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    [導讀]作為ams OSRAM合并之后的首次大型公開技術活動,近日召開的光學技術論壇備受業內關注。而涉及到汽車領域,大眾對于歐司朗的印象可能更加強一些,但也僅僅停留在外飾和照明光源領域。但其實ams OSRAM在汽車應用上的業務有著深厚的底蘊,涉及到了自動駕駛、車內駕駛員監控和各種新型的投影、迎賓光毯等。

    作為amsOSRAM合并之后的首次大型公開技術活動,近日召開的光學技術論壇備受業內關注。而涉及到汽車領域,大眾對于歐司朗的印象可能更加強一些,但也僅僅停留在外飾和照明光源領域。但其實amsOSRAM在汽車應用上的業務有著深厚的底蘊,涉及到了自動駕駛、車內駕駛員監控和各種新型的投影、迎賓光毯等。

    “某些公司擁有單獨的一項兩項技術,但沒有任何一家公司可以在三大技術平臺上都提供核心器件、傳感和算法?!卑~斯歐司朗高級副總裁陳平路在近日召開的首屆光學技術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,我們是毫無爭議的光學解決方案領導者,繼續保持這種領先地位也是公司未來的愿景?!?

    在此次光學技術論壇的“汽車與出行”分論壇上,三位來自amsOSRAM針對其在汽車的前沿應用和先進技術進行了深入的分享。


    高性能車載位置傳感和高精度電池能量計量

    隨著汽車新四化的發展,汽車中搭載的傳感器種類和數量也越來越多。在此次光學技術論壇上,也專門設置了“汽車與出行”分論壇,分享了ams OSRAM在汽車應用中的傳感器產品。

    【高性能位置傳感器】

    位置傳感器在汽車應用中非常廣泛,包括隨動大燈、電機、檔位、剎車電機等應用,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:磁旋轉角度傳感器和電感式角度傳感器。

    磁旋轉角度傳感器即基于HALL傳感的方式來檢測磁場變化情況,進而推算出角度信息。ams OSRAM的產品內置了四個HALL組成一個陣列,用于感應到斜著切割的磁場。磁力線被分解為X、Y、Z三個組,該器件選擇Z組分量進行檢測。

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

    因此ams OSRAM的磁旋轉角度傳感器對外部磁場免疫,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,通過一個高頻的磁場頻率和線圈之間的耦合系數,換算出檢測角度。

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

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

    【高精度汽車動力電池計量】

    電動汽車中的電池包需要高精度的電量計量,而電量的計量主要通過對電池的電流和電壓進行檢測。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傳感的電流檢測方式,測試的值容易發生溫漂,因此精度難以得到保證。市面上的主流趨勢是采用合金電阻Shunt的檢測方式。合金電阻的阻值非常小,只有50vo-100vo;但可以支持到從幾個毫安幾千安培的電流,非常適合高動態范圍的電池電量計量。

    ams OSRAM的高精度電池計量產品為AS8510電池傳感器接口。該產品的易用性是其最大的特色;另外因為零溫漂的特性,所以不需要溫度補償曲線,整體應用電路非常簡單。AS8510還可以結合AS8528也可以提供更高端的LIN SBC的方案。


    可見光賦能數字汽車座艙

    “近幾年汽車座艙已經進行了革命性的演進,實際上這個趨勢像過去十幾年,由功能手機向智能手機轉變的這么一個潮流,其實這個趨勢在汽車上已經開始演進?!卑~斯歐司朗中國區汽車LED高級產品市場經理竇明杰分享到。

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

    【直下式背光LED:提高車載顯示屏顯示效率和品質】

    從IHS的數據來看,主要的顯示技術仍是LCD,其中傳統側入式占據大部分市場,直下式背光LED快速增長。而像OLED這種新興的技術,也在逐漸增加。像Micro LED (μLED)這種更領先的顯示技術,離我們尚有一段時間。

    直下式背光技術是將屏幕分成了若干區域,每個區域下面都會有相應背光的LED,背光的LED可以在相應的區域里面進行單獨開閉和灰度調整,來匹配顯示UI。這樣既能取得高對比度,又能在無需顯示的區域關閉LED,從而達到一個高對比度、節能的效果。

    OLED雖然已經在消費市場成為主流,但在汽車上考慮到壽命、可靠性和供應鏈穩定等多重因素,LCD仍會是未來主流屏幕類型。而直下式背光的LCD將會逐步取代部分側入式背光LCD的市場。

    ams OSRAM針對直下式背光主推的產品為SYNIOS E1515,它能夠實現獨一無二的360度全角度的發光。

    如下圖所示,左邊是常見的頂發光LED產品,隨著觀看角度變大,其光強會有線性的降低。這種LED產品應用于直下式背光中,會造成屏幕中間有一個光斑,即hotspot的現象。而如右邊所示,SYNIOS E1515的頂部白帽也是透光的,零度角也有光強出來。隨著觀看角度變大會產生一個蝙蝠翼的光形分布。在直下式背光應用中,SYNIOS E1515較大光通量再配上合適的反光系統,就可以讓整個背光的單個區域會變得非常均勻。

