化。传统4S店接触消费者的机会越来越少,电商平台、第三方网站、带货直播……用户触点越来越分散。传统的零售渠道和用户服务也正急待数字化重构。

对于豪华品牌,高端用户是更宝贵的资产,数字化重构能帮助品牌建立与用户直连的营销模式,将营销和运营环节上升为争取用户的战略入口。用数字化手段与用户建立新型连接,精细化管理用户全旅程的体验,有利于提高口碑转化、品牌忠诚,是车企实现增长的关键策略。

(全新奥迪互联Audi Connect即将搭载微信车载版)

软件定义了汽车,传统汽车厂商正在由制造企业向新型服务提供商转型,数字化重构使与产品和服务对应的商业模式更加多元化。特斯拉推出OTA升级、车载控制、移动APP等多种车内付费升级服务;捷豹I-PACE为英国用户定制高端的专车出行服务;奥迪在德甲赛事中提供了ParkE可移动的电动车充电服务;宝马、玛莎拉蒂、奥迪先后宣布和腾讯合作,探索车内数字生态和数字化用户运营……汽车产业的商业模式不再仅仅是硬件销售和售后服务,转向了持续的软件服务溢价,此时数字化是最底层能力。

推进数字化战略,豪华汽车品牌在变革中的关键举措

在数字化变革过程中,各家车企在企业组织布局、提升产品体验、数字营销等方面均有关键举措。

豪华汽车品牌有战略规划和技术底气,往往会紧抓底层的操作系统,深层次开发人机交互功能;但另一方面,亦会围绕确定的方向寻找合作伙伴,借力成熟的移动互联网技术、产品和生态,提升车辆驾乘体验。

这方面,宝马冲得很靠前。早在2012年,宝马便在中国市场上引入“互联驾驶”功能和服务,目前有1400万辆宝马汽车实现联网,2018年以后的所有新车型都具备OTA能力。

另外,为进一步扩大数字化转型优势,今年二季度,宝马在国内的又一家合资企业“宝马诚迈信息技术有限公司”也将投入运营,专门从事汽车软件开发,未来,宝马汽车的中国用户将因此尽享丰富便捷的数字服务。此前,2019年,宝马在国内成立全球首家独立数字业务公司——领悦数字信息技术有限公司,担纲宝马品牌在中国数字化转型的使命。去年,又推出一系列车机端数字化科技,宝马将“腾讯小场景”和“微信车载版”引入BMW汽车;推出全新一代BMW数字钥匙,用iPhone来解锁BMW座驾;BMW车上首个在线短视频——BMW车载“西瓜视频”;业内首个停车场室内地图功能。BMW iDrive系统也于近日也迎来了最新的8.0版本,以包罗万象的智能方式创造了独特的体验

(宝马iDrive7系统已上线各类丰富应用)

今年也将是奥迪在中国数字化转型的“当打之年”。据了解,搭载奥迪多媒体交互系统(Audi MMI)的车型将可以进行OTA升级,享受微信车载版及七款其它腾讯服务,包括腾讯地图、QQ音乐、小场景等。奥迪中国总裁安世豪认为,与腾讯加强战略合作将有助于奥迪进一步拓展为中国用户打造的奥迪产品生态,为用户的个性化需求提供定制化服务。

在车企的服务逐渐向“用户全生命周期”覆盖的当下,用户运营也是关键突破口。为此,奥迪还加强与大流量平台的战略合作,在与腾讯签定的合作备忘录上亦透露出,合作的内容也涉及数字化营销和用户运营。

奔驰也是最早提出数字化的豪华车企之一。早在2017年之前,就已经开发了人机交互系统MBUX,此后不断升级。奔驰另计划在2024年推出自主研发的MB.OS系统操作系统。此外,奔驰的智能网联系统已经实现了,从 OTA远程无线升级到订阅服务的功能覆盖。

豪华汽车品牌的偏好一直都是市场的风向标。在全产业纷纷加码数字化攻势之时,他们展现开放、生动的姿态,主动拥抱车联网、大数据、云计算领域的新技术,以极致愉悦的数字化体验,提前布局未来的市场份额之争,继续引领着市场的风向标。

发表评论

相关文章

为什么丰田看着没那么缺“芯”?

