汽車電子產品是指智能網聯汽車、車聯網和車載信息服務中,具備感知、計算、 反饋、控制、執行、通信、應用等功能,實現信息感知、高速計算、狀態監測、 行為決策和整車控制的基礎電子產品。汽車電子于 1970 年代引入汽車工業,首 先在發動機燃油噴射控制系統應用,隨著電子技術的不斷發展和汽車電子創新性 用途的不斷開發,汽車電子開始廣泛應用于汽車的各個領域。汽車電子種類較多, 按照應用領域劃分可以分為汽車電子控制系統(發動機電子、底盤電子、駕駛輔 助系統、車身電子)和車載電子電器(安全舒適系統、娛樂通訊系統等)等。
汽車電子按照技術用途劃分可以分為傳感器、控制器和執行器三類,近年來,汽 車電子行業呈現出智能化、網聯化、集成化等的新發展趨勢,促使傳感器等關鍵 部件需求日益增加及數據總線技術關鍵技術逐漸普及。
汽車傳感器是汽車電子控制系統不可或缺 的一部分,用以測量位置、壓力、力矩、溫度、角度、距離、加速度、空氣流量 等信息,并將這些信息轉換成電信號傳輸到汽車電子控制器。隨著汽車電子產品 在汽車應用的普及和多樣化發展,汽車傳感器產品的銷量也實現了快速增長。目 前,普通汽車一般安裝數十個傳感器,而高級轎車則安裝多達上百個傳感器。全 球范圍內,自動駕駛技術不斷向高階躍進,對于傳感器的需求也隨之快速攀升。
目前,汽車智能駕駛感知系統主要包括視覺感知、超聲波感知、毫米波感 知和激光感知。
汽車智能駕駛感知系統是汽車的“眼睛”和“耳朵”,負責對汽車所處環境進 行偵測,構成了汽車系統感知層,并為高級輔助駕駛系統的決策層提供準確、 及時、充分的依據,進而由執行層對汽車安全行駛作出準確判斷。 汽車智能駕駛感知系統產品在汽車中的具體應用示意圖如下:
目前市場上主流的汽車智能駕駛感知系統包括視覺感知、超聲波感知、毫 米波感知、激光感知等技術路線。不同汽車智能駕駛感知系統技術路線的優 點、缺點、適用場景和受限場景不同,主要如下:
不同類型汽車智能駕駛感知系統的適用場景、受限場景、優缺點、成本等 不同,彼此之間主要形成互補而非簡單替代關系。隨著汽車行業整體智能化水 平的提高,汽車智能駕駛感知系統已逐步作為標配而廣泛應用于高、中、低檔 等各類車型;因為自動駕駛的冗余和容錯要求導致越是高階的自動駕駛需要裝 配越多的汽車智能駕駛感知系統,所以隨著自動駕駛階段的提升,單車的汽車 智能駕駛感知系統數量需求預計將同步增加。
車載攝像系統的應用
車載攝像系統產品采用高度平臺化設計,融合了圖像傳感、車道偏 離預警、夜視、防水、3D 動態車輔線等多方面的技術,設計簡單、靈活、可 靠,可支持 130°或者 195°鏡頭,支持不同的圖像傳感器。
主要應用領域具體如下:
A、泊車系統
車載視覺系統產品在泊車系統中的應用可與車載雷達系統產品配合使用 的。泊車系統通過安裝在車身上的攝像頭以及超聲波傳感器,探測停車位置, 并形成實時泊車影像,幫助駕駛員掃除視野死角,提高泊車安全性和準確性。
B、全景攝像系統
全景攝像系統,也叫 360 全景系統,是車載視覺安全系統的重要組成部 分,其工作原理是在車身周圍安裝若干廣角攝像頭用于采集車身周圍畫面,通 過圖像處理手段將所采的魚眼圖像轉變為沒有畸變的俯視畫面,最后多幅圖像拼接為一張車體鳥瞰視圖,實時地顯示給駕駛員,從而減少由于駕駛員視野盲 區引發的交通事故。
②車載視頻行駛記錄系統
車載視頻行駛記錄系統即記錄車輛行駛途中的影像及聲音等相關資訊的儀 器,車載錄像系統的基本組成包括攝像頭、主機、重力傳感器、數據分析軟件 等。車載視頻行駛記錄系統采用嵌入式處理器和嵌入式操作系統,結合 IT 領域 最新的音視頻壓縮/解壓縮技術、無線通訊技術、USB 通信技術、高級車載電源 管理技術,適用于各類車型進行實時錄像和監控。
