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必发bf88唯一官方重新定义“车规级”激光雷达

来源:必发888在线登录 作者:必发BF88官网唯一登录| 更新日期:2024-12-23 05:45:41 大字 小字
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  在自动驾驶领域,要说这两年哪个话题最火,其中一定少不了激光雷达。2021年被称为激光雷达量产元年,众多车企纷纷宣布了搭载“车规级”激光雷达的车型的量产时间。然而,什么是“车规级”激光雷达?

  激光雷达产业的人士也普遍认为,现阶段激光雷达的车规,没有任何一个人能够说清楚。大部分人认为产品只要过了车企的相关标准,并能够拿到定点车型,就可以称之为“车规级”。但每一家车企的标准都不一样,过了这一家车企的标准,是否能过其他家的?都是未知数。

  笔者搜索了大量媒体报道,发现目前整个行业对激光雷达的车规标准并没有统一答案!作为汽车电子行业老兵,最见不得这种众说纷纭、未达究竟的情形,今天笔者就把这个问题掰开来好好讲一下。

  在说车规级标准之前,我们先来看两家激光雷达供应商的宣传口径,看他们自己是如何定义产品的车规级标准的。

  整成表格这样看起来是不是就清晰多了。其实整体看下来,这些宣传口号都会先提一下功能安全,再堆砌一些汽车零部件测试项目,最后再写上APQP,PPAP, IATF16949完事。通过这张表,小伙伴们有没有发现一些厂家的宣传套路?一上来先给定调,说他们产品是“车规级”的,然后给你堆砌术语,和你讲ISO26262,什么ASIL B,什么ISO/AEC。

  ,就是这几年比较火,拿出来刷下存在感,这些在《“车规级”与“功能安全”(ISO26262)的区别》这篇文章种已有详细分析,本文不再赘述;

  DV指设计验证(Design Validation),是主要用于检验汽车电子零部件产品硬件设计质量的一种测试手段

  ,DV的测试项目及等级依据OEM企业标准(没企标的按国标或ISO标准)进行,产品通过试验后才能进入量产阶段;

  PV指产品验证(Product Validation),是用于检验产品量产质量的一种测试手段

  ,一般测试项目来自于DV,但较DV要少得多,侧重于检验产品大批量生产的质量稳定性及一致性,产品量产后可每半年或一年就进行一次,具体根据OEM的要求;

  DV测试要求必须是模具件,也就是“硬模件”,3D样件或“软模件”是不行的;PV测试要求OTS(Off tooling samples)样件,即工装样件,手工件是不行的;目前汽车电子行业存在较多的DV/PV combined,也就是说两个试验合并一起做的意思

  在《5万字长文说清楚到底什么是“车规级”》一文中,笔者讲过,“车规级”这个词是针对汽车电子“元器件”而言的,而汽车电子“零部件”并无所谓的“车规级”。

  注:元器件(Components)是部件(Parts)的一种,一般特指电子部件(Electronics Components),是部件的最小单元;而零部件则是指可以拆分的,由各部件组成的一个总成(Assembly)。简单来讲,电子零部件是由电子元器件(电阻、电容、芯片等)及结构件(PCB、连接器、壳体、螺丝等)共同组成,元器件不可拆分,零部件是一个总成,可拆分。

  以往,业内根本没有人称汽车电子零部件为“车规级”,直到近几年,随着自动驾驶技术及芯片国产化的突飞猛进,“车规级”这个词才开始走进大众视野,但一开始就被某些厂家给带歪了,外行也就跟着瞎凑热闹。

  但是从另一方面来讲,既然“车规级”这个词火了起来,那就说明行业需要它,厂家需要显示产品的竞争差异化,消费者希望买得安心,用得放心。基于此,笔者就自告奋勇,根据近二十年的汽车电子行业经验,尝试着来定义一下激光雷达产品的“车规级”,其他车载电子产品也可以参考:

  (1)器件车规级,这是最基本的可靠性要求,在《5万字长文说清楚到底什么是“车规级”》一文中已有详细讲解;