因芯片短缺而引发的停产危机正席卷全球汽车业。

有意思的是,丰田上个月表示,即便大众、通用汽车、福特、本田和Stellantis等公司被迫放缓或暂停部分生产,其产量也不会因芯片短缺而受到重要影响,这令竞争对手和投资者感到意外。与此同时,丰田还上调了截至2021财年的产量预期,并将全年盈利预期上调了54%。

这不禁让人好奇,丰田的自信是谁给的?而实际上,在芯片产品方面,其储备汽车关键部件的决定可以追溯到十年前的福岛灾难。

灾难教会丰田精益解决方案  

2011年,日本大地震瓦解丰田的供应链后,这家全球最大的汽车制造商就意识到,半导体的交货时间太长,无法应对自然灾害等破坏性冲击。

这正是丰田提出业务连续性计划(BCP)的原因,该计划要求供应商为丰田储备2-6个月的芯片,具体取决于从订货到交付的时间。

 

消息人士称,恰恰是因为BCP计划,丰田才得以成为迄今为止基本上没有受到全球半导体短缺影响的汽车制造商。一位熟悉哈曼国际的知情人士表示:“据我们所知,丰田是唯一一家有能力应对芯片短缺的汽车制造商。”

据悉,哈曼国际是当前全球互联网汽车技术的领先者,以其高端的多媒体、导航、视觉系统而闻名。2016年11月,三星电子宣布以每股112美元的现金价格收购哈曼国际工业。

哈曼国际的消息人士透露,早在去年11月,该公司就出现了CPU和电源管理集成电路的短缺问题。该消息人士解释,虽然哈曼不生产芯片,但是由于与丰田的连续性协议,其不得不优先考虑汽车制造商,并确保有足够的半导体来维持数字系统供应四个月或更长时间。

四位消息人士向路透社透露,现在供应尤其短缺的芯片是微控制器单元(MCU),该芯片控制着制动、加速、转向、点火、燃烧、胎压表和雨量传感器等一系列功能。



 

不过,在2011年地震后,丰田改变了购买MCU和其他微芯片的方式。具体来看,灾难发生后,丰田汽车估计其采购的1,200多种零件和材料可能会受到影响,并拟定了500项未来需要安全供应的优先项目清单,其中包括日本主要芯片供应商瑞萨电子制造的半导体。

此次灾难造成的影响非常严重,以至于丰田花了6个月的时间才使本土以外的生产恢复到正常水平,而丰田本土的生产在4个月内恢复常态。

显然,这对丰田的“即时制造( just-in-time)”策略是一个巨大的冲击,因为从供应商到工厂再到装配线的零部件的顺畅运行,以及精简的库存,对于其在效率和质量方面成为行业领导者至关重要。

现如今,供应链风险几乎成为全行业的关注重点,丰田此前的转变路径表明,在半导体领域,丰田已经制定自己的规则,并正在收获利好。

 

丰田发言人称,其精益库存战略的目标之一是对供应链中的低效率和风险变得敏感,找出最具潜在危害性的瓶颈,并找出相对应的预防措施。“BCP对我们来说是一个经典的精益解决方案,”他说。

没有黑箱操作  

消息人士称,根据所谓的年度成本削减计划,丰田每年在任何车型的生命周期内,都会返还部分成本削减额,以支付与芯片供应商的库存安排。

通常由零件供应商(例如,由丰田集团部分拥有的电装),瑞萨电子和台积电等芯片制造商以及芯片贸易商为丰田持有丰田的MCU芯片库存,这些库存通常结合了多种技术,CPU,闪存和其他设备。

尽管存在不同种类的MCU,但供不应求的MCU并非最新的芯片,而是半导体节点范围在28至40纳米之间的主流芯片。

丰田的芯片连续性计划也使其免受自然灾害影响。一位涉及半导体供应的消息人士表示,丰田及其附属公司已对气候变化的影响变得“格外规避风险和敏感”。但是,自然灾害并不是眼前的唯一威胁。

 

当下,汽车业正大踏步向“新四化”迈进,芯片扮演着越来越重要的角色。然而,芯片市场正被智能手机等消费类电子产品制造商占领,汽车制造商担忧这一市场将面临更加激烈的竞争。

在芯片方面,丰田比其他竞争对手更具优势,这主要归功于其长期以来的政策,即确保自己了解汽车使用的所有技术,而不是依赖供应商提供“黑箱操作”。“这种基本的方式让我们与众不同,”一位丰田工程师如是表示。

