应对汽车行业自动化、电动化以及网联化变革,ADI 手握哪些杀手级产品与技术?

 

汽车行业正处在大变革时代,自动驾驶潮流势不可挡,电动化、网联化也是势头正劲。作为全球知名的高性能模拟技术供应商、美国老牌模拟芯片厂商,亚德诺半导体(Analog Devices,ADI)自然不会让大变革时代迸发出的商业机会从手中溜走。凭借着超过 50 年的技术和经验积累,ADI 正致力于推动更为安全的自动驾驶商业化落地,同时也在电动化、网联化领域建立自己的护城河。

今年 7 月 4 日,借着百度 Apollo 3.0 发布的机会,ADI 宣布正式加入百度 Apollo 自动驾驶开放平台。根据双方签署的合作谅解备忘录,双方将共享资源与技术,利用 ADI 在 IMU(惯性导航单元)、毫米波雷达、激光雷达以及音视频总线、DSP(数字信号处理)产品技术方面的优势,与百度 Apollo 在自动驾驶感知与导航应用领域展开合作,共同为自动驾驶、智能网联和智慧交通提供全面、系统、可靠的解决方案。

在自动驾驶领域,ADI 此前并不属于站在聚光灯下的那类公司,但从此次与百度 Apollo 的合作内容来看,这家公司已经在自动驾驶领域拥有深厚的技术积累,特别是在定位、感知以及模拟信号处理等技术模块颇有造诣。可以断定,ADI 与百度 Apollo 的合作仅仅是一个开始,在推动自动驾驶落地的征程上,这家公司还将创造出更多可能性。

正是在这个契机下,雷锋网新智驾近期采访了 ADI 在微机电产品和汽车电子业务方面的两位负责人,试图挖掘出这家低调的公司背后闪耀的熠熠光芒,还原出其在汽车自动化、电动化以及网联化等未来汽车生态方面所进行的完整布局。

高性能 IMU 助力自动驾驶安全

据了解,ADI 与百度 Apollo 的合作内容中,高性能 IMU 产品和技术将成为一大重点。此前,百度 Apollo 宣布量产 L4 级别自动驾驶小巴阿波龙,其上就搭载了 ADI 的 IMU 产品。

所谓 IMU,也就是行业人士所熟知的惯性导航单元。它是自动驾驶汽车非常依赖的定位传感器,主要配合 GPS 导航装置使用,帮助自动驾驶驾驶车辆在 GPS 信号缺失的情况下进行有效定位。这类传感器虽然不如激光雷达那样广受关注,但其重要性不容小觑。

达成合作后,ADI 与百度 Apollo 将针对 IMU 产品在自动驾驶汽车上的应用展开探索,了解平台中相关企业的具体需求,进行定制化 IMU 产品的开发。IMU 是典型的 MEMS(微机电)产品,所以想更多了解 ADI 在 IMU 方面的技术积累,有必要回过头看看 ADI 在 MEMS 应用上的开发历史。

据 ADI 亚太区 MEMS 产品市场与应用经理赵延辉介绍,ADI 自 1987 年开始研发 MEMS 技术,率先切入到安全气囊应用中,成为全球第一家将 MEMS 技术商用化的公司。他们一开始做的是 MEMS 内核传感器,包括加速度计和陀螺仪,加速度计的研发始于 1987 年,陀螺仪的研发则从 2002 年开始。待这两项内核传感器在技术上步入成熟阶段后,ADI 将两者进行融合并最终于 2007 年发布了完整的工业级 IMU 产品。

当然,IMU 产品只有加速度计和陀螺仪的组合还远远不够,这其中还涉及很多的信号处理需求,所以还需要模数转换器(ADC)、处理器等相关技术的加持,而这正是 ADI 的优势所在。所以,严格来说,ADI 2007 年发布的首款工业用 IMU 产品是其内核传感器技术、信号处理技术互相整合的集大成者。

在将 IMU 应用到汽车自动驾驶之前,ADI 更多地将这类产品应用在航空、航天以及农业等领域,这些领域对于自动化的需求很大。举例来说,传统 GPS 的定位精度大致能做到米级,但这种精度很容易造成秧苗的损毁和效率的降低,所以这种应用场景需要厘米级的定位精度。要实现这个精度,必须要将 IMU 与 GPS 结合起来,因为 IMU 可提供连续数据,能帮助提高 GPS 的定位精度。

