传感器背后的汽车「智慧之眼」|投资笔记

企业   财经   2024-10-14 10:30   上海  


继《投资笔记》专栏之后,我们推出了全新的商业叙事类播客《投资笔记》。


我们探讨了最新科技领域的突破性进展与应用,分析了顶尖创业公司的产品力创新,分享了不同领域优秀的创始人们对于商业科技的思考与认知,来自投资人的视角:如何宏观地看到投资的趋势,如何微观地判断企业的潜力?


《投资笔记》播客第三季已正式上线。如果你也对科技的发展抱有强烈的好奇心,对在商业世界中开疆拓土的故事充满热情,希望自己对这个世界的认知又变得更加深刻与宽广一点点,那么不妨打开电台,听一听我们为你带来的科技与商业世界的信号与电波,在小宇宙、喜马拉雅、苹果播客、Google Podcast等泛用型客户端搜索“投资笔记”即可收听。


欢迎收听本期投资笔记:S3E7 道路千万条,一个小零件如何让你安全第一条?



虽然倒车雷达、倒车影像如今早已经成为不少车的标配,然而最初的倒车影像其实并不能精准告诉你车身周边的路况,能在倒车时用滴滴声提醒距离远近已经算是便捷;但在此后数年中,随着新能源汽车的爆发,汽车厂商不断加码辅助驾驶与自动驾驶,倒车雷达与影像的应用从车尾延伸至车身的四周,以便驾驶员或车辆侦察来自各个方向的障碍物减少视觉盲区,同时也逐渐有了全景影像、360透明影像等更为精确的辅助影像。

汽车用于观察外部环境的「智慧之眼」只是我们看到的极少数,位于肉眼不可及的汽车结构内部,还存在着无数个精密复杂的系统,实时监控汽车状况——从车内环境到轮胎,从电池包到电源管理……

此前作为代步工具的机械汽车如今早已是兼顾性能与安全、能够「感知」的智能体。这背后的功臣之一,来自汽车的核心组件——传感器。

通俗地说,在汽车行驶过程中,传感器可以精确捕捉车辆自身与周围环境的信息,并将其传递至参与决策与执行的汽车组件。伴随辅助驾驶与自动驾驶火到出圈,位于感知层的汽车传感器也迎来高光。

根据咨询公司Yole Intelligence的数据,2022年,汽车传感器全球出货量为54亿个,到2028年,全球传感器出货量将达到83亿个。

汽车传感器的需求上涨,一方面来自于单车所需传感器数量的增加——业内专家曾提到,传统燃油车的芯片数量大约为2,000块,而新能源车单车的芯片最高可达5,000块;其中,传感芯片的比例有望超过25%。

此外,汽车产量的增速进一步催化了传感器市场——在汽车无线传感器芯片厂商琻捷电子CEO李梦雄的观察中,近年来,消费者对于汽车定位的转变,在潜移默化中加速了传感器等汽车部件的推陈出新。

李梦雄


在当今社会,购置新车辆时,消费者往往能够体验到汽车的智能性。例如,车辆的语音智能系统使得驾驶者无需亲自操作雨刷和车灯,甚至车内还配备了能够与音乐节奏同步变化的氛围灯。这些创新技术将车辆从单纯的机械出行工具,转化为了一件极大的娱乐装置。


创立琻捷、投身于汽车传感芯片的研发,出发点其实很简单。鉴于中国已成为全球最大的汽车市场,同时也是最大的生产和消费国,我们相信我们所研发的产品拥有市场潜力,且该市场正处于持续增长之中,备受业界期待。


此外,我们团队具备深厚的技术积淀。我在SENSATA公司任职期间,主要负责中国市场的业务拓展,并在技术开发与技术管理领域积累了丰富经验。伴随着新能源汽车行业的发展,我们开拓了最早的TPMS产品线。

TPMS是轮胎压力监测系统,它的作用是在汽车行驶的过程中实时监测轮胎气压和温度,并将数据传送到驾驶室的主机。如果轮胎出现气压过低、气压过高、漏气等异常,系统就会发出预警。

李梦雄


轮胎是车辆唯一与地面接触的零部件,因此非常关键。据高速公路事故统计,高达70%的重大交通事故是由轮胎爆胎所引发。鉴于此,美国在2007年颁布了强制性法规,要求所有在公路上行驶的乘用车,无论是新能源车还是燃油车,都必须安装TPMS;欧洲于2012年实施了类似的法律,中国也在2017年跟进出台了相应的胎压监测法规。