    采用頂發光LED也可以實現均勻背光,但需要付出的代價是:不得不加高PCB板和第一層導光板之間的距離(OD),導致顯示模組變得更厚。SYNIOS E1515結合反光杯的設計,可以更好的實現直下式背光里均勻度和對比度的完美平衡,同時保證更小的OD,還可以做到更小的光暈尺寸優化。

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

    【智能RGB:助力沉浸式座艙體驗】

    車艙內的RGB呈現出從靜態向動態、從局部裝飾到全車氛圍的發展趨勢。而且RGB的呈現形式也不僅僅是單純的燈帶,而是會和車內的材料相結合,比如和天窗玻璃、門的飾板、迎賓踏板,甚至是座椅上的織物,再進行一個融合。從應用角度上來講,RGB也不僅僅局限于裝飾的功能,而是會被主機廠當作未來人機交互的一部分。ams OSRAM在RBG的產品布局主要包括RGBi和ISELED,其中RGBi通過開放的協議從而提供了更高的系統設計靈活度。

    RGBi即智能RGB,ams OSRAM的產品提供開放的通信協議,每個燈帶支持高達1000顆LED串聯。PWM的驅動模式提供10mA和50mA兩種標定,此外還有溫度補償的傳感器來活去實時芯片溫度,實現額外溫度補償,讓顏色更加穩定。開放的協議可以支持更多傳感器和MCU的串聯,實現更多個性化功能。

    在汽車的實際應用中,RGB的數量可能非常多,而且遍布在車身的不同位置。傳統RGB方案的痛點在于,每顆RGB可能都需要單獨的驅動、單獨的校驗,PCB的設計復雜度會提高,校驗帶來的工時也會增常。而使用RGBi的方案,可以將在線校驗的步驟省略掉,而且RGB和RGB之間通過LVDS傳輸,延時也可以得到很好的控制。PCB板的設計也可以得到極大程度的簡化,甚至可以使用一些FPC來實現一些2.5D造型。


    智能座艙三大系統中的光源應用

    在汽車智能座艙中,目前行業內包含三大具體的應用系統,分別是駕駛員狀態監測系統(DMS)、手勢識別系統和車艙內監控系統(IMS)。這三大系統中同樣少不了光源電子器件的參與,ams OSRAM也提供了此三類應用中的光源部分,助力實現更安全的狀態和環境監測、更便捷的ID自動識別、更高效的手勢操作和更舒適的自動控制。

    駕駛員的狀態監測系統的主要功能是監測駕駛員的疲勞,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。

    據艾邁斯歐司朗現場應用工程師蘇陽介紹,目前DMS的應用主要是針對駕駛員一側的駕駛艙位,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、后端的相關紅外光驅動以及后面的算法,作為整個系統應用的一個支撐。

    IMS艙內乘客檢測的大部分應用趨向于用大于100度的角度去進行艙內全局的補光,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更趨向于監測全車乘客狀態的功能,主流的同樣是采用2D的方式。

    艙內手勢識別的映紅,主要是把VCSEL搭配ToF傳感器構成一個模組來使用。對于距離和光照度都有相應的要求,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, 由于產品本身是高頻驅動的情況,所以就要求能夠在更短的時間內達到更高的電流。

    針對智能座艙內的應用,ams OSRAM同時提供了VCSEL和紅外LED兩種不同的產品。如下圖所示,兩種產品在不同性能參數上各有所長。VCSEL的區域成型窗口效率會更高一些,LED需要兩顆疊加再外加一個lens進行光形整合。均勻性上VCSEL的中心點微弱,兩頭稍強,可以其平面光強比較弱的情況。LED的模組中lens直接導致了其光強中間更亮,兩邊更弱。波長方面VCSEL較窄,傳輸效率更高,但在眼球追蹤應用中,兩個較窄光波產生的相干性,會造成大量特征點失效,從而導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用。在驅動方面,VCSEL的驅動時間更短,所以更適合手勢識別的應用,而紅外LED的驅動脈沖可能會有拖尾,就不太適合這些高頻驅動的情況。

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


    總結

    此次光學技術論壇是ams OSRAM合并之后的首屆,也是集合了兩家公司在光學和傳感器方面的絕大部分優勢技術,進行的集中展示和講解。陳平路表示,中國新能源汽車的應用是全球無可爭議的第一大成功市場,國產的汽車也發展的非常迅速,在這其中新技術的采用非常廣泛。在汽車領域amsOSRAM有著非常好的技術傳承,并且將會繼續保持領先地位,保證客戶的多樣化的需求和供應。

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