“从导致半导体缺陷的原因,到生产过程,我们需要一一了解。如果你只是购买这些技术,就不能简单地获得不同的知识水平。”

本世纪,由于电动车、自动驾驶和车联网的兴起,汽车制造商对半导体和数字技术的使用出现了爆炸式增长。这些技术是如此新颖、专业,以至于许多汽车制造商将风险管理交给大型零部件供应商。然而,为了避免黑箱操作,丰田公司内部对半导体领域进行过深入了解,为1997年成功推出普锐斯混合动力车做准备。

 

数年前,丰田从芯片行业挖来工程人才,并于1989年开设了一家半导体工厂,以帮助设计和制造用于控制普锐斯动力总成系统的MCU。

实际上,丰田设计和制造了自己的MCU和其他芯片长达三十年之久,直到2019年将其芯片制造厂移交给电装以巩固供应商的运营。

诚然,丰田汽车此前对半导体设计和制造工艺有深入的了解,这是丰田汽车除连续性计划外还设法避免受到芯片短缺影响的主要原因。

发表评论

相关文章

为什么传统车企和新造车OTA的形式不一样?

2021年初,虽值春节,但车企对OTA的内容推送却没有停歇。理想、爱驰、极狐、宝马、别克君越都带来了全新的内容推送。

OTA的好玩之处就是,在这个行业正处于百花齐放的状态下,你永远不知道OTA会带来什么样的意外惊喜。比如,理想上线卡拉OK功能,配套麦克风卖断货;爱驰由汽车化身“充电宝”;哪吒汽车三款游戏上车……

然而,伴随着汽车智能化的快速发展,在OTA普及的过程中,飙高的投诉率却令人意外。其中,传统车企的升级方式引发争议,数据显示,2020年有关“系统升级问题”的投诉高达千起,远超出2019年。消费者反映,厂家虽然将OTA作为卖点宣传,但却不能按期更新,或出现版本内容差异。而在部分新造车企中,有消费者表示,相比玲琅满目的娱乐系统内容升级,他们更关心包括电池包等在内的硬件升级。

以下为2月OTA月报:

理想:卡拉OK上车 配套麦克风卖断货



理想上车卡拉OK功能令不少用户感到兴奋,火爆程度让配套麦克风卖断货,这也算是卡拉OK功能上车的意外收获。

不过,理想四万车主对这一功能上车的看法两极分化。一部分用户认为卡拉OK功能早就该上车,并且“希望双向WI-FI和无损音乐早日上线”。甚至还有车主安排一下好了下一步游戏上车的内容:《魂斗罗》、无线游戏手柄、星空顶。

但另外一部分用户认为“做这些不如在硬件升级上多努努力”。在此之前,蔚来发布了电池包升级方案,小鹏发布了行业前沿的NGP功能,只有理想在这些方面还没有动向。

因此,相比卡拉OK功能的上车,上述车企的硬件创新引来理想车主的羡慕,并且迫切希望理想能上线相关功能,“希望能提升电池包容量”、“上新全视觉融合泊车系统”、甚至还有对“解决一下增程器噪音问题”的诉求。

爱驰:汽车化身“充电宝”



爱驰还推出“外放电”重磅功能。开启智能汽车对外放电的先河。2021款爱驰U5升级之后将化身“移动充电宝”,不仅可以实现最大功率为6.4kW的V2V车对车放电功能,为其他电动车提供应急充电服务,还可以为电热水壶、照明灯等电器提供最大功率为3.3kW的220V电力输出,为用户带来户外用车体验。

此前,特斯拉此前曾经推出过“露营派对模式”——使用自己的汽车系统(例如灯光和温度控制系统)为露营供电,从而带来快乐的使用感受。但仅限于车主自己使用,不具备给其他车充电的能力。

大多数车企对这种车对车放电功能也还在计划阶段,爱驰这一重磅升级成为新造车公司中第一家具备“外放电”能力的车企。

哪吒V:3款游戏上线




哪吒V在2月上线了3款儿童游戏,分别为凯叔讲故事、汤姆猫跑酷、顽皮小鳄鱼爱洗澡三款。

智能汽车领域,特斯拉是车载游戏的鼻祖,2019年,特斯拉宣布将《茶杯头》游戏搭载进自家系统,让汽车有了更强的可玩性,因此当时特斯拉给大家的感觉是:“智能汽车还能这么玩?”。