我们公司成立于2015年,当时预见中国可能会出台此类强制法规,因此将TPMS产品作为公司首个开发的汽车传感芯片产品。随后,我们又实现了TPMS芯片的国产替代,引领了创新。我们是全球首家推出单芯片解决方案的公司,将蓝牙与胎压监测功能集成于一体。目前,我们能够为一级供应商或整车厂商提供一整套解决方案,包括蓝牙胎压监测和蓝牙钥匙等。

如果这样解释TPMS还是有点抽象——不如回想一个你或许也经历过的日常情景:车的仪表盘上,偶尔会出现一个「轮胎横截面形状加感叹号」的符号,它就是所谓的TPMS故障灯——当胎压监测系统察觉到异常,故障灯就会亮起。

除了轮胎压力监测系统,传感器对于汽车安全的重要作用,还体现在电池管理系统BMS。BMS可以看作是汽车动力电池的管家,能随时监看电池基本参数,防止出现过度充电或过度放电等情况,确保电池于汽车的安全运行,尤其是降低电池热失控导致汽车自燃对驾乘人员构成的威胁。

汽车电池发生热失控时,多种化学反应将导致电池包内部的温度上升、压力异常;更重要的是,热失控一旦发生,便无法停止。因此,传感器对于电池异常的提前预警,就变得尤为重要。

转折发生在2020年。这一年,针对此前频繁发生的电动车自燃事件,工业和信息化部制定了强制性国家标准,要求电动汽车的电池单体发生热失控后,电池系统要在5分钟内不起火不爆炸,为人员预留安全逃生时间。

李梦雄


最初的热失控管理系统,主要功能是监测电芯的电压、电流和温度等信息。


为了应对相关问题,电池管理系统(BMS)厂商或电池生产商都在寻求新的解决方案。一些领先的电子制造商及汽车厂商联系我们,为此,我们开发了电池保护系统(BPS)芯片,帮助他们实现更多维度的电池包监控。


BPS包含几颗关键的芯片,例如第一颗负责采样的芯片和第二颗用于处理的芯片,其主要功能是将电池包内电芯的电压、电流和温度等信息采集完毕后,进行数据处理和监控,以确保电池包在安全状态下工作。一旦检测到异常状态,系统将采取相应措施,例如进行隔离、发出报警,或在电池充电和放电过程中增加开关和管控措施,以保障电池包的安全性。


非常明确的信息就是,电子制造商和整车厂商等客户已经给出了反馈:安装了BPS和BMS后,因热失控问题导致的事故显著减少。因此,这也是为什么越来越多的高端车型开始安装BPS和BMS,其市场渗透率正在逐渐提高。


在电池系统中,我们通常对电芯进行采样,收集其电压、电流和温度信息,并将这些数据反馈至BMS系统。过去这一过程是通过有线连接实现的,即在电池包内布置大量的线束,连接到每个电芯以监控其信息。但是有线连接存在一些局限性,例如线束本身具有一定的成本和重量,并且可能存在螺丝松动等问题。


针对这些问题,我们开发了一种新型产品——WBMS(无线电池管理系统)芯片,该产品的设计理念是替代传统的有线BMS。

有了无线BMS,汽车电池内部90%的低压线束都可以取消,大大减少布线的复杂性,以此降低系统装配与维护成本;与此同时,无线BMS可以减轻汽车重量,为搭载更多的电池创造空间,续航里程提升也因此有了更多可能性。另一方面,随着新能源汽车数量不断增加,动力电池的回收再利用迅速兴起,而无线BMS赋予电池包更简单的模组,更利于动力电池的梯次利用,将新能源汽车电池的富余价值应用于可再生能源等领域之中——根据德勤发布的锂电回收报告,2021年到2025年,全球动力电池回收市场规模的增速达到了81%,预计在2027年破千亿。

李梦雄


随着技术的发展,我们可以观察到,包括电芯尺寸在内的电池装备效率正逐渐增大。例如,特斯拉早期使用的电芯尺寸为18650,这一数字代表了电芯的直径和高度。随后,电芯尺寸发展到了21700,直至目前的大圆柱形4680型号。随着电芯尺寸的增加,其单体价值也在提升,因此,实时监控每个电芯的信息变得尤为重要。这一趋势推动了无线BMS技术的发展,使其成为行业关注的焦点。


我们公司在两年前就开始了无线BMS技术的布局。虽然目前尚未实现量产,但我们预计在未来2至3年内将正式实现量产,并逐步取代有线BMS系统。无线BMS技术也是公司当前重点布局的战略方向,目前我们已经与客户合作进行了前期的验证和实验工作,并计划在今年或明年将这一技术投入实际应用。

