掰开揉碎,算算全球首款量产L3自动驾驶系统上的成本分布

虽然奥迪A8已经销往全球,但其三级自动驾驶功能都无法激活。有了A8这个全球首款量产L3自动驾驶光环,这个事实或多或少会让奥迪感到尴尬。近日,奥迪R&D部门负责人汉斯-约阿希姆·罗滕皮埃勒(Hans-JoachimRothenpieler)在接受《欧洲汽车新闻》独家采访时表示,“奥迪不会在全球

虽然奥迪A8已经销往全球,但其三级自动驾驶功能都无法激活。

有了A8这个全球首款量产L3自动驾驶光环,这个事实或多或少会让奥迪感到尴尬。

近日,奥迪R&D部门负责人汉斯-约阿希姆·罗滕皮埃勒(Hans-Joachim Rothenpieler)在接受《欧洲汽车新闻》独家采访时表示,“奥迪不会在全球范围内为目前的A8引入交通拥堵领航系统。」

这一言论升级了奥迪的尴尬——这意味着奥迪将不会在A8上配备L3自动驾驶系统。

奥迪宣布将放弃在A8车型中引入L3自动驾驶,原因有三:

第一,从车型迭代来看,奥迪A8已经完成了大部分的生命周期;其次,从监管的角度来看,没有适用于L3级自动驾驶汽车的法律框架。此外,全球L3级量产车无法完成该级别的认证;

虽然结局令人遗憾,但奥迪对L3自动驾驶的探索给整个行业上了宝贵的一课。

然而,这门课程的学费相当昂贵——根据五年多的研发周期和数千名R&D人员的投入,它价值超过10亿欧元。

这也让我们更加清醒地认识到,摆在自动驾驶行业面前的是一座不易攀登的大山。

最近咨询公司System Plus拆了奥迪A8。借此机会,我们可以从技术和经济的角度来一窥:为什么实现更高水平的自动驾驶比想象中要困难得多。

System Plus对A8的拆解为以下问题提供了独特的见解:

造一辆3级自动驾驶汽车需要什么?

A8的传感器套件里隐藏着什么“秘密”?

第三级自动驾驶汽车需要多少计算能力?

奥迪中央驾驶辅助控制器zFAS背后的大脑是GPU、SoC、CPU还是FPGA?

zFAS的成本是多少?

1.利润

拆解System Plus不仅仅是为了逆向工程或识别硬件配置。System Plus还对A8进行了“反向成本计算”,即估算奥迪购买特定零部件和制造产品必须支付的成本。

根据System Plus的研究,ZFAS 60%的成本(约290美元)都花在了半导体上。

这个研究结果令人惊讶。因为现代汽车80%-85%都是电子产品,但成本普遍不高。

System Plus首席执行官罗曼·弗劳克斯(Romain Fraux)指出,对于汽车制造商来说,最让他们震惊的是一些关键零部件的超高溢价。像英伟达和英特尔这样的芯片公司实际上实现了50%的利润率。

不得不说,汽车厂商必须重新审视自动驾驶汽车。

System Plus的成本估算没有包含自动驾驶软件的R&D成本,但从zFAS中使用FPGA的角度来看,奥迪非常注重保护自己的软件资源。

在过去的18个月里,一些汽车制造商,如特斯拉,开始参与独立芯片的开发。有了自主研发的芯片,特斯拉可以完成自己产品的软硬件垂直整合。

然而,考虑到芯片设计的高成本,汽车制造商是否真的愿意致力于这一领域仍是个未知数。

A8的另一个亮点是,它是市场上的第一款Level 3车型,奥迪已经为其他汽车厂商做了一次旅行。

A8发布时,被广泛认为是“自动驾驶技术的突破”。

当交通堵塞引导系统打开时,司机可以从通勤途中停车和停车的麻烦中解脱出来。

但奥迪的高明计划还是击中了“摆脱它”的问题(当自动驾驶系统出现问题时,它会再次警告驾驶员干预车辆运行),粗心的驾驶员很容易出现安全问题,这几乎是现在三级车的“原罪”。

2.A8背后的秘密是什么?

