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電子外后視鏡開閘后的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

2023/01/29
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汽車電子外后視鏡CMS新國(guó)標(biāo)GB15084-2022將于2023年7月1日正式實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)動(dòng)車輛間接視野裝置性能和安裝要求》是在2022年12月29日正式發(fā)布的,屆時(shí)新國(guó)標(biāo)將全部替代2013年發(fā)布的舊標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)一大亮點(diǎn)便是規(guī)定了不僅可以安裝電子外后視鏡,還可以取代傳統(tǒng)的光學(xué)后視鏡。

上圖為吉利路特斯配套開發(fā)的電子外后視鏡,產(chǎn)品包括了流媒體后視鏡、電子外后視鏡,其中流媒體外后視鏡采用了1280*720分辨率LCD屏,支持15檔亮度調(diào)節(jié),攝像頭部分采用斥水材質(zhì),還可加熱融化積雪,以及盲區(qū)監(jiān)測(cè)、開門預(yù)警、后方橫穿輔助等功能。

實(shí)際日本和歐洲早就允許電子外后視鏡系統(tǒng)代替玻璃視鏡。歐洲法規(guī)方面主要有UN ECE R46-2016《關(guān)于間接視野裝置及安裝間接視野裝置車輛認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》和ISO 16505-2019《攝像頭監(jiān)視系統(tǒng)的人體工程學(xué)和性能方面的要求和試驗(yàn)程序》。美國(guó)NHTSA在2014年允許使用CMS,但不能完全取代傳統(tǒng)玻璃反射鏡。商用車方面特別開了綠燈,2019年1月起,可以試用5年,用CMS取代傳統(tǒng)的玻璃反射鏡。SAE正在制定的J3155標(biāo)準(zhǔn)則允許乘用車也用CMS取代傳統(tǒng)的玻璃反射鏡。

不過(guò)歐美和日本并沒(méi)有大規(guī)模流行電子外后視鏡,原因很簡(jiǎn)單,想做好電子外后視鏡太難了,成本也太高了,因此除了本田旗下首款純電動(dòng)微型車本田e標(biāo)配CMS外,其他如奧迪已經(jīng)量產(chǎn)的e-tron純電動(dòng)SUV提供的類似功能的選裝(1250歐元,折合人民幣約9500元)以及雷克薩斯選裝(1900美元)。奔馳2019年6月推出的新一代頂級(jí)卡車Actors則是全球第一款標(biāo)配CMS的卡車,CMS系統(tǒng)由博世提供。頂級(jí)跑車阿斯頓·馬丁則采用了Gentex的CMS系統(tǒng),與眾不同的是其屏幕與電子外后視鏡合二為一,沒(méi)有單獨(dú)屏幕。大眾非常冷門車型,柴油混動(dòng)近乎概念車的XL1也標(biāo)配CMS,這款車在2013年上市,2019年復(fù)出,特別增加CMS。

奧迪e-tron上的CMS由西班牙Ficosa供應(yīng),據(jù)說(shuō)歷時(shí)十年動(dòng)用近百人才研發(fā)成功,F(xiàn)icosa在2015年被松下收購(gòu)了49%的股份,2017年再被收購(gòu)20%的股份,松下已經(jīng)控股該公司。用戶圖形界面則是由中科創(chuàng)達(dá)旗下的Rightware公司提供的Kanzi軟件做支持。

已經(jīng)上市的CMS缺點(diǎn)很明顯,首先是噪點(diǎn)和偏色,夜晚塞車時(shí)大量的紅色尾車燈會(huì)讓顯示屏整個(gè)染紅,噪點(diǎn)很大。再有就是LCD屏色彩不正,色調(diào)偏冷。其次是不夠流暢,人們從傳統(tǒng)玻璃反光鏡中看到的景物是光速的,但如果采用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)延控制將會(huì)面臨巨大的挑戰(zhàn)。時(shí)延不僅僅會(huì)影響到用戶對(duì)于“流暢度”的樸素認(rèn)知,更重要的是時(shí)延還涉及到安全性。按照人類圖像感知的最佳幀率60fps來(lái)計(jì)算,輸入延時(shí)的上限為16.667毫秒。所謂的“輸入延時(shí)”,指的是被攝物體影像從攝像頭到ISP圖像處理以及轉(zhuǎn)換成顯示器支持的格式、最終傳輸?shù)狡聊?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1573482.html">驅(qū)動(dòng)芯片等一系列過(guò)程等待刷新的延遲。而目前的CMS系統(tǒng)好的能做到大約50毫秒,差的近100毫秒。

要做一款好的電子外后視鏡,難度和成本都很高。筆者設(shè)計(jì)了一款理想的電子外后視鏡。先是圖像傳感器的選擇,必須選擇高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器,至少140dB,這樣才能避免夜間的噪點(diǎn),同時(shí)進(jìn)出隧道時(shí)也能避免致盲。再有像素也要有200萬(wàn)像素,否則也容易有噪點(diǎn)。幀率也要是60fps。像素也不能太高,CMS顯示屏的尺寸通常是7英寸或8英寸,像素太高也顯示不出來(lái)優(yōu)點(diǎn),對(duì)處理器負(fù)擔(dān)也有點(diǎn)重。豪威的OX03C10是首選,還有索尼的IMX490,不過(guò)IMX490有540萬(wàn)像素。

接下來(lái)選擇顯示屏,目前車載液晶顯示屏最高為60Hz,也就是說(shuō)至少有16.7毫秒延遲。這也是為什么游戲筆記本電腦屏幕不斷提高的原因,目前游戲筆記本電腦屏幕最高有165Hz的。

奧迪很奢侈地訂制了三星7英寸OLED顯示屏,分辨率1280*1080。OLED顯示屏響應(yīng)時(shí)間最高不低于2毫秒,大部分都是微秒級(jí)的,OLED的另一個(gè)好處是色彩比較正,OLED屏最差也能達(dá)到105%NTSC色域,而車載LCD屏一般是45-75%的NTSC色域。OLED的功耗也略低,同時(shí)也稍微薄一點(diǎn)。

CMS顯示屏最佳選擇是OLED。目前量產(chǎn)的最小尺寸的OLED車載屏只有和輝光電的M800FBM1.A.

