賦能智慧汽車，艾邁斯歐司朗展示先進(jìn)的光學(xué)與傳感解決方案

作為amsOSRAM合并之后的首次大型公開技術(shù)活動(dòng)，近日召開的光學(xué)技術(shù)論壇備受業(yè)內(nèi)關(guān)注。而涉及到汽車領(lǐng)域，大眾對(duì)于歐司朗的印象可能更加強(qiáng)一些，但也僅僅停留在外飾和照明光源領(lǐng)域。但其實(shí)amsOSRAM在汽車應(yīng)用上的業(yè)務(wù)有著深厚的底蘊(yùn)，涉及到了自動(dòng)駕駛、車內(nèi)駕駛員監(jiān)控和各種新型的投影、迎賓光毯等。

“某些公司擁有單獨(dú)的一項(xiàng)兩項(xiàng)技術(shù)，但沒有任何一家公司可以在三大技術(shù)平臺(tái)上都提供核心器件、傳感和算法?！卑~斯歐司朗高級(jí)副總裁陳平路在近日召開的首屆光學(xué)技術(shù)論壇開幕詞上分享到，“ams OSRAM能夠提供所有核心器件集成的全面解決方案，我們是毫無爭(zhēng)議的光學(xué)解決方案領(lǐng)導(dǎo)者，繼續(xù)保持這種領(lǐng)先地位也是公司未來的愿景?！?

在此次光學(xué)技術(shù)論壇的“汽車與出行”分論壇上，三位來自amsOSRAM針對(duì)其在汽車的前沿應(yīng)用和先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了深入的分享。

高性能車載位置傳感和高精度電池能量計(jì)量

隨著汽車新四化的發(fā)展，汽車中搭載的傳感器種類和數(shù)量也越來越多。在此次光學(xué)技術(shù)論壇上，也專門設(shè)置了“汽車與出行”分論壇，分享了ams OSRAM在汽車應(yīng)用中的傳感器產(chǎn)品。

【高性能位置傳感器】

位置傳感器在汽車應(yīng)用中非常廣泛，包括隨動(dòng)大燈、電機(jī)、檔位、剎車電機(jī)等應(yīng)用，都需要位置傳感器的參與。ams OSRAM提供了兩種不同的角度傳感器方案：磁旋轉(zhuǎn)角度傳感器和電感式角度傳感器。

磁旋轉(zhuǎn)角度傳感器即基于HALL傳感的方式來檢測(cè)磁場(chǎng)變化情況，進(jìn)而推算出角度信息。ams OSRAM的產(chǎn)品內(nèi)置了四個(gè)HALL組成一個(gè)陣列，用于感應(yīng)到斜著切割的磁場(chǎng)。磁力線被分解為X、Y、Z三個(gè)組，該器件選擇Z組分量進(jìn)行檢測(cè)。

據(jù)艾邁斯歐司朗汽車客戶技術(shù)經(jīng)理李銘豪分享，這種Z組分量檢測(cè)是真正磁感應(yīng)垂直方向的分量，因此有著非常好的線性。很多公司采用的不同原理，其中會(huì)摻雜到水平方向的分量。ams OSRAM的這種檢測(cè)方法中采用了差分的工作原理，可以抵消掉水平方向分量，而其他公司的產(chǎn)品如果沒有差分抵消，反而會(huì)將其放大兩倍。

因此ams OSRAM的磁旋轉(zhuǎn)角度傳感器對(duì)外部磁場(chǎng)免疫，還可以提供非常好的線性輸出。

電感式角度傳感器是采用電感耦合的方式，通過一個(gè)高頻的磁場(chǎng)頻率和線圈之間的耦合系數(shù)，換算出檢測(cè)角度。

相比磁旋轉(zhuǎn)角度傳感器，電感式角度傳感器精度更高，因此適用于更高要求的應(yīng)用中。

不論是何種位置傳感器，外部磁場(chǎng)免疫、高精度、支持ISO26262要求、雙Die冗余封裝是其最重要的幾大特色。

【高精度汽車動(dòng)力電池計(jì)量】

電動(dòng)汽車中的電池包需要高精度的電量計(jì)量，而電量的計(jì)量主要通過對(duì)電池的電流和電壓進(jìn)行檢測(cè)。電壓在電池電量10%～90%之間基本完全相同，所以高精度的電流檢測(cè)才能夠反映出高精度的電池電量信息。