进入新汽车时代后,汽车厂商面临的最大挑战不再是如何提升车辆性能,而是确保ADAS系统领先竞争对手。

奥迪A8在这条路上第一次试水。作为第一款三级量产车,率先使用激光雷达。

除了激光雷达,A8的传感器套件还包括摄像头、雷达和超声波传感器。

按照原计划,这款超豪华轿车可以在最拥堵的道路上轻松穿梭,无需驾驶员干预。

奥迪甚至强调司机开车时可以“摆脱手”(前提是遵守当地法律法规),利用路上的时间看电视、处理文件。

虽然车辆可以处理大多数驾驶任务,但人类驾驶员仍然要对车辆安全负责。

在梳理了奥迪A8采用的创新技术后,Fraux表示:“奥迪是第一家推出3级量产车的汽车制造商,A8上安装的Traffic Jam Pilot系统采用了传感器融合和激光雷达。」

3.三级自动驾驶和计算平台

自动驾驶技术的力量在于它不仅能承担人类驾驶员的工作,还能给乘客带来安全和舒适。

未来,除了进化的车辆,道路将全面网络化、智能化,交通拥堵和环境污染将大大减少,道路安全将进一步提升。

如今,自动驾驶正在成为汽车界的核心问题,A8上的Level 3被定义为高级别的自动驾驶。

有了这个系统,尽管自动驾驶模式下的最高车速只有60 km/h,但驾驶员无需持续关注车辆的纵向和横向运动。

弗劳克斯说:“奥迪A8配备了各种传感器和zFAS控制器,由Ampofur集成了四个芯片。」

ZFAS是业界首个商用集中式计算平台。

它负责处理来自超声波传感器(前、后、侧)、360度摄像头(前、后、侧)、中程雷达(每个角度)、远程雷达和激光雷达的实时数据。

4.zFAS有足够的计算能力吗?

用于构建zFAS的四款芯片均来自NVIDIA Tegra K1,可完成交通信号识别、行人检测、碰撞预警、灯光检测和道路识别等。

Tegra K1由8层PCB组成,共集成192个Cuda内核,与开普勒GPU集成的NVIDIA SMX机型相同,支持DirectX 11和OpenGL 4.4。

鉴于集成在车辆中的传感器越来越多,选择功能强大的处理器非常重要。

Mobileye EyeQ3芯片是一款图像处理神器。

为了满足功耗和性能的要求,EyeQ SoC不仅采用了优化的几何结构,还在EyeQ5上引入了7nm FinFET工艺。

此外,每个EyeQ芯片都配备了可编程异步加速器,每个加速器都针对算法进行了专门优化。

有趣的是,虽然处理器已经非常强大,但Tegra K1和EyeQ3仍然没有完全的信心承担完整的3级任务。

除了Terga K1,zFAS还集成了用于数据预处理的Altera Cyclone(FPGA)和用于安全运行监管的英飞凌Aurix Tricore。

英飞凌的Aurix架构主要负责电力系统的性能优化和安全应用。TriCore也是业界首款面向实时嵌入式系统的统一单核32位微控制器-DSP架构。

5.奥迪A8采用了哪些传感器?

在当前的汽车行业,ADAS系统正逐渐成为新车型的标配(为了更高的安全评分)。

如上图,可以看到奥迪A8配备了哪些设备。

比如奥托立夫的第三代汽车夜视摄像头、安柏的前视车道辅助摄像头、法雷奥的Scala激光扫描仪、博世的LRR4 77GHz远程雷达、安柏的R3TR 76GHz中程雷达等。