  (2)汽车电子设计开发要求,这个非常重要,但笔者似乎没看到哪家激光雷达供应商提到过这一点。汽车行业内的小伙伴们可能习惯了,但笔者在接触了一些非汽车行业出身的工程师后才深有感受,他们的设计思想距离汽车行业的要求差得太远了,这个我们随后详谈。

  (3)为什么是大型车企?笔者这里解释一下。汽车电子零部件测试标准,有国标也有相应的国际标准,小车厂根本没有自己的企标(或者直接照抄国标),大的车企会要求按照自己的企业标准来。国内的车企一般都参考国标(国标参考的是国际标准),或其合资伙伴的标准(比如一汽的很多标准是参考的),外资大厂都有其自有标准,某些测试项目是ISO/IEC标准中是没有的,比如福特、大众的不少标准都是高于ISO/IEC标准的。综合来讲,大型车企的测试要求更科学、更规范,而小型车企则要差上不少。

  (4)一定要大批量前装,后装不算,前装量小了也不算。有的车型预计到停产也卖不到几万辆,那激光雷达在该车型上的应用案例就没有参考价值,给你用,你也不敢大批量上前装。

  激光雷达作为安全相关的汽车电子零部件的一种,同时作为新生事物,必须同时满足以上四条标准,笔者才认为其真正达到了车规级标准。

  第四条其实很好理解,对于激光雷达这类安全相关的汽车电子产品,笔者认为,如果不满足前面三条,其可靠性和一致性及就没有背书,车企对其可靠性肯定是存疑的,那么基本上就不会有车企敢于将其用在预计每年十万台以上的量产车型上,因为后期的事故处理、召回成本及名誉损失车企将无法承受。

  下面,笔者着重分析一下前两条。以下内容均摘自《5万字长文说清楚到底什么是“车规级”》一文,限于篇幅,笔者进行了大幅的删减及整理,对详细过程分析及可靠性底层逻辑感兴趣的小伙伴们,建议去看原文。

  电子元器件的车规级标准,毋庸置疑就是AEC组织制定的一系列标准,其初衷是为了推动了汽车用电子器件的通用化。

  AEC标准极大地促进了汽车电子器件的资格通用化,降低了零部件公司及OEM的器件选择、使用及变更成本,极大地提高了电子零部件及车辆的可靠性,提高了电子器件的通用化水平。我们再来复习下AEC标准及其范围:

  对于汽车电子产品来讲,AEC标准几乎覆盖率了全部的电子元器件,但有些器件依然不在AEC-Q范围内,如纯机械结构类:开关、连接器、电线、PCB等,机电器件:电机、电磁阀、继电器等,但这些产品都有其相应的行业标准,在此略过不谈。

  从上面表格我们可以看出来,除了AEC-Q102是新标准以外,其他都是已有的标准,而AEC-Q102就是专门针对激光雷达的核心器件激光器和光电探测器而制定的新标准。

  可以看到,Q100和Q200都是近十年或十几年没更新了,而Q101和Q102是这两年才更新的,其中很关键的一个更新就是增加了激光器件,让激光雷达“有法可依”了。

  原来的光电器件比如光电二极管、LED都是涵盖在《AEC-Q101分立半导体元件的应力测试标准》中的,Q101在版本从D更新到E后,光电半导体全部转到了新的AEC-Q102标准中去。

  熟悉AEC标准的小伙伴们应该了解,耐久类测试要求起步通常是1000小时,但在AEC-Q102中,除常规测试项目外还专门规定了一个可靠性验证Reliability Validation项目,时间从最低1000小时到最高10000小时。

  也就是说,针对激光雷达的车外安装应用场景,超长寿命对激光器件要求进行长达一万小时的高温耐久测试时间。所以如果以后哪家激光雷达供应商很傲娇的说他们家的产品经过了4000小时的测试,你就把这个标准怼到他脸上,说“最高等级是10000小时”。

  当然了,10000小时还是非常严苛,我们在此大概科普一下汽车电子零部件在全年的温度分布,可以看到,最高温或者最低温的时间大概只占到1/4左右,并且这个时间也不是持续性的。

