汽車安全需求劇增 全球廠商戮力開發(fā)影像式ADAS - 全文

　　為打造新世代智能汽車，全球車廠已競相投入開發(fā)ADAS與聲控功能，帶動大量汽車電子需求，包括高畫質(zhì)影像傳感器、多核心MCU/DSP、雷達和車內(nèi)網(wǎng)路通訊芯片，以及語音控制平臺，均已成為零組件供應(yīng)商的發(fā)展焦點。

　　2012年德國漢諾威、美國底特律、臺北及北京車展均已風光落幕，從中可發(fā)現(xiàn)品牌車廠不再一味追求引擎馬力或內(nèi)裝舒適度，而是以優(yōu)化駕駛體驗為前提，全力投入發(fā)展新世代智能汽車（Smart Car），并提出各種創(chuàng)新設(shè)計概念爭奇斗艷。

　　其中，尤以主動式先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、車載資通訊（Telematics）平臺設(shè)計最炙手可熱，已成全球車廠一致努力目標。包括寶馬 （BMW）、賓士（Mercedes-Benz）、福斯（Volkswagen）、奧迪（Audi）及豐田（Toyota），甚至于中國大陸車廠，均一窩蜂展開產(chǎn)品部署。盡管目前ADAS只在高級車種中現(xiàn)身，但隨著技術(shù)成熟，以及更新穎的系統(tǒng)設(shè)計方案降低成本后，勢將迅速蔓延至中低價位車款。

　　優(yōu)化影像式ADAS　高畫質(zhì)鏡頭/DSP身價飆

　　全球車廠正戮力開發(fā)影像式ADAS，包括停車輔助（PA）、車道偏移警示（LDW）及盲點偵測（BSD）皆是布局重點（圖1）；為提高影像系統(tǒng)判斷精準度，相關(guān)車廠已計畫導入車用高畫質(zhì)（HD）鏡頭，為相關(guān)業(yè)者帶來一波市場商機。

　　圖1　2011～2019全球ADAS需求預(yù)測（左）與熱門應(yīng)用功能分析（右）

　　圖2 車輛研究測試中心研發(fā)處影像與電控工程專案副理李玉忠指出，車輛中心已與國內(nèi)客運業(yè)者合作，在公車內(nèi)導入影像式ADAS監(jiān)控駕駛狀況。

　　車輛研究測試中心（ARTC）研發(fā)處影像與電控工程專案副理李玉忠（圖2）表示，隨著品牌車廠傾力優(yōu)化影像式ADAS的使用體驗，將加速車用鏡頭朝高畫質(zhì)邁進；因此，現(xiàn)已吸引許多影像傳感器、模組及系統(tǒng)開發(fā)商展開產(chǎn)品部署，全力搶攻市場商機。

　　不過，李玉忠強調(diào)，由于影像式ADAS的鏡頭須符合車規(guī)嚴格要求，無法如應(yīng)用在消費性電子裝置上的產(chǎn)品，迅速升級至百萬畫素擷取高畫質(zhì)影像，故現(xiàn)階段業(yè)界通過測試的車用鏡頭最高僅支援D1（720×480）解析度。為突破此一桎梏，車輛中心遂與合作伙伴攜手研發(fā)車用高畫質(zhì)鏡頭，預(yù)計近期即能開花結(jié)果，有助突破影像式ADAS的功能限制。

　　配合車用高畫質(zhì)鏡頭的發(fā)展，亦須開發(fā)更先進的影像演算法，才能強化影像式ADAS對更大資料量的即時處理能力。因此，車輛中心也已開發(fā)多套影像演算機制，包括整合前方碰撞警示與車道偏移警示兩項功能的車前視野安全整合系統(tǒng)，以及針對車側(cè)、后方視野開發(fā)的盲點偵測、影像式障礙物偵測（IOD） 和先進停車導引（APG）等。

　　李玉忠透露，目前車輛中心已將十四款演算法技轉(zhuǎn)給***系統(tǒng)廠商，并提供完整的軟硬體參考設(shè)計，協(xié)助業(yè)者快速搶進汽車售后市場（After Market），以及塬始設(shè)備製造商（OEM）供應(yīng)鏈，進一步分食影像式ADAS商機大餅。

　　未來，影像式ADAS除引進高畫質(zhì)鏡頭外，亦將選用更高階的控制芯片，實現(xiàn)更多影像校正、分析功能。德州儀器（TI）行銷應(yīng)用協(xié)理鄭曜庭（圖3）表示，今年初德州儀器已發(fā)表最新嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)字訊號處理器（DSP）--DaVinci DM8148，并于近期導入量產(chǎn)。其內(nèi)建安謀國際（ARM）Cortex-A8核心、影像協(xié)同處理器（VICP）、浮點運算功能，以及VLIB軟體程式庫，可高速分析大量視訊，并提升影像識別精準度。