农场环境还不涉及到 GPS 信号遮挡的情况,到城市自动驾驶的场景下,楼宇、地道、地库等行驶场景比比皆是,GPS 信号很容易丢失。这个时候,自动驾驶汽车的行驶速度、位移方向的测定就必须要依靠 IMU。

正是在航空、航天以及农业等领域的技术积累,很好地推动了 ADI 的 IMU 产品和技术在自动驾驶汽车上的应用。赵延辉表示,目前国内很多做自动驾驶的企业和团队,都在采用 ADI 的 IMU 产品;百度 Apollo 相中 ADI,也是因为看到了后者在 IMU 产品系统级解决方案上的实力,才决定推动二者的合作向前发展,探索更多可能性。

到底 ADI 的 IMU 产品有何玄妙之处?为何诸多自动驾驶研发商不去选择成本更低的消费级或传统汽车级 IMU?赵延辉给出的理由是他们的 IMU 产品最大的竞争优势在于长期稳定性

那么,ADI 是如何实现其 IMU 产品非常出众的长期稳定性

首先,自动驾驶汽车行驶的道路极其复杂,会出现各种震动,这将影响 IMU 内核传感器的输出效果。ADI 在这些方面拥有很多专利技术,即使在强震动的环境下依然可以保证传感器稳定的输出,这是消费级、传统汽车级 IMU 产品无法比拟的。

其次,IMU 的内核传感器包括加速度计和陀螺仪整合到一起时,会产生正交特性,这个正交特性如果不是理想状态,会大大影响传感器的精度。ADI 的器件在出厂之前,工作人员会对每个器件测试几个小时,对类似误差进行全面校准,实现 X、Y、Z 轴理想的 90 度正交。

另外,IMU 的内核传感器都有温漂特性,意味着其测量的指标会随着温度的漂移产生变化,这对于自动驾驶汽车来说是绝对不允许出现的。ADI 的 IMU 产品在出厂前每个器件都会做全温范围内的测试,将它的温度特性写入处理器,针对不同的温度场景进行相应补偿。

总结起来,从内核传感器本身设计的考究到后续加工工艺的优化再到最后的全面校准,ADI 最终实现了 IMU 产品的高性能以及长期稳定性。

雷锋网新智驾了解到,ADI 的加速度计、陀螺仪等内核传感器生产线位于美国的威灵顿市,而后续的全面校准工作则选在菲律宾,这主要是考虑到劳动力成本问题。而在国内,ADI 也已经在北京与杭州两地成立了研发团队,为的是更好地支持国内客户。

在与百度 Apollo 建立起合作之后,ADI 方面将继续支持 Apollo 开放平台的需求。因为这个平台上聚集了诸多车企、自动驾驶公司以及 Tier 1、Tier 2,能帮助 ADI 更好地把握市场、了解客户需求,用来指导其相关产品的研发。

IMU+毫米波雷达+激光雷达,ADI 打造全方位感知系统

深入自动驾驶感知领域,仅仅依靠 IMU 产品是远远不够的。ADI 显然深谙传感器融合的大趋势,借势推出了整体感知方案 Drive360 平台,其中就包括了IMU、毫米波雷达、激光雷达等多种传感器。

IMU 前文已有详细阐述,不再赘述。

毫米波雷达方面,ADI 在该领域已经有 15 年的发展历史,主要为雷达系统供应芯片、信号处理器等相关的组件。其 24GHz 车用毫米波雷达技术方案已经比较成熟,已经与诸多车企、Tier 1 进行合作,量产了相关产品,主要应用在盲区检测以及短距离检测等相关 ADAS 功能上。

而针对 77GHz 毫米波雷达,ADI 大中华区汽车市场经理崔正昊告诉雷锋网新智驾,他们正在开发一款单片毫米波雷达芯片,其具体参数还不便公开,据称会是业界非常领先的 77GHz 毫米波雷达方案。针对这款全新的雷达芯片,ADI 正与一些重点客户合作,对样片进行相关的试验。据崔正昊介绍,这款芯片采用的是 28nm CMOS 技术,尺寸更小,成本相较于 40nm 方案更低,而且整合了相关的数字算法,整体表现更优秀。

据雷锋网新智驾了解,为了提升自身在毫米波雷达系统解决方案上的能力,ADI 在近期还收购了雷达技术提供商 Symeo,该公司技术最初是由西门子公司开发,其系列技术具备系统和算法方面的专业优势,能够实现实时位置检测和距离测量独有的射频和传感器技术。这些优势将和 ADI 本身具备的射频和微波产品阵列和技术结合起来,为市场提供更优秀的毫米波雷达系统级解决方案。

