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

頂著全球首個量產(chǎn)L3 自動駕駛光環(huán)的 A8，這個事實或多或少會讓奧迪感到尷尬。

而奧迪研發(fā)部門負責人 Hans-Joachim Rothenpieler 最近在接受《Automotive News Europe》專訪時表示「奧迪將不會在全球范圍內(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——這意味著奧迪不會在 A8 這款車型上搭載 L3 級別自動駕駛系統(tǒng)了。

奧迪宣布放棄在 A8 車型引入 L3  級自動駕駛，原因有三：

其一，按車型迭代看，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，目前還沒有適用于 L3 級自動駕駛汽車的法律框架；另外，全球范圍內(nèi)的 L3 級量產(chǎn)車，不能完成針對這一級別的認證；

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

只不過，這一課的學費相當昂貴——按照 5 年以上研發(fā)周期和上千研發(fā)人員投入算，價值超過了 10 億歐元。

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

最近，咨詢公司 System Plus 對奧迪 A8 進行了拆解。借此機會，我們可以從技術(shù)和經(jīng)濟的角度一窺：為何實現(xiàn)更高級別的自動駕駛比想象中要難得多。

System Plus 對 A8 的拆解，為以下問題提供了獨到的見解：

• 造出一輛 Level 3 自動駕駛汽車需要什么？

• A8 的傳感器套件中藏著什么「秘密」？

• Level 3 自動駕駛汽車需要多強悍的算力？

• 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

System Plus 的拆解并不只是簡單為了逆向工程或識別硬件配置。System Plus 還針對 A8 進行了「逆向成本計算」，即估計奧迪采購特定組件和制造產(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）都花在了半導體上。

這個研究結(jié)果讓人詫異。因為現(xiàn)代車輛上 80%-85% 都是電子產(chǎn)品，但成本普遍都不高。

System Plus CEO Romain Fraux 指出，對汽車廠商來說，最令他們震驚的是一些關(guān)鍵零部件的超高溢價，像英偉達、英特爾這樣的芯片公司，居然達到 50%的利潤率。

不得不說，汽車廠商必須重新看待自動駕駛汽車。

System Plus 的成本估算并未包含自動駕駛軟件的研發(fā)費用，但從 zFAS 上用到了 FPGA 來看，奧迪非常注重保護自己的軟件資源。

過去 18 月，一些汽車廠商，比如特斯拉已經(jīng)開始涉足自主芯片的開發(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，鑒于芯片設計成本高昂，汽車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 身上的另一個閃光點還在于，它是市場上首款 Level 3 車型，奧迪為其他汽車廠商趟了雷。

A8 發(fā)布時，外界公認其為「自動駕駛技術(shù)的突破」。

它搭載的 Traffic Jam Pilot 系統(tǒng)開啟后，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，奧迪的大好計劃還是撞上了「脫手」問題（自動駕駛系統(tǒng)出問題時，向駕駛員發(fā)出警告，提醒他們重新介入車輛操作），麻痹大意的駕駛員很容易出安全問題，而這種問題現(xiàn)在幾乎成了 Level 3 車輛的「原罪」。

2、A8 背后藏著什么秘密

進入新汽車時代后，汽車廠商最大的挑戰(zhàn)不再是如何提升車輛性能，而是要保證 ADAS 系統(tǒng)領(lǐng)先對手。

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

除了激光雷達，A8 的傳感器套件中還有攝像頭、雷達與超聲波傳感器。

按照原定計劃，這款超豪華轎車能在沒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。

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

雖然車輛能處理絕大多數(shù)駕駛?cè)蝿?，但人類駕駛員還是要對車輛安全負責。

Fraux 在梳理了奧迪 A8 用到的創(chuàng)新技術(shù)后表示：「奧迪是第一個推出 Level 3 量產(chǎn)車的汽車廠商，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?！?/p>

3、Level 3 自動駕駛與計算平臺

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

未來，除了進化的車輛，道路也會全面網(wǎng)絡與智能化，交通擁堵與環(huán)境污染將大大減少，道路安全性進一步提升。

如今，自動駕駛正在成為汽車世界的核心議題，而 A8 上的 Level 3 則被定義為高級別自動駕駛。

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

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?！?/p>

zFAS 算得上是業(yè)界首款商用的集中式計算平臺。

它要負責處理來自超聲波傳感器（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（每個角度）、遠程雷達及激光雷達的實時數(shù)據(jù)。