说到汽车传感器,还有一类不得不提,那就是我们最为熟悉的、用于感知周围环境的传感器。对于这一类传感器,当下最为常见的,是有着雷达「三剑客」之称的超声波雷达、毫米波雷达,以及激光雷达。

超声波雷达根据超声波折返的时间来测算车辆与障碍物的距离。我们在汽车尾部保险杠上看到的圆形装置,就是超声波雷达。它有极强的抗干扰能力,受天气的影响较小;但探测距离较短,无法判断障碍物的具体位置与形状,而且响应速度也相对缓慢,不适用于高速行驶的汽车。

对于高速行驶的车辆来说,毫米波雷达或许更能派上用场。毫米波雷达兼具测距与测速功能,但它最大的劣势在于,无法分辨物体的形状与大小,举个例子,道路边经过的究竟是行人还是路标,毫米波雷达无法判断。

如果要精准获取周围物体的形状与大小,就得靠能够绘制3D环境地图的激光雷达了。

这些年来,激光雷达可以说是集万千宠爱于一身——稍有留意你就能发现,汽车品牌在发售新车的时候,都会宣传激光雷达的配置。

由于制造成本居高不下,目前还没有单独使用激光雷达的汽车,大多都采用了激光雷达配合毫米波雷达、超声波雷达与摄像头的方案。

如果我们将场景聚焦在自动驾驶,以激光雷达为主导的传感器方案脱颖而出成为最主流的一派;站在对立面的,则是仅仅依赖摄像头的纯视觉感知。特斯拉,就是最具代表性的、用纯视觉方案代替激光雷达的汽车厂商。

特斯拉的全自动驾驶系统FSD使用的就是纯视觉算法——摄像头捕捉到图像后交由视觉技术处理,为自动驾驶系统提供环境信息。纯视觉方案的优势在于,汽车对于外部的感知接近人眼,并且在算法优秀与样本累积的情况下,具备自主学习的能力。不过作为模拟人眼的视觉算法,强光、夜间与极端天气将很大程度上影响它的判断。

但话说回来,特斯拉对于激光雷达持什么样的态度?特斯拉CEO埃隆·马斯克曾经这样说过,「只有傻瓜才用激光雷达」。

事实上,马斯克已经不止一次在公开场合发表类似观点。在他看来,「激光雷达昂贵、丑陋」,「就像人身上长了一堆阑尾,阑尾本身的存在基本是无意义的」。不过,今年的一些蛛丝马迹似乎又在暗示,马斯克似乎开始向激光雷达妥协。根据美国激光雷达公司Luminar财报显示,2024年一季度,特斯拉购买了大约210万美元的激光雷达,成为这家公司的最大客户。

话虽如此,特斯拉购买激光雷达的意图仍不明朗。或许是在为未来的车型做准备,或许只是作为纯视觉方案的基准测试,但有一点可以明确的是,特斯拉仍在进一步优化它的纯视觉方案。

在了解了不同种类的传感器与传感芯片之后,你大概会联想到最近颇受关注的另一种芯片——自动驾驶芯片。对此,李梦雄指出,自动驾驶芯片与感知芯片并不属于同一领域。

李梦雄


我们所研发的是大模拟、小数字类型的芯片,包括超声波芯片、胎压芯片以及电池包芯片等。这些芯片主要作为辅助设备,用于收集车辆信息并传输给自动驾驶系统,以便其做出决策。自动驾驶芯片则属于大芯片,具有较高的技术壁垒,这要求研发人员对算力和GPU、CPU等等有深入的理解。

自动驾驶芯片的战场,是PC与智能手机芯片的延伸。当前参与自动驾驶芯片的主要厂商,正是像英伟达、高通这样深耕计算领域的头部企业。根据沙利文的数据,作为最早进入汽车行业的芯片制造商,英伟达在2022年占据了全球高算力自动驾驶芯片市场82.5%的份额。

李梦雄


高通早在2014年至2015年期间便开始涉足汽车领域,当时有很多人看不懂高通的逻辑,不理解他们为什么要收购恩智浦;实际上,高通当时已经洞察到汽车市场的巨大潜力。尽管最终收购恩智浦的计划未能成行,我觉得根本原因在于高通认为无需依赖恩智浦,自身完全有能力独立完成相关业务发展。事实证明,高通的判断是正确的。如今,在智能驾驶舱领域,高通的市场份额已高达80%。