常見的HALL傳感的電流檢測(cè)方式，測(cè)試的值容易發(fā)生溫漂，因此精度難以得到保證。市面上的主流趨勢(shì)是采用合金電阻Shunt的檢測(cè)方式。合金電阻的阻值非常小，只有50vo-100vo；但可以支持到從幾個(gè)毫安幾千安培的電流，非常適合高動(dòng)態(tài)范圍的電池電量計(jì)量。

ams OSRAM的高精度電池計(jì)量產(chǎn)品為AS8510電池傳感器接口。該產(chǎn)品的易用性是其最大的特色；另外因?yàn)榱銣仄奶匦裕圆恍枰獪囟妊a(bǔ)償曲線，整體應(yīng)用電路非常簡(jiǎn)單。AS8510還可以結(jié)合AS8528也可以提供更高端的LIN SBC的方案。

可見光賦能數(shù)字汽車座艙

“近幾年汽車座艙已經(jīng)進(jìn)行了革命性的演進(jìn)，實(shí)際上這個(gè)趨勢(shì)像過去十幾年，由功能手機(jī)向智能手機(jī)轉(zhuǎn)變的這么一個(gè)潮流，其實(shí)這個(gè)趨勢(shì)在汽車上已經(jīng)開始演進(jìn)。”艾邁斯歐司朗中國區(qū)汽車LED高級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理竇明杰分享到。

而來到智能座艙里，有兩個(gè)明顯的特色：一是屏幕越來越大，越來越多；二是氛圍燈的體驗(yàn)感愈來愈強(qiáng)。圍繞著這兩大應(yīng)用方向，ams OSRAM也提供了相應(yīng)的產(chǎn)品布局。

【直下式背光LED：提高車載顯示屏顯示效率和品質(zhì)】

從IHS的數(shù)據(jù)來看，主要的顯示技術(shù)仍是LCD，其中傳統(tǒng)側(cè)入式占據(jù)大部分市場(chǎng)，直下式背光LED快速增長。而像OLED這種新興的技術(shù)，也在逐漸增加。像Micro LED (μLED)這種更領(lǐng)先的顯示技術(shù)，離我們尚有一段時(shí)間。

直下式背光技術(shù)是將屏幕分成了若干區(qū)域，每個(gè)區(qū)域下面都會(huì)有相應(yīng)背光的LED，背光的LED可以在相應(yīng)的區(qū)域里面進(jìn)行單獨(dú)開閉和灰度調(diào)整，來匹配顯示UI。這樣既能取得高對(duì)比度，又能在無需顯示的區(qū)域關(guān)閉LED，從而達(dá)到一個(gè)高對(duì)比度、節(jié)能的效果。

OLED雖然已經(jīng)在消費(fèi)市場(chǎng)成為主流，但在汽車上考慮到壽命、可靠性和供應(yīng)鏈穩(wěn)定等多重因素，LCD仍會(huì)是未來主流屏幕類型。而直下式背光的LCD將會(huì)逐步取代部分側(cè)入式背光LCD的市場(chǎng)。

ams OSRAM針對(duì)直下式背光主推的產(chǎn)品為SYNIOS E1515，它能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)一無二的360度全角度的發(fā)光。

如下圖所示，左邊是常見的頂發(fā)光LED產(chǎn)品，隨著觀看角度變大，其光強(qiáng)會(huì)有線性的降低。這種LED產(chǎn)品應(yīng)用于直下式背光中，會(huì)造成屏幕中間有一個(gè)光斑，即hotspot的現(xiàn)象。而如右邊所示，SYNIOS E1515的頂部白帽也是透光的，零度角也有光強(qiáng)出來。隨著觀看角度變大會(huì)產(chǎn)生一個(gè)蝙蝠翼的光形分布。在直下式背光應(yīng)用中，SYNIOS E1515較大光通量再配上合適的反光系統(tǒng)，就可以讓整個(gè)背光的單個(gè)區(qū)域會(huì)變得非常均勻。

