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汽车电子扣人心弦的漫长曲折之路

一月 26, 2018 | Patty Goldman, I-Connect007
汽车电子扣人心弦的漫长曲折之路

我非常高兴能在今年的productronica展会上采访到Alun Morgan。他应该是我见过电子领域中最热忱的人,我相信你们在阅读这篇采访的时候就会明白。

Patty Goldman:Alun,我知道您为EIPC工作,不过您的职位是?

Alun Morgan:我是EIPC的主席。

Goldman:所以您是一把手,对吧?

Morgan:其实并不是。我是专责主管人员,实际上并没有什么实际工作。Kirsten Smit-Westenberg负责组织的所有实际工作。我现在已经担任了六年的主席,也就是三个两年任期,所以可能是时候改变了。我感到非常荣幸能成为EIPC的主席。我们的主体任务是促进欧洲的电子市场和整个供应链发展,但我们的重点是PCB行业,因为这是我们出发的地方。我们的会员中有设计、制造、组装、使用印制电路板的公司,以及为制造PCB的公司供货的公司,也就是整个供应链。我们的工作是促进其业务发展,并保持欧洲在全球范围的高知名度。

Goldman:好像EIPC每年都会在夏季和冬季组织几次非常受欢迎的会议。

Morgan:没错。我们每年都有两次大型会议,再加上一些研讨会。明年对我们来说非常特殊,这是我们成立的第50周年,我们的第一任主席M.G. Fassini博士也会出席会议。

Goldman:所以你们正。在为此准备一些特别的惊喜?

Morgan:是的。我们将于5月31日至6月1日(周四周五)在波恩举行会议,还有莱茵河游轮晚餐。我们想以此作为五十周年的庆典,以及能让我们的会员们乐在其中的特殊活动。我们准备了一个与技术计划同样强有力的社交计划。我们这样做的主要原因是想让大家拓展人脉网络。我们发现,如果我们有一个好的社交计划,人脉就能联系起来,并建立起以前所无法建立的联系。很多人告诉我们,他们通过这类活动找到了商业伙伴。我们有来自北美、欧洲、亚洲、以及遍布整个欧洲的会员,欧洲可是有28个欧盟成员国。在这些活动中达成的合作之多令人惊讶。从我的角度来看,我们的活动大概有一半是技术性的,另一半是人脉网络、社交和面向业务的活动。现在我们有120个会员公司,这是近期的高峰数量,出席活动的人数也会有很多。

Goldman:那冬季会议什么时候举行?

Morgan:我们将于一月底在里昂举行冬季会议。我们将会组织参观法国的大型列车制造商阿尔斯通(Alstom),他们生产巨大的列车。其实我前不久才去过。传统的列车是大型机械装置,有非常大型的电机、操纵杆、轴承、齿轮等等。但是令人惊讶的是,如今的列车上有如此之多的电子设备。现在,很多执行器都是由电子控制了,而不是由大型机械机构,而且许多气动执行器也是由电子控制的。随着参观越来越深入,我们发现了更多运用电子设备的列车控制系统。所以,其实电子设备的前景非常好,而且不仅仅在汽车方面,对于像列车这样的公共交通工具也是一样。

Goldman:公共交通工具远远不是只有列车和公共汽车。运输行业中每家公司都在使用越来越多的电子产品。

Morgan:这也是一个非常有趣的领域。最近我花了很多时间来探讨汽车电子和它的发展方向。当然,自主驾驶是最终目标,然后就是人们所说的SAE International定义的不同等级的自动驾驶。第零级就是驾驶员独立控制;第五级就是车辆完全自主驾驶,这一等级的车甚至可以没有方向盘。

Goldman:人们只需要坐在后座上,告诉车你想去的地方,然后车就会自动把你送到那里。

Morgan:对,就是这个意思。有趣的是,当达到这个等级以后,车辆就会变得非常关键。因为没有任何备份选项,所以不能出现任何故障。没有后备计划。如果车辆或它的引导系统出现问题,你连打方向盘和踩刹车都无法做到,或者说根本什么都做不到。在这个等级,你必须非常肯定,车辆将会在一切情况下都能正常工作。而自动化程度稍微低一些的等级可能会有一个10秒钟的窗口时间,平时车辆可以处理所有事情,但在出现问题的情况下会提醒你在10秒钟内接管车辆。