  再参考一下我们之前多次提过的乘用车生命周期维度,车辆生命周期内的总运行时间大约是10000小时(按每天2小时计算),综合来看,零部件承受最高温度的时间约在1/4也就是2500小时左右,所以高温10000小时耐久测试是非常严苛的了,可以满足用户每天8小时、全年无休地开15年。

  欧司朗2019年9推出了一颗应用于激光雷达的激光器件SPL S1L90A_3,我们看下它的datasheet信息,量产时间是2022年2月,晚了两年多。

  激光雷达的核心除了激光器,其实还有用于激光探测系统的光电探测器。激光发射出去了,反射回来谁来接收?这里就要用到光电探测器Photomultipliers(SiPM)了。我们来看一下满足AEC-Q102的光电探测器长啥样。

  我们再来看下AEC标准对器件失效率的要求。大家都知道,一辆车由几万个零部件组成,一个电子模块,比如ECU是作为一个零部件的。那么大家知道一个ECU是由多少个电子元器件组成吗?答案可能出乎你的意料,可能多达上千个。

  所以,如果一个器件有1ppm(百万分之一)的缺陷,对于一百万辆车按WCCA(最差情况分析)来讲,就有一千辆车的ECU存在的缺陷,是不是很恐怖?要知道一辆车上可是有50个以上的ECU的。

  接下来,我们看下AEC标准是怎么解决器件可靠性问题的。电子元器件要做到整个车型生命周期及车辆生命周期内的高可靠性,其中涉及的点是很多的,但总结起来有以下几点:

  4.IATF16949、AEC-Q、PPAP等标准及流程体系对产品设计及制造的支撑功不可没;

  先来看可靠性方面,浴盆曲线通常作为一个可视化的模型,大家都很熟悉了,我就不再赘述,想看细节的小伙伴们建议去看《5万字长文说清楚到底什么是“车规级”》原文。针对器件的早期失效率ELFR(Early life failure rate)及正常生命周期失效率问题,AEC标准都有相应要求。

  如果测试中有失效的情况,测试就不能通过,且必须通知用户,并告知即将执行的纠正和预防措施。在客户批准,且纠正和预防措施被正确实施的情况下,器件才可以被认为具备了再次进行AEC-Q认证的资格。

  从英飞凌的“零缺陷理念”这张图我们可以看出来,AEC标准将浴盆曲线里的早期失效那个曲线给拉直了,也就是说AEC标准消除了电子元器件的早期失效问题。

  解决了ELFR问题后,那么中后期失效问题怎么解决呢?答案是:寿命测试、现场数据和寿命分布分析,数据从怎么来呢?这不,瞌睡了AEC就送枕头来了,这个就是标准里的generic data(通用数据)。为了讲清楚这个问题,我们来看下ACE-Q100里面对通用数据的描述。

  简单来讲,通用数据就是一个器件的大数据,涵盖了器件从设计、认证、量产、应用、变更到重新认证的整个生命周期维度。认证数据+变更认证数据+可靠性监控数据,共同组成了“通用数据”。所以说,可用的通用数据就是一个器件的可靠性证明,涵盖了浴盆曲线的早期和中期阶段,可以支撑及证明器件在生命周期内(从生产到劣化周期)的可靠性及失效率。通用数据部分内容较多,限于篇幅,建议大家还是去看原文,在此不再赘述。

  讲清楚了器件本身的可靠性问题,我们再来看下器件长期的一致性问题,这个非常重要。汽车作为大批量的工业品,以中国为例,仅2021年产量就超过了2000万台,销量超过10万辆的乘用车共有62款。乘用车车型生命周期一般在3~5年,更长的比如大众高尔夫和丰田卡罗拉,车型生命周期都能达到几十年。

  在这长达几十年的车型生命周期内,车型一直在更新换代,车上的ECU也在不停地更新,对应到电子元器件当然也在不停地更新。比如换了晶圆产地,更新了生产工艺,更换了邦线材料等,那么AEC标准是怎么保证器件的长期一致性的呢?

  如果器件发生了变。


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