4、zFAS 算力夠嗎？

搭建 zFAS的四塊芯片是來自英偉達 Tegra K1，它能完成交通信號識別、行人探測、碰撞預警、光線探測與道路識別等工作。

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

鑒于車輛上整合的傳感器越來越多，因此選擇一顆強大的處理器相當重要。

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，每個加速器都針對算法進行了專門優(yōu)化。

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

除了 Terga K1，zFAS 中還整合了數(shù)據(jù)預處理的 Altera Cyclone（FPGA），以及負責安全運行監(jiān)督的英飛凌 Aurix Tricore。

英飛凌的 Aurix 架構(gòu)主要負責動力系統(tǒng)與安全應用的性能優(yōu)化。TriCore 也是業(yè)界首個為了實時嵌入式系統(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？

在當下的汽車行業(yè)，ADAS 系統(tǒng)正在逐步成為新車型的標配（為了更高的安全評分）。

如上圖，你能一覽奧迪 A8 到底搭載了哪些設備。

比如 Autoliv的第三代車載夜視攝像頭，安波福的前視車道輔助攝像頭，法雷奧的 Scala 激光掃描器，博世的 LRR4 77GHz 遠程雷達，安波福的 R3TR 76GHz 中程雷達等。

「Tier 1 開發(fā)出的雷達傳感器正變得越來越高效，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。

具體來說，Autoliv 的夜視攝像頭包含兩個模塊——攝像頭及遠程處理單元。

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輻射儀 ISC0901。

借助基于 FPGA 陣列和定制化算法的復雜光學系統(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。

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

這個攝像頭使用了安森美提供的 120 萬像素 CMOS 圖像傳感器和 8 位 Microchip PIC 微控制器。

zFAS 控制單元則使用 Mobileye EyeQ3 處理芯片來管理圖像映射與識別軟件。

LRR4 是一種多模雷達，配有 6 個來自博世的固定天線。4 個居中排列的天線可對環(huán)境進行高速記錄，同時生成了孔徑角為 ±6 度的聚焦光束，而且對相鄰車道中的交通干擾最小。

在距離較近時，LRR4 的兩個外部天線可將視場擴大到 ±20 度，范圍則為 5 米，能夠快速檢測進入或離開車道的車輛（如上圖）。

安波福的近程雷達傳感器由 2 個發(fā)射器通道和 4 個接收器通道組成，并在 76-77 GHz 頻段內(nèi)運行，這是汽車雷達應用的標準配置。

PCB 則用到了單片微波集成電路（MMIC）和腔波導技術(shù)。

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

6、激光雷達技術(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。

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

這款激光雷達射程為 150 米，水平視場角 145°，垂直視場角 3.2°。

電機控制單元則由帶有控制驅(qū)動器的定子和轉(zhuǎn)子以及用于運動檢測的 MPS40S 霍爾傳感器組成。

霍爾效應傳感器會根據(jù)磁場而改變其輸出電壓。

這是一個長效解決方案，因為沒有機械零件會隨著時間而磨損。同時，集成的軟件包還減少了系統(tǒng)的大小，實現(xiàn)起來復雜性也更低。

激光雷達系統(tǒng)工作靠的是飛行時間（ToF），它可測量出精確的計時事件。

從業(yè)界最新技術(shù)來看，多光束激光雷達系統(tǒng)能生成車輛周邊環(huán)境的精準三維圖像，隨后自動駕駛系統(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體激光器的原型，且當下仍在廣泛使用。它們可以在諧振長度上實現(xiàn)高增益。

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

根據(jù)波導的物理特性，有可能會帶來高光束質(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）來獲取穿過兩片透鏡（一個發(fā)射和一個接收）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?！?/p>

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

從電子學角度來看，APD 需要更高的反向電壓，同時需要更詳細地考慮與溫度有關(guān)的增益特性。

除了用于激光和運動控制的兩個單元之外，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關(guān)，ADI帶 LDO 的三路單片式降壓 IC 和 Allegro的三相無傳感器風扇驅(qū)動器 IC。

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

這種激光雷達技術(shù)可將每卷 10 萬單位/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)。

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

為了獲得最佳性能，設計人員必須特別注意接口和集成電路，波長和光學機械對準的問題。

值得一提的是，這些集成電路符合 AEC-Q100認證，可滿足汽車行業(yè)最嚴格的安全要求。

參考資料：

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

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