这意味着放下报纸或者停止手上的事情,然后控制车辆。车辆还需要知道驾驶员的状态,车上会安装监控驾驶员的摄像头和传感器,以确定他是醒着还是睡着了,还是在看报纸,目的是为了确保他们能在听到警告的10秒内重新接管车辆。

而这又会导致其他问题。具有避免碰撞能力的汽车,可以感知前方一定距离内的东西。由于技术限制,典型的前视摄像头可以感知的距离大约是200米,所以200米是你可以安全前进的距离,同时又有10秒的安全窗口时间,这就会将您的速度限制为每小时45英里(20米/秒),因为只有这样车辆才能保证在窗口时间内前面的道路是安全的。如果出现问题,车需要在这10秒钟之内来提醒你,这10秒钟的安全窗口时间是必不可少的。

不过还要这么想,如果车辆可以通过电子方式连接到并感知其他车辆,就能知道有前面400米处有一辆车在以每小时100英里的速度行驶,你的车还可以读取那台车上的传感器数据,所以至少能知道前面两台车距离的道路是安全的。在同样的10秒安全窗口时间情况下,可以以更快的速度前进,因为你还用上了别人的传感器。

Goldman:我觉得在美国这样会出一些问题。

Morgan:的确还有很多问题需要解决。这被称为V2X意识,它的含义是车辆到X连接,其中'X'可能是另一辆车或两个基础设施,比如两个红绿灯,或者其他什么东西,比如路边的椅子。问题出在车辆之间的交流方式上,因为你的车需要确定前面的车确实是一辆车,并且传递的信号是有效的。这里就要讲到“怎么确保车辆之间能安全通信?”我经常听到,并且最近越提越多的一种说法是,要达到完全自主驾驶这一等级,就必须使用这种车辆间通讯。就在前几天,我还听到一个预测说,到2025年,所有车辆就都能自主驾驶了。目前我还是认为这个预测有点过于乐观。如果我们能接近这个目标,我都会觉得非常惊喜。然而,这方面技术有很大的推动力,电子行业的人们正在不断思考他们需要造出什么样的设备来达成这个目标。事实上,常常是他们在推动汽车领域的技术进步。

除了车辆之间的通讯以外,另外一件需要考虑的事情是可靠性。如果传感器发生故障了会怎么样?如果在时速100英里的时候通讯失效了会怎么样?车辆必须要确保乘客的安全。通常,在汽车领域,大家都在提无缺陷、零缺陷的系统。但想象一下,负责整个系统正常运行的ASIC中包含了50亿个晶体管。包含50亿个晶体管的芯片中必定存在缺陷,所以这个设备不可能达到零缺陷。

然后就是如何进行测试?没有设备能测试50亿个晶体管,也没有设备能测试长期老化,因为没人会给你这么长的时间完成这项测试。那么,如何确保车辆的电子系统能够正常运转15年呢?答案是,你很可能无法做到。我们以热循环为例子,一辆车每天进行六次热循环,芯片温度达到125°C。所以,希望只依靠提高温度就模拟车辆15年的老化程度是不可能的,因为在这15年中,会出现各种不同的失效机理。

我举一个例子,这个例子是我从半导体制造服务公司ASE集团的一位专家那里听到的,他说:“我们来测试鸡蛋的耐热性,如果让一只体温38℃的母鸡坐在这个鸡蛋上面,那么21天后就会孵化出小鸡,但如果你想加速老化,将这个时间缩短,就好比把蛋放在100℃的沸水里煮五分钟,鸡蛋就会煮熟,而不是孵化出小鸡。”

会出现各种不同的机理,这就是会出现问题的地方。我认为我们现在所看到的概念是让汽车电子能够升级。举个例子,这是一辆新车,车上安装有视觉传感器,可以避免发生前部碰撞,保修五年,因为我们只能测试到五年,所以我们敢确保它能正常工作五年,如果你的车要用到15年,就需要每五年更换一个传感器,因为在这五年的时间里,我们也会开发出更好的系统,也是质保五年,然后再过五年,我们会再给你换更好的。