采用頂發(fā)光LED也可以實(shí)現(xiàn)均勻背光，但需要付出的代價(jià)是：不得不加高PCB板和第一層導(dǎo)光板之間的距離（OD），導(dǎo)致顯示模組變得更厚。SYNIOS E1515結(jié)合反光杯的設(shè)計(jì)，可以更好的實(shí)現(xiàn)直下式背光里均勻度和對(duì)比度的完美平衡，同時(shí)保證更小的OD，還可以做到更小的光暈尺寸優(yōu)化。

竇明杰表示，SYNIOS E1515已經(jīng)在量產(chǎn)階段，今年下半年就會(huì)有搭載該器件的直下式車載屏幕背光產(chǎn)品出貨。未來ams OSRAM將會(huì)提升這個(gè)LED的色域，從當(dāng)前的85%提升到110。

【智能RGB：助力沉浸式座艙體驗(yàn)】

車艙內(nèi)的RGB呈現(xiàn)出從靜態(tài)向動(dòng)態(tài)、從局部裝飾到全車氛圍的發(fā)展趨勢(shì)。而且RGB的呈現(xiàn)形式也不僅僅是單純的燈帶，而是會(huì)和車內(nèi)的材料相結(jié)合，比如和天窗玻璃、門的飾板、迎賓踏板，甚至是座椅上的織物，再進(jìn)行一個(gè)融合。從應(yīng)用角度上來講，RGB也不僅僅局限于裝飾的功能，而是會(huì)被主機(jī)廠當(dāng)作未來人機(jī)交互的一部分。ams OSRAM在RBG的產(chǎn)品布局主要包括RGBi和ISELED，其中RGBi通過開放的協(xié)議從而提供了更高的系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活度。

RGBi即智能RGB，ams OSRAM的產(chǎn)品提供開放的通信協(xié)議，每個(gè)燈帶支持高達(dá)1000顆LED串聯(lián)。PWM的驅(qū)動(dòng)模式提供10mA和50mA兩種標(biāo)定，此外還有溫度補(bǔ)償?shù)膫鞲衅鱽砘钊?shí)時(shí)芯片溫度，實(shí)現(xiàn)額外溫度補(bǔ)償，讓顏色更加穩(wěn)定。開放的協(xié)議可以支持更多傳感器和MCU的串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)更多個(gè)性化功能。

在汽車的實(shí)際應(yīng)用中，RGB的數(shù)量可能非常多，而且遍布在車身的不同位置。傳統(tǒng)RGB方案的痛點(diǎn)在于，每顆RGB可能都需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)、單獨(dú)的校驗(yàn)，PCB的設(shè)計(jì)復(fù)雜度會(huì)提高，校驗(yàn)帶來的工時(shí)也會(huì)增常。而使用RGBi的方案，可以將在線校驗(yàn)的步驟省略掉，而且RGB和RGB之間通過LVDS傳輸，延時(shí)也可以得到很好的控制。PCB板的設(shè)計(jì)也可以得到極大程度的簡(jiǎn)化，甚至可以使用一些FPC來實(shí)現(xiàn)一些2.5D造型。

智能座艙三大系統(tǒng)中的光源應(yīng)用

在汽車智能座艙中，目前行業(yè)內(nèi)包含三大具體的應(yīng)用系統(tǒng)，分別是駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（DMS）、手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)和車艙內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)（IMS）。這三大系統(tǒng)中同樣少不了光源電子器件的參與，ams OSRAM也提供了此三類應(yīng)用中的光源部分，助力實(shí)現(xiàn)更安全的狀態(tài)和環(huán)境監(jiān)測(cè)、更便捷的ID自動(dòng)識(shí)別、更高效的手勢(shì)操作和更舒適的自動(dòng)控制。