毫米波雷达之外,ADI 也已经涉足当下火热的激光雷达领域,他们正在研发固态激光雷达所需的关键性器件,包括跨阻放大器(TIA)以及高速模数转换器(ADC)等,可以供给激光雷达硬件生产商。同时,他们也在针对车用激光雷达技术进行特定化开发。

雷锋网新智驾了解到,2016 年,ADI 收购了美国 Vescent Photonics 公司,拿下了其关键性的固态激光波束转向技术,这种新颖的非机械激光波束转向技术可以进一步增强集成激光雷达系统的性能,克服目前庞大的机械式产品在可靠性、尺寸和成本等方面的诸多重大缺陷。这一收购行动也补强了 ADI 在固态激光雷达系统开发方面的技术实力。

按照崔正昊的表述,ADI 的规划是在未来为自动驾驶汽车规模供应车规级激光雷达完整解决方案,目前关于具体的时间节点和更多细节还不便对外公开。

集齐了 IMU、毫米波雷达以及激光雷达技术的 ADI,已经拥有了相对完整的自动驾驶感知系统技术储备,这符合未来自动驾驶传感器融合的大趋势。

针对传感器融合,ADI 将主要进行边缘计算的研究,致力于在传感器端把信号处理得更好,为客户提供更好、更准确的数据;同时,ADI 还将进行自行驾驶汽车上的传感器组合、搭配方案的研究,尽量优化车载传感器的配置。

紧跟汽车变革趋势:网联化与电动化

自动化之外,网联化与电动化同样是汽车行业变革的大趋势,针对这两大趋势,ADI 也没有怠慢。

ADI 正在为数字化智能座舱的打造提供各类技术解决方案。

车载音频技术方面,ADI 自主研发了 A²B 音频总线产品,可以配合自家的数字信号处理技术(DSP)进行使用,能够支撑语音识别的音频预处理、车内通话、主动降噪、路噪消除等应用的实现。此外,还能进行声浪模拟,让电动汽车的电机声听起来更接近发动机的发出的声音。值得一提的是,ADI 针对语音识别提供相应的前期预处理算法,包括回声消除以及降噪,目前也在与一些做车载语音识别的企业进行商谈。

而针对车载视频技术,ADI 开发了 C²B 视频总线产品,该产品是为了降低整车成本和整车重量提出的高清视频传输方案。

此外,ADI 在手势识别以及驾驶员状态监控方面也有自己的技术解决方案。以驾驶员状态监控为例,崔正昊告诉雷锋网新智驾,他们拥有业界首款 VGA(Video Graphics Array)分辨率的汽车级 ToF 芯片组方案,可完成人脸识别和驾驶员状态识别,该方案产生的是 3D 点阵图像,能构建出一个 3D 空间。

面对汽车行业的电动化趋势,ADI 则拥有成熟的电源管理系统(BMS)技术,主要向客户提供电源管理芯片,用于监控电池/电池组的状态,包括电池/电压/电流参数、电池的健康状况、电池的使用状况等。此外,还可用于平衡电量。据雷锋网新智驾了解,ADI 在 2016 年收购了凌特(Linear),该公司在锂电池管理芯片技术方面有很深的积累。

除 BMS 芯片之外,ADI 在迎接汽车电动化趋势时还有一项传统强项——高压隔离技术。这项技术的存在帮助电动汽车的电驱系统能够在电池的上百伏高电压与信号控制的低电压之间完美运行。

再创下一个辉煌的 50 年

针对自动驾驶、网联化、电动化的全面布局,ADI 俨然成为了应对汽车未来变革的全能型选手。凭借着以往 50 多年积累起来的技术储备,这家模拟器件供应商对汽车行业野心勃勃。

按照其官方的表述:“在汽车领域,ADI 目前以及未来将积极持续参与到生态圈中,深度参与合作伙伴产品早期定义阶段,通过提供面向自动驾驶、动力总成/马达驱动、电源管理、座舱信息娱乐系统、MEMS 安全等高性能、低成本、差异化的系统级解决方案,助力客户设计更安全、更环保、更舒适的未来汽车。”

循着这样一个清晰的目标,有理由相信,ADI 在创造下一个辉煌 50 年的道路上将充满无限可能。

应对汽车行业自动化、电动化以及网联化变革,ADI 手握哪些杀手级产品与技术?

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