　　圖3 德州儀器行銷應(yīng)用協(xié)理鄭曜庭指出，影像式ADAS搭載高階DSP與FPGA，將可支援更多高畫質(zhì)鏡頭資訊，打造汽車環(huán)景監(jiān)控系統(tǒng)。

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　　鄭曜庭強調(diào)，視訊處理能力為影像式ADAS效能的關(guān)鍵指標，尤其未來系統(tǒng)支援高畫質(zhì)影像內(nèi)容后，對處理器的規(guī)格要求也將攀升。由于DM8148搭載 VICP引擎，可增強1，080p影像壓縮與解壓縮功能，有助釋出主處理器運算空間，用于支援其他功能或演算法，并降低耗能，將為系統(tǒng)帶來新的應(yīng)用價值。

　　鄭曜庭也指出，影像式ADAS也將要求DSP具即時處理能力，才能就危險狀況及時發(fā)出預(yù)警。為此，德州儀器已在DM8148中導入C674x浮點運算核心，并透過VLIB軟體程式庫提升十倍DSP效能，以全方位滿足車廠設(shè)計需求。

　　事實上，除影像式ADAS外，業(yè)界亦採用雷達（RADAR）、激光雷達（LIDAR）打造各種ADAS，三種設(shè)計方案在成本、偵測距離及精準度上頗有差異。鄭曜庭認為，影像式ADAS因行車記錄器、倒車影像輔助系統(tǒng)的發(fā)展已行之有年，故其設(shè)計成本及市場接受度均具優(yōu)勢，可望贏得大多數(shù)車廠青睞，率先在ADAS設(shè)計領(lǐng)域崛起。

　　至于雷達因偵測精準度較佳，盡管成本較高，預(yù)估仍可贏得不少高級品牌車廠青睞，目前英飛凌（Infineon）已成功量產(chǎn)基于硅鍺 （SiGe）製程的24GHz雷達芯片，并將在近期推出各種用于中短距離偵測的主動式ADAS參考設(shè)計，現(xiàn)正與多家歐洲品牌車廠接洽，預(yù)計在2015年前可望大舉進駐高階車種。

　　英飛凌牽手歐洲車廠　力拱24GHz雷達ADAS

　　英飛凌電源管理與多元電子事業(yè)處經(jīng)理吳柏毅認為，24GHz雷達系統(tǒng)也可用于工業(yè)領(lǐng)域，如路燈控制、警用測速裝置等。

　　英飛凌電源管理與多元電子事業(yè)處經(jīng)理吳柏毅（圖4左）表示，英飛凌繼2年前推出77GHz雷達芯片，協(xié)助車廠在高階車種中導入可偵測200公尺距離的定速巡航系統(tǒng)后，今年更領(lǐng)先業(yè)界量產(chǎn)24GHz雷達芯片，將鎖定應(yīng)用范疇更廣，且對行車安全防護更重要的中短距離ADAS，全力搶攻商機。

圖4 英飛凌電源管理與多元電子事業(yè)處經(jīng)理吳柏毅（左），右為英飛凌汽車半導體亞太區(qū)經(jīng)理陳福順

　　吳柏毅強調(diào)，英飛凌以硅鍺取代砷化鎵（GaAs）材料，開發(fā)新系列24GHz雷達芯片，并針對占芯片總體成本達30%的封裝環(huán)節(jié)做改善，新增一款整合雷達發(fā)射器、兩顆接收器及大量周邊元件的單晶微波集成積體電路（MMIC）方案；不僅能大幅提高感測效能，更有助解決以往雷達系統(tǒng)價格高昂的問題，加速市場應(yīng)用普及。

　　隨著英飛凌新一代24GHz雷達解決方案價格更加親民，亦已吸引歐洲一線品牌車廠相繼投入研發(fā)相關(guān)的雷達自動巡航控制（ACC）、前方碰撞警示、車道偏移、盲點偵測及停車輔助系統(tǒng)，藉以提升行車安全防護層級至更高境界。

　　吳柏毅認為，由于雷達ADAS具備優(yōu)異的偵測精準度及環(huán)境適應(yīng)能力，一旦整體系統(tǒng)價格得以下降，勢將迅速崛起，成為車廠開發(fā)ADAS的新寵。盡管目前雷達與影像式ADAS相比，價格仍高出許多，但對追求汽車安全性重于價格考量的歐洲品牌車廠而言，還是偏好採用品質(zhì)較佳的解決方案，遂給予雷達系統(tǒng)更多發(fā)揮空間。