“Tier 1研发的雷达传感器越来越高效,其中安博、维欧纳、ZF、法雷奥、博世、电装等公司表现最好。”弗劳克斯解释道。

具体来说,奥托立夫的夜视摄像头由两个模块组成——摄像头和远程处理单元。

这款红外夜视相机的秘密是FLIR的17 m像素高清氧化钒微测辐射热计ISC0901。

借助基于FPGA阵列和定制算法的复杂光学系统和数值处理系统,该夜视摄像机提供了一种工程化的方法。

Amber的车道辅助前摄像头安装在后视镜上,可以提供80米的探测范围和每秒36帧的图像。

这款相机采用了安森美提供的120万像素CMOS图像传感器和8位Microchip PIC微控制器。

zFAS控制单元使用Mobileye EyeQ3处理芯片管理图像映射和识别软件。

LRR4是一款多模式雷达,具有6个固定天线,来自博世。四个居中排列的天线可以高速记录环境,同时产生孔径角为6度的聚焦波束,对相邻车道的交通干扰最小。

当距离较近时,LRR4的两个外置天线可以将视野扩大到20度,范围为5米,可以快速检测进出车道的车辆(如上图)。

Ampofur的近程雷达传感器由两个发射器通道和四个接收器通道组成,工作在76-77 GHz频段,这是汽车雷达应用的标准配置。

PCB采用单片微波集成电路(MMIC)和腔体波导技术。

至于射频(RF)印刷电路板(PCB)基板,玻璃压板用烃基陶瓷层加固,该陶瓷层完全不含PTFE。

6.激光雷达技术

奥迪A8的一大创新就是率先搭载了法雷奥的激光雷达。

这是一种以机械系统为基础,辅以905 nm波长的转镜技术和边缘散射技术的激光雷达。

激光雷达的射程为150米,水平视场角为145°,垂直视场角为3.2°。

电机控制单元由带控制驱动器的定子和转子以及用于运动检测的MPS40S霍尔传感器组成。

霍尔效应传感器会根据磁场改变其输出电压。

这是一个长期的解决方案,因为没有机械零件会随着时间的推移而磨损。同时,集成软件包还减小了系统的规模,实现的复杂度也更低。

激光雷达系统根据飞行时间(ToF)工作,可以测量精确的时间事件。

根据行业最新技术,多波束激光雷达系统可以生成车辆周围环境的精确三维图像,然后自动驾驶系统可以利用它来选择最合适的驾驶控制模式。

边缘散射激光器是半导体激光器的雏形,至今仍被广泛使用。它们可以在谐振长度上获得高增益。

在这种结构中,激光束将被引导到典型的双异质结构波导中。

根据波导的物理特性,它可能带来高光束质量但输出功率有限,或者导致高输出功率但低光束质量。

如上图所示,激光雷达解决方案中使用的激光器为3引脚TO封装,芯片面积为0.27mm2

激光器功率75 W,直径5.6 mm,调节单元采用雪崩光电二极管(APD)采集通过两个透镜(一个发射,一个接收)的激光束。

Fraux表示:“APD可能由First Sensor在150 mm晶圆上制造,该晶圆封装在芯片面积为5.2平方毫米的8引脚FR4 LLC封装中。」

所谓APD是一种高速光电二极管,利用光子倍增获得低噪声信号。APD具有比PIN光电二极管更高的信噪比,可用于各种应用,如高精度测距仪和低照度检测。

从电子学的角度来看,APD需要更高的反向电压,同时需要更详细地考虑与温度相关的增益特性。

除了用于激光和运动控制的两个单元之外,控制硬件中还有一个主板。

在这块主板上,有Xilinx XA7Z010 SoC、双核ARM Cortex-A9、32位意法半导体SPC56EL60L3微控制器和电源管理系统。

电源管理系统包括ADI的同步降压调节器、英飞凌的双通道高端电源开关、ADI的带LDO的三路单片降压ic和Allegro的三相无传感器风扇驱动IC。

FlexRay协议支持数据通信,而FlexRay系统由多个电子控制单元组成,每个电子控制单元都有一个控制器来管理一个或两个通道的访问。

这种激光雷达技术可以将每卷10万台/年的成本降低到150美元,其中很大一部分与主机板和激光器有关。

在激光雷达项目中,跨阻放大器是电子布局中最关键的部分。低噪声、高增益和快速恢复使这些新器件成为汽车应用的理想选择。

为了获得最佳性能,设计人员必须特别注意接口和集成电路、波长和光机械对准。

值得一提的是,这些集成电路符合AEC-Q100认证,能够满足汽车行业最严格的安全要求。

参考文献:

https://www . eetimes . com/under-hood-what-Audi-A8-has-示教-us/5/