雖然奧迪 A8 已經(jīng)銷往全世界，但它搭載的 Level 3 自動(dòng)駕駛功能一項(xiàng)都沒(méi)能激活。

頂著全球首個(gè)量產(chǎn)L3 自動(dòng)駕駛光環(huán)的 A8，這個(gè)事實(shí)或多或少會(huì)讓奧迪感到尷尬。

而奧迪研發(fā)部門(mén)負(fù)責(zé)人 Hans-Joachim Rothenpieler 最近在接受《Automotive News Europe》專訪時(shí)表示「奧迪將不會(huì)在全球范圍內(nèi)為現(xiàn)款 A8 引入 Traffic Jam Pilot 系統(tǒng)?！?/p>

此番言論又讓奧迪的尷尬升級(jí)——這意味著奧迪不會(huì)在 A8 這款車(chē)型上搭載 L3 級(jí)別自動(dòng)駕駛系統(tǒng)了。

奧迪宣布放棄在 A8 車(chē)型引入 L3  級(jí)自動(dòng)駕駛，原因有三：

其一，按車(chē)型迭代看，奧迪 A8 已經(jīng)走完了大部分的生命周期；其二，從監(jiān)管角度看，目前還沒(méi)有適用于 L3 級(jí)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的法律框架；另外，全球范圍內(nèi)的 L3 級(jí)量產(chǎn)車(chē)，不能完成針對(duì)這一級(jí)別的認(rèn)證；

雖然結(jié)局讓人惋惜，但奧迪在 L3 自動(dòng)駕駛上的探索，還是給整個(gè)行業(yè)上了寶貴的一課。

只不過(guò)，這一課的學(xué)費(fèi)相當(dāng)昂貴——按照 5 年以上研發(fā)周期和上千研發(fā)人員投入算，價(jià)值超過(guò)了 10 億歐元。

這也讓我們更加清楚地認(rèn)識(shí)到：擺在自動(dòng)駕駛行業(yè)面前的，是一座不易翻越的高山。

最近，咨詢公司 System Plus 對(duì)奧迪 A8 進(jìn)行了拆解。借此機(jī)會(huì)，我們可以從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度一窺：為何實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛比想象中要難得多。

System Plus 對(duì) A8 的拆解，為以下問(wèn)題提供了獨(dú)到的見(jiàn)解：

• 造出一輛 Level 3 自動(dòng)駕駛汽車(chē)需要什么？

• A8 的傳感器套件中藏著什么「秘密」？

• Level 3 自動(dòng)駕駛汽車(chē)需要多強(qiáng)悍的算力？

• 奧迪的中央駕駛輔助控制器 zFAS 背后的大腦是 GPU、SoC、CPU 還是 FPGA？

• zFAS 到底成本幾何？

1、利潤(rùn)

System Plus 的拆解并不只是簡(jiǎn)單為了逆向工程或識(shí)別硬件配置。System Plus 還針對(duì) A8 進(jìn)行了「逆向成本計(jì)算」，即估計(jì)奧迪采購(gòu)特定組件和制造產(chǎn)品所必須付出的成本。

據(jù) System Plus 的研究顯示，zFAS 60% 的成本（約 290 美元）都花在了半導(dǎo)體上。

這個(gè)研究結(jié)果讓人詫異。因?yàn)?a class='link' target='_blank'>現(xiàn)代車(chē)輛上 80%-85% 都是電子產(chǎn)品，但成本普遍都不高。

System Plus CEO Romain Fraux 指出，對(duì)汽車(chē)廠商來(lái)說(shuō)，最令他們震驚的是一些關(guān)鍵零部件的超高溢價(jià)，像英偉達(dá)、英特爾這樣的芯片公司，居然達(dá)到 50%的利潤(rùn)率。

不得不說(shuō)，汽車(chē)廠商必須重新看待自動(dòng)駕駛汽車(chē)。

System Plus 的成本估算并未包含自動(dòng)駕駛軟件的研發(fā)費(fèi)用，但從 zFAS 上用到了 FPGA 來(lái)看，奧迪非常注重保護(hù)自己的軟件資源。

過(guò)去 18 月，一些汽車(chē)廠商，比如特斯拉已經(jīng)開(kāi)始涉足自主芯片的開(kāi)發(fā)。有了自研芯片，特斯拉就能完成自家產(chǎn)品的軟硬件垂直整合。