駕駛員的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測(cè)駕駛員的疲勞，例如駕駛中抽煙、雙手離開方向盤或高速中視線偏移等情況。

據(jù)艾邁斯歐司朗現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師蘇陽介紹，目前DMS的應(yīng)用主要是針對(duì)駕駛員一側(cè)的駕駛艙位，用到的角度大概是60度×50度的范圍。涉及到紅外光源、接收紅外光CMOS部分、后端的相關(guān)紅外光驅(qū)動(dòng)以及后面的算法，作為整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)支撐。

IMS艙內(nèi)乘客檢測(cè)的大部分應(yīng)用趨向于用大于100度的角度去進(jìn)行艙內(nèi)全局的補(bǔ)光，安裝的位置是基于中間向全車布局的方式，所以不能直接覆蓋DMS的光源需求。相比DMS，IMS更趨向于監(jiān)測(cè)全車乘客狀態(tài)的功能，主流的同樣是采用2D的方式。

艙內(nèi)手勢(shì)識(shí)別的映紅，主要是把VCSEL搭配ToF傳感器構(gòu)成一個(gè)模組來使用。對(duì)于距離和光照度都有相應(yīng)的要求，距離上從小于1米到大于2米的需求都有，而在光照度方面， 由于產(chǎn)品本身是高頻驅(qū)動(dòng)的情況，所以就要求能夠在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到更高的電流。

針對(duì)智能座艙內(nèi)的應(yīng)用，ams OSRAM同時(shí)提供了VCSEL和紅外LED兩種不同的產(chǎn)品。如下圖所示，兩種產(chǎn)品在不同性能參數(shù)上各有所長。VCSEL的區(qū)域成型窗口效率會(huì)更高一些，LED需要兩顆疊加再外加一個(gè)lens進(jìn)行光形整合。均勻性上VCSEL的中心點(diǎn)微弱，兩頭稍強(qiáng)，可以其平面光強(qiáng)比較弱的情況。LED的模組中l(wèi)ens直接導(dǎo)致了其光強(qiáng)中間更亮，兩邊更弱。波長方面VCSEL較窄，傳輸效率更高，但在眼球追蹤應(yīng)用中，兩個(gè)較窄光波產(chǎn)生的相干性，會(huì)造成大量特征點(diǎn)失效，從而導(dǎo)致眼球捕捉成功率降低。紅外LED的波長范圍較大，就更適合眼球定位捕捉的應(yīng)用。在驅(qū)動(dòng)方面，VCSEL的驅(qū)動(dòng)時(shí)間更短，所以更適合手勢(shì)識(shí)別的應(yīng)用，而紅外LED的驅(qū)動(dòng)脈沖可能會(huì)有拖尾，就不太適合這些高頻驅(qū)動(dòng)的情況。

ams OSRAM的紅外LED產(chǎn)品包括裸Die的形式和模組的形式，提供多種不同圓錐市場(chǎng)角的產(chǎn)品型號(hào)供客戶選擇。在艙內(nèi)VCSEL光源產(chǎn)品上，目前量產(chǎn)的有940和850納米兩種波長的產(chǎn)品。

總結(jié)

此次光學(xué)技術(shù)論壇是ams OSRAM合并之后的首屆，也是集合了兩家公司在光學(xué)和傳感器方面的絕大部分優(yōu)勢(shì)技術(shù)，進(jìn)行的集中展示和講解。陳平路表示，中國新能源汽車的應(yīng)用是全球無可爭(zhēng)議的第一大成功市場(chǎng)，國產(chǎn)的汽車也發(fā)展的非常迅速，在這其中新技術(shù)的采用非常廣泛。在汽車領(lǐng)域amsOSRAM有著非常好的技術(shù)傳承，并且將會(huì)繼續(xù)保持領(lǐng)先地位，保證客戶的多樣化的需求和供應(yīng)。