③超聲波雷達系統具體應用
超聲波雷達系統,主要由超聲波傳感器、控制器和顯示器或蜂鳴器等部分 組成。超聲波雷達系統采用超聲波測距原理,駕駛者在倒車或行駛時,啟動車 載雷達系統,在控制器的控制下,由裝置于車身上的探頭發送超聲波,遇到障 礙物,產生回波信號,傳感器接收到回波信號后經控制器進行數據處理,判斷 出障礙物或相鄰車輛的位置,由顯示器顯示距離并發出警示信號提示給駕駛 者,使倒車或行駛更安全。 超聲波測距是利用其發射特性來實現,其測距原理是通過超聲波發射器發 出超聲波信號,再由超聲波接收器連續監測超聲波發射后遇到障礙物所反射的 回波,由測出的從發射到接收到回波的時間差來計算出障礙物到車體的距離。 車載雷達系統工作原理示意圖如下:
超聲波雷達系統主要應用于 ADAS 中的泊車系統和盲點偵測系統中,具體 如下:
A、泊車系統
泊車系統按照自動化程度分為普通泊車系統和自動泊車系統。在普通泊車 系統中,超聲波雷達系統主要功能是計算車體與障礙物之間的實際距離,并提 示給駕駛者,為駕駛者泊車提供依據。 而在自動泊車系統中,超聲波雷達系統的應用更為智能化和集成化。自動 泊車系統可以使汽車以正確的停靠位泊車,該系統包括環境數據采集系統、中 央處理器和車輛策略控制系統,自動泊車系統通過遍布車輛周圍的雷達探頭測 量車身與周圍物體之間的距離和角度,然后通過車載電腦計算出操作流程配合 車速調整方向盤的轉動,從而實現自動泊車。
B、盲點偵測系統
盲點偵測系統又叫并線輔助系統,主要功能是掃除后視鏡盲區,其基本原 理是在汽車后保險杠安裝超聲波雷達傳感器,在車輛行駛時發出超聲波探測信 號,通過超聲波雷達探測車輛兩側的后視鏡盲區中的超車車輛,對駕駛者進行 提醒,從而避免在變道過程中由于后視鏡盲區而發生事故。
車載攝像頭和超聲波雷達在高級駕駛輔助系統(ADAS)領域的應用
高級駕駛輔助系統(ADAS)是一個主動安全功能集成控制系統,其利用 超聲波雷達系統、車載攝像系統、車載信息系統等各類電子部件以及算法等多 種技術,分析汽車所處周遭環境,進行靜態、動態物體的識別、跟蹤,在碰撞 或其他危險發生前就發出警報,使駕駛者提前覺察可能發生的危險。ADAS 系 統利用 ARM、DSP、EVE 等處理器處理相關數據,再通過執行器改變汽車的行 駛狀態,或者將信息反饋給駕駛者改變車輛的行駛狀態,從而提升汽車駕駛的 安全性和舒適性。ADAS 系統主要應用于車輛高級輔助駕駛或智能駕駛領域, ADAS 系統在智能駕駛領域應用示意圖如下:
ADAS 系統主要包括感知系統(感知層)、計算分析(決策層)、控制執 行(執行層)三大模塊,其中環境感知模塊為計算分析模塊提供基礎數據來 源,計算分析模塊的計算分析結果為控制執行模塊提供指令依據。
作為 ADAS 環境感知模塊的重要組成部分,車載攝像系統、超聲波雷達系 統以及毫米波雷達系統等產品在 ADAS 系統的具體應用如下:
車載攝像系統是 ADAS 系統的視覺傳感器,可以應用于泊車輔助和行車輔 助等多場景。車載攝像系統主要包括前視攝像頭、后視攝像頭、全景攝像頭、 盲區攝像頭、流媒體攝像頭、車內監控攝像頭、疲勞監測攝像頭等,目前智能 駕駛的全套 ADAS 功能需要多個攝像頭,包括 1 個或多個前視攝像頭、多個環 視攝像頭、1 個或多個盲區攝像頭、1 個或多個流媒體攝像頭、1 個疲勞監測攝像頭以及 1 個或多個車內監控攝像頭。