圖片來(lái)源:和輝光電

確定了顯示屏和圖像傳感器后就是圖像處理了。

德州儀器的CMS系統(tǒng)框架圖

圖片來(lái)源:德州儀器

德州儀器的CMS系統(tǒng)框架圖,這里選擇解串行,如果不怕軟件太復(fù)雜,還可以選擇以太網(wǎng)連接,在攝像頭上加入以太網(wǎng)物理層芯片,或許還需要加一個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)芯片。

不計(jì)成本的話,圖像處理的最佳選擇是Xilinx的XAZU4EV,這與其說(shuō)是一個(gè)FPGA,不如說(shuō)是SoC。它是針對(duì)車載環(huán)境設(shè)計(jì)的視頻處理芯片。

XAZU4EV簡(jiǎn)介如上表,內(nèi)含4核Cortex-A53,雙核Cortex-R5實(shí)時(shí)核心,特別內(nèi)嵌H.264/H.265視頻編解碼單元,也有車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)封裝的SFVC784封裝。FPGA可以自行定義接口,避免增加外圍視頻轉(zhuǎn)換芯片,也減少了延時(shí)。據(jù)稱基于AMD-Xilinx圖像IP合作伙伴iWaySense提供的iWayCam CMS系列專用圖像處理IP解決方案,CMS待機(jī)暗電流極低,整機(jī)功能安全可以達(dá)到ASIL-B,系統(tǒng)時(shí)延在常溫下極限可以做到≤9.6ms(受限于屏幕顯示的瓶頸)。

XAZU4EV一切都好,就是太貴,差不多要400美元,CMS的精密注塑外殼開模(能抵擋高壓水槍的沖擊)、加解串行8顆芯片(視頻輸出還需要4顆加解串行芯片)、加上車規(guī)級(jí)攝像模組、昂貴的連接器線纜、兩個(gè)OLED顯示屏,整套CMS估計(jì)BOM成本要650美元,這個(gè)價(jià)格顯然太高了。

次優(yōu)選擇采用Nextchip的NVP2650D做主芯片,BOM成本估計(jì)可以降低到200美元左右。

NVP2650的內(nèi)部框架圖

圖片來(lái)源:Nextchip

上圖是NVP2650的內(nèi)部框架圖,Nextchip的NVP2650D圖像信號(hào)處理器(ISP)將兩個(gè)NVP2650 ISP內(nèi)核集成在一個(gè)封裝中,可同時(shí)處理兩個(gè)OX03C10傳感器捕捉的圖像,并使用單個(gè)ISP以60幀/秒的幀率提供雙重完整LFM圖像輸出。此外,NVP2650D提供10/12位壓縮RAW輸出和24位未壓縮HDR 輸出,以進(jìn)一步提高明暗對(duì)比強(qiáng)烈的場(chǎng)景的圖像質(zhì)量。NVP2650D缺點(diǎn)是兩路1920*1080分辨率下只能30fps,因此需要用兩顆NVP2650D。考慮到將來(lái)需要OTA,恐怕還得再加一片以太網(wǎng)物理層芯片與NV2650D的PCIe連接。

這樣的成本還是有點(diǎn)高。如果采用混合后視鏡,就是玻璃后視鏡加電子外后視鏡,那就可以降低標(biāo)準(zhǔn),不用OLED顯示屏,采用1280*800的LCD屏,也不采用昂貴的高動(dòng)態(tài)圖像傳感器,像素低至130萬(wàn)像素,BOM成本可以大大降低到150美元乃至更低。

瑞薩的AHD示意圖

圖片來(lái)源:瑞薩

瑞薩的AHD示意圖,只做電子外后視鏡,中間的V3H可以不要。所謂AHD就是模擬高清,NVP2650D也支持AHD。新型RAA279971 AHL編碼器和RAA279972解碼器使用調(diào)制模擬信號(hào)傳輸視頻,傳輸速率僅為以數(shù)字方式傳輸高清信號(hào)所需傳輸速率的1/10。較低的傳輸速率意味著可以使用非屏蔽雙絞線(UTP)電纜和標(biāo)準(zhǔn)低成本連接器,也可使用現(xiàn)有的傳統(tǒng)模擬視頻電纜和連接器。RAA279972可以直接輸出BT.565格式的合成視頻信號(hào),TW8846/8847都可直接接收。這樣省了4顆加解串行芯片。

TW8846/8847內(nèi)部框架圖

圖片來(lái)源:瑞薩

TW8846/TW8847內(nèi)部具備OPEN-LDI也就是液晶屏最常用的LVDS接口,無(wú)需任何轉(zhuǎn)換芯片,也無(wú)需解串行芯片。這樣省了4顆加解串行芯片。

電子外后視鏡的研發(fā)成本也不低,主要是需要長(zhǎng)時(shí)間的車內(nèi)車外標(biāo)定和調(diào)試。未來(lái)電子外后視鏡恐怕還是高端奢侈品,以選裝為主,選裝的價(jià)格估計(jì)也要1萬(wàn)人民幣左右。玻璃與電子雙重外后視鏡或許是更好的選擇。

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