随后,不少车企都打起了游戏上车的主意,例如,小鹏P7上搭载斗地主、狂野飙车等多款车载游戏,理想ONE作为奶爸车育儿小游戏也当然必不可少。

车云还发现,B站、抖音这类消费者呼声极高的热门应用早已“隐藏”在应用列表中。这说明,哪吒一直在深刻洞察着用户的需求。尽管不如头部势力那般能迅速吸引目光,但却在努力的耕耘着。

ARCFOX极狐αT:远程电池预热功能开启



ARCFOX极狐αT的更新频率越来越新势力了。

这次极狐OTA更偏向硬件的电池和驾驶模式方面。其中,远程电池预热功能此前在威马、蔚来等身上都有不同形式的存在,主要作用是保护电池、降低耗电量,缩短充电时间。2019年,特斯拉就推出“在途电池预热”功能。ARCFOX极狐αT远程加热模式与特斯拉相似,都为在短时间内快速充电、减缓旅程焦虑做准备。

但特斯拉相比之下更智能,当驾驶员向车辆导航系统发出指令,寻找超级充电桩时,该系统会开始给电池加热,从而可让电池在充电之前达到最佳充电温度。

里程焦虑问题伴随电动汽车发展由来已久,电池预热功能成为新能源车企近两年追捧的方式。但目前,业界对这种技术看法不一。

宝马:语音助手Amazon Alexa深度集成


宝马本次OTA内容推送超过100万辆汽车,再一次刷新了集团史上最大规模OTA的范围记录。这是宝马半年内第二次如此大规模的OTA更新。去年12月,超过75万宝马汽车完成了BMW iDrive 7.0系统的OTA升级。

本次软件升级内容与国内车主关系不大,主要对五个国家和地区的语音助手Amazon Alexa深度集成,包括德国、奥地利、英国、西班牙和意大利,后续会扩展到更多国家。

Alexa的深度集成意味着部分国家的车主现在可以在车内使用亚马逊的语音助手,其方式与在家中使用的方式完全相同。购物、听新闻和音乐变得更加容易。此次更新还支持车内控制智能家居设备。亚马逊Alexa将在德国、奥地利、英国、西班牙和意大利市场提供。

此外,BMW在此提升车主使用体验,向“千人千面”靠拢。驾驶员的信息可以快速转移到其他宝马车型上。同时,空调设定、导航设置等驾驶员习惯也能自动导入车中。

别克君越:升级语音系统 支持30多种对话类型



别克君越此次着重提升语音系统能力。君越OTA联手科大讯飞升级智能语音系统,实现在语音识别率、准确度以及相应速度三个层面的提升。此外,升级后的语音系统内容覆盖更为全面、交流更自然。支持30多种对话类型以及多种场景的覆盖。

目前,车企在智能语音识别能力上依然参差不齐,但在智能汽车领域,自然语音系统、多轮对话已经是较为成熟的技术,并且,智能语音系统正在向全语音系统转变,比如小鹏。因此,更自然的智能语音交互能力必然会向手机一样成为每一辆车的标配。

车云小结:

新造车公司产品为多为纯电动汽车,车企针对旗下所有车型统一推送升级包,车辆接收到升级包后,根据硬件能力选择性升级。

此外,新造车公司诞生在智能汽车发展的风口,无论早期的特斯拉还是现在的蔚来、小鹏、理想,都意识到了自研的重要性,所以在软件等方面选择部分自研,在内容升级的方面有更多自主性。

相比之下,传统车企出现的OTA更新“断层”现象,主要与车企自身发展情况有关。目前,传统车企多为燃油车产品,控制器数量多且分散,一辆燃油车控制单元可达100个。而由于软件自研能力的缺乏,传统燃油车软件支持来自零部件的供应商,车企只是负责整合工作,协调难度大。因此,会出现同一品牌下不同车型升级内容版本不同的情况。

好在,传统车企也已意识到软件升级的重要性,从传统车企开始大范围招聘软件人才,并成立独立的软件团队,传统车企对软件的重视程度就可见一斑。下一个阶段,传统车企比拼的,是软件的自研能力。不妨多给传统车企“转身”留些时间。

发表评论

相关文章