高通公司已经将许多周边芯片集成到其产品中,形成了一个大而全的概念。高通认为,既然在消费类芯片领域拥有强大的技术优势,为何不将这些周边技术也集成进去呢?这种策略迫使许多其他公司也采用高通的方案。此外,对于其他公司而言,高通进入汽车芯片领域是一种降维打击。高通在算力领域取得了许多成就,只需将产品进行车规认证即可。


汽车自动驾驶芯片具有极高的技术壁垒以及漫长的验证和导入周期,最后的玩家不会太多。因此,在未来3至5年内,公司不会涉足自动驾驶的大芯片领域。琻捷处于Tier 2领域,技术积累主要集中在模拟和传感领域,这些技术也用于辅助驾驶。

在汽车供应链上,零部件供应商被划分为多个层级。Tier 1是一级供应商,直接向汽车整车制造商供货。相应地,Tier 2为二级供应商,主要向一级供应商提供汽车零部件。

李梦雄


我们实际上处于Tier 2的位置,这是因为我们专注于芯片的开发。之前我们也曾考虑过公司是否应该转向成为模组制造商,变成Tier 1,但经过反复认证和多方面的考量,我们决定保持定位清晰,即作为Tier 2的芯片供应商,而非转型为Tier 1的方案供应商。首先,作为一个创业公司,我们已经度过了最早的初创阶段,应该专注于最擅长的领域,例如芯片设计。如果涉及到模组制造,就可能会涉及到生产制造,甚至可能涉及到重资产投资,例如工厂管理,这至少在目前阶段并不是我们的强项。其次,如果我们转型为Tier 1,可能会将我们的客户转变为竞争对手,尽管这可能会带来更高的销售收入或单体价值,但在我们看来,这可能不是一个明智的选择。

传感芯片也好,自动驾驶芯片也罢,只要提到「芯片」,我们总是将它与前几年频繁提起的「缺芯」相关联。但真实情况是,出现短缺的大多是应用于存储器、功率器件、传感器等部件的芯片,高算力芯片并不是「缺芯」事件的主角。

李梦雄


许多芯片产品,如MCU(微控制器单元)和功率曲线等,出现了结构性缺货。这主要是因为半导体行业的周期性,以及新能源汽车市场的迅速增长。这两个因素叠加在一起,导致新能源汽车市场的爆发对很多芯片产生了大量需求,对通用芯片的需求尤为显著。

另一方面,疫情以来,芯片停工停产,全球物流按下暂停键,扰乱了全球汽车供应链。汽车行业数据预测公司AFS的报告显示,2021年,芯片短缺导致全球汽车减产1,050万辆;2022年,短缺的余波致使全球汽车减产数量仍然达到了450万辆。不过,从2023年下半年开始,我们可以发现,芯片短缺的浪潮已经逐渐退去。

在汽车芯片行业摸爬滚打的创业者,总是一副经历过大风大浪后的云淡风轻。他们不常吐露的,是制造一颗车规级芯片到底有多难。

以我们日常接触到的消费级芯片作为对比,无论是手机、平板还是智能手表这类消费电子的芯片,主要考量性能与功耗——实现日常任务处理与掌上娱乐的同时,减少机身发烫;而汽车作为载人的交通工具,其芯片更加看重安全性以及在极端环境中的稳定性,对设计提出了更高的要求,例如,车规级芯片需要承受的温度范围大约在负40摄氏度到150摄氏度之间,消费级芯片承受的温度范围为0摄氏度到70摄氏度。

符合车规的设计还只是芯片面临的第一道关卡,完成开发之后,芯片需要通过一系列的测试认证与验证周期;而在这段时间里,芯片厂商还得随时洞察制程工艺的迭代与海内外竞争对手的步伐。一颗汽车芯片,从设计、认证、验证、到装车,通常需要三至五年的时间。对于芯片厂商来说,只有大规模落地量产,企业才有实现盈利的可能,也才会有活下来的机会。
五年又五年,五年再五年……在技术的更迭中加速创新,也在漫长的周期中保持耐心——汽车芯片厂商的赛跑,又何尝不是一场比技术、斗心智的马拉松呢?
以下为《投资笔记》播客第三季的内容:
S3E1 Vision Pro能不能降价,不只苹果说了算
S3E2 SpaceX掌门人马斯克,为何能用「白菜价」造火箭?
S3E3 蜜雪冰城为何只要3块?分析低价背后的工业互联网革命
S3E4 在未来,你能接受换一颗猪心吗?
S3E5 和你一样,你的快递也坐上了新能源车

S3E6 听完这期实现人生逆袭?AR、VR、XR……各种R,一次给你讲明白!

S3E7 道路千万条,一个小零件如何让你安全第一条?

*封面图来源于AI生成


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