但是，鑒于芯片設(shè)計(jì)成本高昂，汽車(chē)廠商是否真的愿意全身心涉足這一領(lǐng)域還是未知數(shù)。

A8 身上的另一個(gè)閃光點(diǎn)還在于，它是市場(chǎng)上首款 Level 3 車(chē)型，奧迪為其他汽車(chē)廠商趟了雷。

A8 發(fā)布時(shí)，外界公認(rèn)其為「自動(dòng)駕駛技術(shù)的突破」。

它搭載的 Traffic Jam Pilot 系統(tǒng)開(kāi)啟后，就能讓駕駛員從通勤路上走走停停的煩惱中得到解放。

不過(guò)，奧迪的大好計(jì)劃還是撞上了「脫手」問(wèn)題（自動(dòng)駕駛系統(tǒng)出問(wèn)題時(shí)，向駕駛員發(fā)出警告，提醒他們重新介入車(chē)輛操作），麻痹大意的駕駛員很容易出安全問(wèn)題，而這種問(wèn)題現(xiàn)在幾乎成了 Level 3 車(chē)輛的「原罪」。

2、A8 背后藏著什么秘密

進(jìn)入新汽車(chē)時(shí)代后，汽車(chē)廠商最大的挑戰(zhàn)不再是如何提升車(chē)輛性能，而是要保證 ADAS 系統(tǒng)領(lǐng)先對(duì)手。

奧迪 A8 就在這條路上先試了水，作為第一款 Level 3 量產(chǎn)車(chē)，它率先用上了激光雷達(dá)。

除了激光雷達(dá)，A8 的傳感器套件中還有攝像頭、雷達(dá)與超聲波傳感器。

按照原定計(jì)劃，這款超豪華轎車(chē)能在沒(méi)有駕駛員介入的情況下游刃有余穿梭在最為擁堵的道路上。

奧迪甚至還強(qiáng)調(diào)，駕駛員可以在行駛途中「脫手」（前提是符合當(dāng)?shù)胤煞ㄒ?guī)），利用路上的時(shí)間看看電視，處理處理文件。

雖然車(chē)輛能處理絕大多數(shù)駕駛?cè)蝿?wù)，但人類駕駛員還是要對(duì)車(chē)輛安全負(fù)責(zé)。

Fraux 在梳理了奧迪 A8 用到的創(chuàng)新技術(shù)后表示：「奧迪是第一個(gè)推出 Level 3 量產(chǎn)車(chē)的汽車(chē)廠商，A8 上安裝的 Traffic Jam Pilot 系統(tǒng)則用到了傳感器融合與激光雷達(dá)?！?/p>

3、Level 3 自動(dòng)駕駛與計(jì)算平臺(tái)

自動(dòng)駕駛技術(shù)的強(qiáng)大之處在于，它不但能承擔(dān)人類駕駛員的工作，還能為乘客帶來(lái)安全與舒適。

未來(lái)，除了進(jìn)化的車(chē)輛，道路也會(huì)全面網(wǎng)絡(luò)與智能化，交通擁堵與環(huán)境污染將大大減少，道路安全性進(jìn)一步提升。

如今，自動(dòng)駕駛正在成為汽車(chē)世界的核心議題，而 A8 上的 Level 3 則被定義為高級(jí)別自動(dòng)駕駛。

有了這套系統(tǒng)，駕駛員就無(wú)需持續(xù)關(guān)注車(chē)輛在縱向和橫向上的運(yùn)動(dòng)，雖然自動(dòng)駕駛模式下其最高速度僅為 60 公里/小時(shí)。

Fraux 表示：「奧迪 A8 搭載了各類傳感器及安波福用 4 塊芯片整合出的 zFAS控制器。」

zFAS 算得上是業(yè)界首款商用的集中式計(jì)算平臺(tái)。

它要負(fù)責(zé)處理來(lái)自超聲波傳感器（前置、后置與側(cè)置）、360 度攝像頭（前置、后置與側(cè)置）、中程雷達(dá)（每個(gè)角度）、遠(yuǎn)程雷達(dá)及激光雷達(dá)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

4、zFAS 算力夠嗎？

搭建 zFAS的四塊芯片是來(lái)自英偉達(dá) Tegra K1，它能完成交通信號(hào)識(shí)別、行人探測(cè)、碰撞預(yù)警、光線探測(cè)與道路識(shí)別等工作。

Tegra K1 由 8 層 PCB 組成，共集成了 192 顆 Cuda 核心，與英偉達(dá)整合在開(kāi)普勒 GPU 中 SMX 模型的數(shù)量相同，并提供 DirectX 11 與 OpenGL 4.4 支持。

