車載傳感器之爭:日企VS世界

2020/10/29


  為迎接自動駕駛時代的到來,各企業圍繞作為「汽車之眼」的傳感器展開了激烈的開發競爭。索尼已正式開展車載攝像頭使用的圖像傳感器業務。通過電波來測量車輛與障礙物之間距離的「毫米波雷達」、使用雷射的「LiDAR」等三維傳感器也作為主力候選技術浮出水面。傳感器被稱為自動駕駛時代的核心技術。日本經濟新聞(中文版:日經中文網)對競爭的最前沿進行了追蹤。

   

  「過去10年的大趨勢是手機(Mobile),今後是移動工具(Mobility)」,在1月舉行的美國數位技術展會CES上,索尼會長兼社長吉田憲一郎如此表示。在這場展會上,索尼公開了自身的純電動汽車「VISION-S」。

   

索尼開發的純電動汽車裝有33個傳感器

   

  VISION-S安裝了包括圖像傳感器在內的33個傳感器。指揮車輛開發工作的索尼執行董事川西泉表示,「可360度監控汽車周圍的情況,讓乘車人和汽車周圍的人安心」。其核心就是圖像傳感器,索尼在面向智慧手機的圖像傳感器領域擁有全球7成份額,但在車載領域僅為9%。索尼打算通過VISION-S深入挖掘客戶對傳感器的需求,全面開拓市場。

   

  車載圖像傳感器:美國企業憑藉歷史和經驗迎擊索尼

   

  「我們很尊重索尼,但我們在車載領域擁有悠久歷史和豐富的經驗」。迎擊索尼的是在車載圖像傳感器領域擁有50年以上歷史、市佔率達到45%的美國安森美半導體(ON Semiconductor)等老牌企業。

   

  車載圖像傳感器需要具備兩種技術,一是可拍攝具有明暗差異的影像,二是在發光二極管(LED)的照明下拍攝時能防止畫面閃爍。這兩個課題可以分別解決,但很難同時兼顧。

 

   

  比如,畫面閃爍的原因是LED高速閃滅。解決方法是延長攝像頭的曝光時間。而要防止高光過白,則需要縮短曝光時間。一般會使用兩種像素來解決這種兩難的問題,但將兩種圖像數據結合在一起時,往往會出現異常。

      


       

  安森美改進了像素本身的結構,用一種像素成功解決了兩個問題。該公司的圖像傳感器被速霸陸(SUBARU)的先進安全系統「EyeSight」的新一代産品採用,切實穩固了自己的地盤。

      

  不易受惡劣天氣影響的毫米波雷達

   

  圖像傳感器的缺點是容易受逆光等影響,毫米波雷達因可以彌補這一缺點而不斷普及。毫米波是一種微波,可根據從遇到障礙物到反射回來的時間來測量距離。雖然不擅長檢測對象物體的準確形狀,但毫米波具有很強的直線行進性,即便在雨雪等惡劣天氣中也不易受到影響。

   

  全球最大的毫米波雷達企業是德國英飛淩科技(Infineon Technologies)。由於2005年全球首次量産了採用「矽鍺碳」(Silicon-Germanium Carbon)材料的毫米波雷達半導體,該公司在開拓市場方面領先。矽鍺碳與以前使用的砷化鎵相比,可以大幅降低製造成本。

    

   

  目前,每輛普通汽車搭載約3個毫米波雷達,高檔車甚至達到6個左右。如果自動駕駛正式普及,每輛車需要安裝約15個毫米波雷達。大量汽車用雷達發射電磁波,可能會導致雷達之間相互干擾,「今後的課題是開發降噪技術」(英飛淩科技日本公司的汽車事業本部的部長降矢知隆)。

    

  利用毫米波雷達監控車內情況的時機也越來越成熟。備受期待的用途是防止將孩童遺忘在車內。2019年,一項要求汽車必須具備防止將孩童遺忘在車內功能的法案被提交給美國國會。歐洲也出現了汽車安全性評估機構「EuroNCAP」打算將該功能納入評估項目的動向。

   

  日本大型汽車零部件企業阿爾卑斯阿爾派(ALPSALPINE)4月與瑞典初創企業Acconeer展開合作,攜手開發低耗電毫米波雷達。阿爾卑斯阿爾派的執行董事泉英男錶示,「毫米波雷達的耗電量很低,在汽車熄火後也能監控車內情況」。

   

  雖然使用攝像頭來檢測駕駛員打盹等的動向不斷擴大,但「(攝像頭在)夜間拍攝精度會下降,很難識別包裹在毛毯裏的嬰幼兒」(泉英男)。毫米波雷達可檢測人的心跳等微小振動,監控過程中不受車內環境的影響。

   

  LiDAR可檢測很小的物體

   

  與攝像頭和毫米波雷達一起被稱為自動駕駛「三大神器」的是三維傳感器LiDAR。這種傳感器測量距離的基本原理與毫米波雷達相同,但可利用波長較短的紅外雷射檢測很小的物體,還可用於製作三維地圖。

     


           

  「如果不使用馬達的話,可以把價格控制到幾萬日元到幾十萬日元」,在東芝7月召開的LiDAR技術説明會上,該公司的首席研究員崔明秀如此介紹。

                 

  傳統LiDAR的主流方式是使用馬達驅動設備轉動,進行360度全方位雷射照射。但設備的結構複雜,單價高達數百萬日元,用途僅限於自動駕駛實驗車輛和用來獲取地圖數據的作業車輛等。東芝將開發採用「固態」(Solid State)技術,把驅動部分換成半導體的LiDAR産品。

       

  日本京瓷和先鋒等也開展LiDAR業務,在價格和小型化方面展開競爭。

     

   

  日本半導體企業瑞薩電子向加拿大初創企業LeddarTech提供了半導體。已確定在加拿大運行的自動行駛接駁巴士上採用。固態技術的出現為LiDAR傳感器開闢了迅速普及的道路。

    

  矢野經濟研究所的數據顯示,2020年應用於自動駕駛的LiDAR市場規模僅為24億日元,到2030年將擴大至200倍,達到4959億日元。為了抓住增長市場,各企業紛紛開展LiDAR業務。全球的LiDAR專業初創企業被認為達到100家左右,呈現出混戰局面。

   

     

  在圖像傳感器、毫米波雷達、LiDAR中,究竟哪種傳感器會在「汽車之眼」領域的角逐中問鼎呢?一家日本零部件企業的技術人員稱,「每種傳感器都有自己的優缺點。要生産更為安全的汽車,重要的是把多種方式的數據融合在一起」。在日本最大家電與IT商品展會「CEATEC」上,日清紡控股(HD)的子公司JRC Mobility展出了一項新技術,通過把攝像頭的圖像和毫米波雷達數據結合在一起,可同時檢測出三維位置信息和速度信息。

   

  完全自動駕駛被認為將在2020年代中期到2030年左右全面投入使用。各企業都在為即將到來的出場機會做準備,打磨「三大神器」的識別能力。

   

  日本經濟新聞(中文版:日經中文網)企業報導部 廣井洋一郎、矢尾隆行、菅野氣宇

  

版權聲明:日本經濟新聞社版權所有,未經授權不得轉載或部分複製,違者必究。