所以车辆能够升级,才是最关键的。当对传感器技术进行升级时,还要确保这段时间内的可靠性。

Goldman:肯定需要升级能力啊,到2025年肯定还是有很多人不愿意换车的。

Morgan:说的很对。我觉得这过于乐观了。汽车的平均寿命是15年,现在都还有些50多年的老爷车在路上跑。但是,如果把这项技术应用到所有的新车上,应该就能达到临界点,从概念上来说是成立的。车上的轮胎、雨刮器、电池都能换,为什么不能换车上的电子设备呢?为什么不能在汽车的生命周期中不断升级呢?

Goldman:只要能把电子设备模块化,对吗?

Morgan:是的,不过这需要很大的改变,因为目前这些设备都没有模块化。这也是非常热门的话题之一。为了确保电子产品的可靠性和安全性,我们必须不断接纳不同的思维方式,这将是一次重大革命。最重要的是,一辆车将不再会在购买后的15年或者20年的生命周期中一成不变,而会由电子设备供应链在车的整个生命周期内,不断提供服务和升级计划。这意味着将会用到更多电子设备,对我们来说是好消息。

Goldman:汽车的使用寿命也可能会变得更长。我还听到一种说法是人们不再拥有车辆,而只是在需要的时候安排车辆。

Morgan:这也是一个热门话题,因为如果车与车之间能够通讯,那么汽车就能像火车一样运行,在高速公路上共同前进。那这又跟列车这样的公共交通系统有什么区别呢?不同点在于,你拥有其中的一部分,或能够控制你所拥有的那一部分。

Goldman:因为你想在这里下车,而其他人想在别的地方下车。

Morgan:最终,这会变得有点像供应链解决方案。第一步和最后一步是最棘手的部分,其他的就都很简单。

Goldman:中国有句老话叫“行百里者半九十”。

Morgan:最终会变得一样,因为公共交通很容易组织,但是你想让车辆到达你指定的地址,而不是把你送到市中心的某个中央车站。人们的想象力非常丰富。毕竟,汽车的利用率不会太高,大部分时间都是停着不动的。

Goldman:开车上班,停八个小时,然后开车回家,再停八个小时。

Morgan:我的车长期停在爱丁堡机场,因为我经常出差。我的车大部分时间都停在那里动也不动。汽车上唯一每天24小时都在工作的就只有警报系统了,不过这是不同的可靠性问题。在汽车的整个生命周期中,我估计只有1%到2%的时间在工作。但是,如果你的汽车可以自动开出去供其他用户使用,那么就可以把利用率从2%提高到25%、30%,甚至50%。当然,还可以把其他的概念也引入进来。那这辆车还能维持十五年吗?很可能不行,因为它的利用率会高很多。

Goldman:这还取决于发动机质量、定期保养、换轮胎这些吧。

Morgan:你可能会发现车的寿命会短很多,并且会更频繁地换车。因此,给许多人使用的车队车辆的寿命会比我们通常认为的私家车的15年寿命短很多。租赁车辆无法维持15年,因为它们一直在行驶当中。租赁车辆一般只能维持两年或更短。而这个两年就足够改变可靠性的概念和可靠性测试。十五年的测试时间很长。两年是比较现实的。我们对汽车的可靠性的目标到底是什么,人们常说将消费技术应用于车辆,但我认识的每个人都说这样跨度有点大。消费品的可靠性和汽车的可靠性相差甚远。消费类产品的设计寿命很短,就算出现问题,也只是手机坏掉,而不会死人。

Goldman:手机坏了扔掉再换一个就行了。

Morgan:只是一两天比较不方便而已,不是什么大问题。如果自主车辆出现故障,就有可能会出现非常大的问题。我举个消费类产品以外的军事方面的例子吧,因为军事也有不同的可靠性概念。军事系统经常会在造出来以后搁置多年,然后在需要使用它们的时候能够正常工作。例如导弹系统。如果你要捍卫国家免受来袭导弹的攻击,就需要发射很多导弹来防御,例如发射五枚导弹。一枚可能会失效,一枚可能会打偏,所以要发射五枚。你不会同时让五辆车来接你,这不符合常理,你叫的车必须能正常工作。