鑒于車(chē)輛上整合的傳感器越來(lái)越多，因此選擇一顆強(qiáng)大的處理器相當(dāng)重要。

Mobileye  EyeQ3芯片就是圖像處理神器。

為了滿足功耗與性能要求，EyeQ SoC 不僅用上了優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)，還在 EyeQ5 上引入了 7nm FinFET 制程。

除此之外，每顆 EyeQ 芯片還都搭載了可編程的異步加速器，每個(gè)加速器都針對(duì)算法進(jìn)行了專門(mén)優(yōu)化。

有意思的是，雖然處理器已經(jīng)非常強(qiáng)大，但 Tegra K1 和 EyeQ3 依然沒(méi)有十足底氣承擔(dān)完整的 Level 3 任務(wù)。

除了 Terga K1，zFAS 中還整合了數(shù)據(jù)預(yù)處理的 Altera Cyclone（FPGA），以及負(fù)責(zé)安全運(yùn)行監(jiān)督的英飛凌 Aurix Tricore。

英飛凌的 Aurix 架構(gòu)主要負(fù)責(zé)動(dòng)力系統(tǒng)與安全應(yīng)用的性能優(yōu)化。TriCore 也是業(yè)界首個(gè)為了實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)而生的統(tǒng)一單核 32 位微控器-DSP 架構(gòu)。

5、奧迪 A8 用到了哪些傳感器？

在當(dāng)下的汽車(chē)行業(yè)，ADAS 系統(tǒng)正在逐步成為新車(chē)型的標(biāo)配（為了更高的安全評(píng)分）。

如上圖，你能一覽奧迪 A8 到底搭載了哪些設(shè)備。

比如 Autoliv的第三代車(chē)載夜視攝像頭，安波福的前視車(chē)道輔助攝像頭，法雷奧的 Scala 激光掃描器，博世的 LRR4 77GHz 遠(yuǎn)程雷達(dá)，安波福的 R3TR 76GHz 中程雷達(dá)等。

「Tier 1 開(kāi)發(fā)出的雷達(dá)傳感器正變得越來(lái)越高效，安波福、Veoneer，采埃孚，法雷奧，博世和電裝等公司都是其中翹楚?！笷raux 解釋。

具體來(lái)說(shuō)，Autoliv 的夜視攝像頭包含兩個(gè)模塊——攝像頭及遠(yuǎn)程處理單元。

這款紅外夜視攝像頭的秘訣是 FLIR 的 17μm 像素高清釩氧化物微測(cè)輻射儀 ISC0901。

借助基于 FPGA 陣列和定制化算法的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)及數(shù)值處理系統(tǒng)，這款夜視攝像頭提供了一種工程方法。

安波福的車(chē)道輔助前置攝像頭則安裝在后視鏡上，可提供 80 米的探測(cè)范圍和每秒 36 幀的圖像。

這個(gè)攝像頭使用了安森美提供的 120 萬(wàn)像素 CMOS 圖像傳感器和 8 位 Microchip PIC 微控制器。

zFAS 控制單元?jiǎng)t使用 Mobileye EyeQ3 處理芯片來(lái)管理圖像映射與識(shí)別軟件。

LRR4 是一種多模雷達(dá)，配有 6 個(gè)來(lái)自博世的固定天線。4 個(gè)居中排列的天線可對(duì)環(huán)境進(jìn)行高速記錄，同時(shí)生成了孔徑角為 ±6 度的聚焦光束，而且對(duì)相鄰車(chē)道中的交通干擾最小。

在距離較近時(shí)，LRR4 的兩個(gè)外部天線可將視場(chǎng)擴(kuò)大到 ±20 度，范圍則為 5 米，能夠快速檢測(cè)進(jìn)入或離開(kāi)車(chē)道的車(chē)輛（如上圖）。

安波福的近程雷達(dá)傳感器由 2 個(gè)發(fā)射器通道和 4 個(gè)接收器通道組成，并在 76-77 GHz 頻段內(nèi)運(yùn)行，這是汽車(chē)?yán)走_(dá)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)配置。

PCB 則用到了單片微波集成電路（MMIC）和腔波導(dǎo)技術(shù)。

至于射頻（RF）印刷電路板（PCB）基板，則使用烴基陶瓷層強(qiáng)化玻璃壓板，并且完全不含 PTFE。

6、激光雷達(dá)技術(shù)

