车载传感器之争:日企VS世界

为迎接自动驾驶时代的到来,各企业围绕作为“汽车之眼”的传感器展开了激烈的开发竞争。索尼已正式开展车载摄像头使用的图像传感器业务。通过电波来测量车辆与障碍物之间距离的“毫米波雷达”、使用激光的“LiDAR”等三维传感器也作为主力候选技术浮出水面。传感器被称为自动驾驶时代的核心技术。日本经济新闻(中文版:日经中文网)对竞争的最前沿进行了追踪。

“过去10年的大趋势是手机(Mobile),今后是移动工具(Mobility)”,在1月举行的美国数字技术展会CES上,索尼会长兼社长吉田宪一郎如此表示。在这场展会上,索尼公开了自身的纯电动汽车“VISION-S”。

索尼开发的纯电动汽车装有33个传感器

 

VISION-S安装了包括图像传感器在内的33个传感器。指挥车辆开发工作的索尼执行董事川西泉表示,“可360度监控汽车周围的情况,让乘车人和汽车周围的人安心”。其核心就是图像传感器,索尼在面向智能手机的图像传感器领域拥有全球7成份额,但在车载领域仅为9%。索尼打算通过VISION-S深入挖掘客户对传感器的需求,全面开拓市场。

 

车载图像传感器:美国企业凭借历史和经验迎击索尼

“我们很尊重索尼,但我们在车载领域拥有悠久历史和丰富的经验”。迎击索尼的是在车载图像传感器领域拥有50年以上历史、市场份额达到45%的美国安森美半导体(ON Semiconductor)等老牌企业。

车载图像传感器需要具备两种技术,一是可拍摄具有明暗差异的影像,二是在发光二极管(LED)的照明下拍摄时能防止画面闪烁。这两个课题可以分别解决,但很难同时兼顾。

比如,画面闪烁的原因是LED高速闪灭。解决方法是延长摄像头的曝光时间。而要防止高光过白,则需要缩短曝光时间。一般会使用两种像素来解决这种两难的问题,但将两种图像数据结合在一起时,往往会出现异常。

安森美改进了像素本身的结构,用一种像素成功解决了两个问题。该公司的图像传感器被斯巴鲁(SUBARU)的先进安全系统“EyeSight”的新一代产品采用,切实稳固了自己的地盘。

不易受恶劣天气影响的毫米波雷达

图像传感器的缺点是容易受逆光等影响,毫米波雷达因可以弥补这一缺点而不断普及。毫米波是一种微波,可根据从遇到障碍物到反射回来的时间来测量距离。虽然不擅长检测对象物体的准确形状,但毫米波具有很强的直线行进性,即便在雨雪等恶劣天气中也不易受到影响。

全球最大的毫米波雷达企业是德国英飞凌科技(Infineon Technologies)。由于2005年全球首次量产了采用“硅锗碳”(Silicon-Germanium Carbon)材料的毫米波雷达半导体,该公司在开拓市场方面领先。硅锗碳与以前使用的砷化镓相比,可以大幅降低制造成本。


目前,每辆普通汽车搭载约3个毫米波雷达,高档车甚至达到6个左右。如果自动驾驶正式普及,每辆车需要安装约15个毫米波雷达。大量汽车用雷达发射电磁波,可能会导致雷达之间相互干扰,“今后的课题是开发降噪技术”(英飞凌科技日本公司的汽车事业本部的部长降矢知隆)。

利用毫米波雷达监控车内情况的时机也越来越成熟。备受期待的用途是防止将孩童遗忘在车内。2019年,一项要求汽车必须具备防止将孩童遗忘在车内功能的法案被提交给美国国会。欧洲也出现了汽车安全性评估机构“EuroNCAP”打算将该功能纳入评估项目的动向。

日本大型汽车零部件企业阿尔卑斯阿尔派(ALPSALPINE)4月与瑞典初创企业Acconeer展开合作,携手开发低耗电毫米波雷达。阿尔卑斯阿尔派的执行董事泉英男表示,“毫米波雷达的耗电量很低,在汽车熄火后也能监控车内情况”。

虽然使用摄像头来检测驾驶员打盹等的动向不断扩大,但“(摄像头在)夜间拍摄精度会下降,很难识别包裹在毛毯里的婴幼儿”(泉英男)。毫米波雷达可检测人的心跳等微小振动,监控过程中不受车内环境的影响。

 

LiDAR可检测很小的物体

与摄像头和毫米波雷达一起被称为自动驾驶“三大神器”的是三维传感器LiDAR。这种传感器测量距离的基本原理与毫米波雷达相同,但可利用波长较短的红外激光检测很小的物体,还可用于制作三维地图。

“如果不使用马达的话,可以把价格控制到几万日元到几十万日元”,在东芝7月召开的LiDAR技术说明会上,该公司的首席研究员崔明秀如此介绍。

传统LiDAR的主流方式是使用马达驱动设备转动,进行360度全方位激光照射。但设备的结构复杂,单价高达数百万日元,用途仅限于自动驾驶实验车辆和用来获取地图数据的作业车辆等。东芝将开发采用“固态”(Solid State)技术,把驱动部分换成半导体的LiDAR产品。

日本京瓷和先锋等也开展LiDAR业务,在价格和小型化方面展开竞争。

日本半导体企业瑞萨电子向加拿大初创企业LeddarTech提供了半导体。已确定在加拿大运行的自动行驶接驳巴士上采用。固态技术的出现为LiDAR传感器开辟了迅速普及的道路。

矢野经济研究所的数据显示,2020年应用于自动驾驶的LiDAR市场规模仅为24亿日元,到2030年将扩大至200倍,达到4959亿日元。为了抓住增长市场,各企业纷纷开展LiDAR业务。全球的LiDAR专业初创企业被认为达到100家左右,呈现出混战局面。

在图像传感器、毫米波雷达、LiDAR中,究竟哪种传感器会在“汽车之眼”领域的角逐中问鼎呢?一家日本零部件企业的技术人员称,“每种传感器都有自己的优缺点。要生产更为安全的汽车,重要的是把多种方式的数据融合在一起”。在日本最大家电与IT商品展会“CEATEC”上,日清纺控股(HD)的子公司JRC Mobility展出了一项新技术,通过把摄像头的图像和毫米波雷达数据结合在一起,可同时检测出三维位置信息和速度信息。

完全自动驾驶被认为将在2020年代中期到2030年左右全面投入使用。各企业都在为即将到来的出场机会做准备,打磨“三大神器”的识别能力。

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