很多人都以为这个比喻更适合服务器市场,这个市场中的NAS和数据中心服务器需要全天候运行。这些设备都是全天候运行的,的确是有固定的热负载,但具有全天候要求。因此,可靠性要求就有可能会比消费类电子更接近汽车电子。我们以后再谈这一点。如你所知,我也与高密度封装用户组(High-Density Packaging User Group)合作,担任推广人和欧洲区域代表。我们为很多提供这种网络系统的公司做了很多可靠性方面的工作,这些公司包括Oracle、诺基亚、IBM、思科、Juniper等等。我认为这个市场与汽车市场之间的跨度可能比消费类产品小得多。

我们非常希望能更加深入地参与到汽车行业中,同时,我认为必须认真讨论可靠性的含义,以及如何衡量它,并将这种等级的可靠性提供给汽车行业。Patty,我很抱歉,这个话题好像讲得太多了,但我真的很喜欢聊这个。

Goldman:这个话题很好。

Morgan:说到这些我就激动。

Goldman:我们聊到的这些都是很好的内容。你还有什么想补充的吗?

Morgan:还有一件事我想说一下。欧洲的汽车电子非常强势,一些大型公司都在欧洲。两周前,我在台北举办的TPCA展会上,听了Hayao Nakahara做的主题演讲,他是业内知名人士和知名专家。他谈到了汽车电子会如何对中国和中国的制造业产生巨大的影响,以及中国制造业的思维方式。所以实际上,我认为现在的汽车电子正在大热,这为所有人都开辟了巨大的市场,这也会让我们的生活更加便利。如果我们真的可以依靠自主驾驶的交通系统,那么它将能让我们在乘车的时候做其他事情,让我们的生活更轻松。

Goldman:这种事情我们在五年前连想都没想过。

Morgan:所以5年真的会出现很大的变化。

Goldman:还有什么我们现在没有想到,五年之后会成为热门的东西呢?现在到处都是电子设备。

Morgan:今天我就不详述了,但医疗电子方面已经开始有了一些起色。在诊断方面,因为前一段时间我听到一句话,“诊断才是新药”。诊断才是关键,而不是开处方。电子产品很适合这项任务。现在有一些微型传感器可以通过一系列症状非常快速地给出诊断结果。有一些人工智能系统可以分析生物传感器获得的数据,然后做出诊断,并根据诊断结果开出定制的药方。我认为我们将看到这些技术使我们变得更加健康,而不需要依靠外部化验室和医生。我们可能还会发现很多可以通过电子设备来管理的东西,这也会让我们的生活更美好。

Goldman:Dan Feinberg去年在消费电子展(Consumer Electronics Show)上看到了一件有趣的事情,那就是人们开始在汽车中融合各种各样的行业。当他把手放在这个概念车的方向盘上时,就可以测量心率、压力程度等五六个不同的数据。

Morgan:比如你现在不适合开车等等。我们还没有提到物联网,而我要说的最后一件事就是物联网会进入所有东西。物联网基本上就是围绕在我们身边的完整传感器网络,就像您刚刚提到的方向盘那样。它们可能是医疗传感器、探测前方车辆、周围车辆的传感器,所以传感器技术是最关键的。这非常引人入胜,对传感器自主程度的讨论也非常热烈。这些传感器必须具有某种程度的自主性,因为你不能管理它们。未来,我们将会用到数十亿的各种传感器,这让我非常期待。这场物联网革命,无论是自主驾驶车辆还是医疗,无论什么应用,最终都会使我们的生活变得更好。现在,是时候让我们安安静静地享受生活,而不是操心各种各样的科技了。

Goldman:对,到了享受劳动成果的时候了。Alun,非常感谢你接受我们的采访。

Morgan:不客气,Patty。也谢谢你。

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