奧迪 A8 上的一大創(chuàng)新就是率先搭載了法雷奧的激光雷達(dá)。

這是一款基于機(jī)械系統(tǒng)的激光雷達(dá)，輔以旋轉(zhuǎn)鏡技術(shù)和 905 nm 波長(zhǎng)的邊緣散射技術(shù)。

這款激光雷達(dá)射程為 150 米，水平視場(chǎng)角 145°，垂直視場(chǎng)角 3.2°。

電機(jī)控制單元?jiǎng)t由帶有控制驅(qū)動(dòng)器的定子和轉(zhuǎn)子以及用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的 MPS40S 霍爾傳感器組成。

霍爾效應(yīng)傳感器會(huì)根據(jù)磁場(chǎng)而改變其輸出電壓。

這是一個(gè)長(zhǎng)效解決方案，因?yàn)闆](méi)有機(jī)械零件會(huì)隨著時(shí)間而磨損。同時(shí)，集成的軟件包還減少了系統(tǒng)的大小，實(shí)現(xiàn)起來(lái)復(fù)雜性也更低。

激光雷達(dá)系統(tǒng)工作靠的是飛行時(shí)間（ToF），它可測(cè)量出精確的計(jì)時(shí)事件。

從業(yè)界最新技術(shù)來(lái)看，多光束激光雷達(dá)系統(tǒng)能生成車(chē)輛周邊環(huán)境的精準(zhǔn)三維圖像，隨后自動(dòng)駕駛系統(tǒng)就可利用它選擇最合適的駕控方式。

邊緣散射激光器則是半導(dǎo)體激光器的原型，且當(dāng)下仍在廣泛使用。它們可以在諧振長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)高增益。

在這種結(jié)構(gòu)下，激光束會(huì)被引導(dǎo)成典型的雙異質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)波導(dǎo)的物理特性，有可能會(huì)帶來(lái)高光束質(zhì)量，但輸出功率有限的輸出，或造成高輸出功率但光束質(zhì)量低的結(jié)果。

如上圖所示，激光雷達(dá)解決方案中使用的激光器是 3 針 TO 型封裝，芯片面積為 0.27 mm2。

激光器的功率為 75 W，直徑則為 5.6 mm。調(diào)節(jié)單元使用雪崩光電二極管（APD）來(lái)獲取穿過(guò)兩片透鏡（一個(gè)發(fā)射和一個(gè)接收）后的激光束。

Fraux 表示：「APD可能是由 First Sensor 公司在 150 毫米晶圓上制成的，其采用 8 針 FR4 LLC 封裝，芯片面積為 5.2 平方毫米。」

所謂的 APD，是一種高速光電二極管，它使用光子倍增來(lái)獲得低噪聲信號(hào)。APD 比 PIN 光電二極管具有更高的信噪比，可用于各種應(yīng)用，例如高精度測(cè)距儀和低照度探測(cè)。

從電子學(xué)角度來(lái)看，APD 需要更高的反向電壓，同時(shí)需要更詳細(xì)地考慮與溫度有關(guān)的增益特性。

除了用于激光和運(yùn)動(dòng)控制的兩個(gè)單元之外，控制硬件中還有主板。

在這塊主板上：有賽靈思 XA7Z010 SoC、雙核 ARM Cortex-A9、32 位意法半導(dǎo)體 SPC56EL60L3微控制器以及電源管理系統(tǒng)。

電源管理系統(tǒng)則包含 ADI的同步降壓調(diào)節(jié)器，英飛凌的雙通道高端電源開(kāi)關(guān)，ADI帶 LDO 的三路單片式降壓 IC 和 Allegro的三相無(wú)傳感器風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器 IC。

FlexRay 協(xié)議支持?jǐn)?shù)據(jù)通信，而 FlexRay 系統(tǒng)則由幾個(gè)電子控制單元組成，每個(gè)電子控制單元都帶有一個(gè)控制器，管理一個(gè)或兩個(gè)信道的訪問(wèn)。

這種激光雷達(dá)技術(shù)可將每卷 10 萬(wàn)單位/年的成本拉低到 150 美元，其中很大一部分還與主單元板和激光相關(guān)。

在激光雷達(dá)項(xiàng)目中，跨阻放大器是電子布局中最關(guān)鍵的部分。低噪聲、高增益和快速恢復(fù)特性使這些新器件成為汽車(chē)應(yīng)用的理想選擇。

為了獲得最佳性能，設(shè)計(jì)人員必須特別注意接口和集成電路，波長(zhǎng)和光學(xué)機(jī)械對(duì)準(zhǔn)的問(wèn)題。

值得一提的是，這些集成電路符合 AEC-Q100認(rèn)證，可滿足汽車(chē)行業(yè)最嚴(yán)格的安全要求。

參考資料：

https://www.eetimes.com/under-the-hood-what-audi-a8-has-taught-us/5/

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