后視攝像頭是 ADAS 系統標配的傳感 器,常與超聲波雷達配合,主要用于泊車輔助;盲區攝像頭通常為 2 個攝像 頭;環視攝像頭通常為 4 個廣角攝像頭,主要應用于 360 環視泊車,通過將 4 個攝像頭的圖像進行拼接后形成一幅完整的全景圖像;流媒體攝像頭通常為 1 個或者 3 個,用于內外鏡面后視鏡電子化替代;疲勞監測攝像頭通常為 1 個, 用于駕駛員的疲勞狀態、注意力集中度、危險駕駛行為等駕駛員狀態監控并報 警提示;前視攝像頭通常為 1 個或多個,主要是用于 FCW(前碰撞預警系統) 和 TSR(交通標識智能識別)等行車輔助系統,未來隨著算法的精進,與毫米 波雷達配合,還可以實現行人/車輛/障礙物偵測系統等 ADAS 系統。
車載攝像系統生產工藝流程圖
車載視頻行駛記錄系統生產工藝流程圖
超聲波雷達系統產品生產工藝流程圖
全球汽車行業發展概況
自二十世紀 90 年代以來,經濟貿易的全球化、世界汽車工業產業鏈分布的 全球化和大規模的跨國兼并重組,從根本上改變了汽車產業的傳統資源配置方 式和競爭模式。汽車產業鏈的全球化具體表現在零部件的全球采購、產品生產 和銷售網絡的全球化布局和研發體系的專業化分工。 汽車行業全球化的產業鏈格局催生出了新型專業化分工協作模式,整車企 業與零部件企業形成了基于契約的網絡型組織結構,整車企業的零部件全球采 購和零部件生產的全球化模糊了汽車產品的“國家特征”,也推動了汽車行業的 快速發展。特別是 2008 年全球性金融危機之后,全球汽車行業產銷量穩步增 長,2015 年全球汽車行業產量達到 9,068 萬輛,此后全球汽車年產量持續穩定 在 9,000 萬輛以上。2005-2019 年間,全球汽車產量、銷量的變動情況如下:
在全球汽車產銷量穩步增長的同時,全球汽車市場結構也不斷調整,市場 需求的增長逐步由傳統發達國家轉移到新興市場國家,尤其是除日本以外的亞 太地區,汽車產量增長強勁。中國從 2009 年開始超越美國,成為全球最大的汽 車銷售市場。我國汽車銷量從 2005 年的 575.74 萬輛增長至 2019 年的 2,576.90 萬輛,年復合增長率超過 10%;中國汽車銷量占全球汽車銷量的比例也從 2005 年的 8.73%增長至 2019 年的 28.23%。
中國汽車行業發展概況
隨著 2001 年中國加入世界貿易組織,中國汽車市場逐步開放,我國汽車制 造企業也把握住了全球分工和汽車制造業產業轉移的歷史機遇,實現了跨越式 發展,現已成為全球汽車工業體系的重要組成部分。同時隨著我國經濟的不斷 發展、人民生活水平的持續提高,居民消費能力尤其是對乘用汽車等的消費能 力快速提高,汽車消費市場規模快速提升。2005-2019 年間,我國乘用汽車產銷 量情況如下:
自 2001 年中國加入世貿組織以來,我國汽車產銷量逐年增長。2005 年, 我國乘用車產量僅為 397.11 萬輛,而到 2017 年,我國汽車產量達到 2,471.83 萬 輛,期間年均復合增長率達到 16.46%。雖然 2018 年、2019 年,我國汽車產銷 量連續兩年出現同比下降的情況,但是自 2015 年以來,我國乘用車的年產銷量 均穩定在 2,000 萬輛以上,總體市場規模巨大。我國的人均、戶均汽車保有量 與發達國家相比仍存在差距,隨著居民收入的進一步提高、脫貧攻堅取得全面 勝利,消費升級、拉動內需、促進國內大循環將進一步釋放國內的汽車消費需 求,為全行業帶來新的市場。
2022年全球共銷售了7940萬輛新車,相比2021年下降2%,其中北美、歐洲和中國市場均出現下降,而印度、中東、東南亞和非洲等新興市場則呈現上漲趨勢。
編輯:黃飛
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