　　現(xiàn)階段，自動巡航控制與盲點偵測已成雷達系統(tǒng)的主力應(yīng)用市場，預(yù)估總芯片出貨量將于2015年達到約四十九億顆，占整體車用雷達芯片市場版圖三分之二以上。為及早卡位市場，吳柏毅指出，英飛凌近期將推出相關(guān)參考設(shè)計，包含射頻（RF）及天線布局方案，以及整合模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）、 DAC、DSP和高階微處理器（MPU）的訊號傳輸流程設(shè)計，助力車廠快速引進24GHz、77GHz雷達ADAS。

　　據(jù)了解，50公尺以下范圍和50100公尺的中長距離，係ADAS最主要的偵測領(lǐng)域，包括車前、車側(cè)及車后均須導入鏡頭、雷達或激光雷達等傳感器（圖5），方能擷取即時道路資訊協(xié)助駕駛判斷。其中，尤以雷達偵測精準度最優(yōu)，且在雨天、大霧或夜晚等視線不佳的環(huán)境下，仍可提供正確資訊降低 ADAS誤判機率。

　　圖5 適合短、中、長距ADAS應(yīng)用的傳感器分析。

　　也因此，英飛凌汽車半導體亞太區(qū)經(jīng)理陳福順（圖4右）預(yù)估，雷達ADAS將是車廠未來幾年的研發(fā)重點，2015年前各式車用雷達系統(tǒng)將大舉亮相。除歐洲車廠積極催生24GHz雷達ADAS外，包括北美、日本及中國大陸車廠亦有計畫投入；此外，也有業(yè)者計畫以77或79GHz雷達系統(tǒng)覆蓋中長距離，而短距（50公尺以下）偵測則採用低成本影像式方案，組成整合型ADAS。

　　車廠在強化多元ADAS功能的同時，亦不斷尋求低成本解決方案，促成集中式管理模式興起。目前包括現(xiàn)代（Hyundai）及中國大陸車廠均積極投入，以在產(chǎn)品售價持平的前提下，增添安全價值。

　　精簡系統(tǒng)開發(fā)成本　集中式ADAS勢頭可人

　　ADAS功能包羅萬象，要價也都所費不貲，不過，結(jié)合線傳控制（X-by-wire）與多核心微控制器（MCU）統(tǒng)一管理后，將可大幅縮減離散系統(tǒng)的開發(fā)成本。

　　陳福順表示，由于ADAS涵蓋諸多層面的監(jiān)測功能，若均採用個別系統(tǒng)設(shè)計方式，勢將加重整車開發(fā)成本，恐難普及至中低價車款；因此，業(yè)界正興起集中式ADAS設(shè)計風潮，期透過控制器區(qū)域網(wǎng)路匯流排（CAN Bus）或FlexRay等車內(nèi)通訊技術(shù)，將多個系統(tǒng)資訊統(tǒng)一匯流到后端多核心MCU控制，藉以降低系統(tǒng)復(fù)雜度及零組件用量。

　　據(jù)了解，當前現(xiàn)代與多家中國大陸車廠正勉力研發(fā)相關(guān)解決方案，英飛凌已構(gòu)筑集中式ADAS設(shè)計雛型，滿足市場需求。陳福順指出，英飛凌將整合32位元TriCore系列三核心MCU、DSP及FlexRay芯片，快速收集安裝在車體各部的傳感器資訊，并回傳給主處理器執(zhí)行運算，從而提升集中式ADAS的經(jīng)濟效益及可靠度。

　　針對此一設(shè)計方式，陳福順補充，英飛凌最新的TriCore MCU支援快速傅立葉轉(zhuǎn)換（FFT）演算法，可在短時間內(nèi)處理大量資訊，并以備援機制提高系統(tǒng)安全性，將是集中式ADAS的關(guān)鍵推手。此外，英飛凌亦將于今年下半年推出新款FlexRay芯片，將車內(nèi)網(wǎng)路的資料傳輸速率提升至10Mbit/s，進一步建立高速訊號溝通管道。

　　陳福順分析，汽車前方、側(cè)邊、底盤、輪胎及后方未來將導入大量影像、雷達或微機電系統(tǒng)（MEMS）傳感器，實現(xiàn)前方碰撞警示、車燈轉(zhuǎn)向、側(cè)邊盲點偵測、輪速偵測及停車輔助等ADAS功能。透過集中式管理，將可大幅縮減各部控制單元的成本和印刷電路板（PCB）占位空間，同時也能紓解電磁干擾 （EMI）及靜電放電（ESD）問題，加速各級車種導入ADAS功能。

　　事實上，線傳控制除有助集中式ADAS設(shè)計成形，亦可取代汽車內(nèi)部機械式結(jié)構(gòu)，成為智能汽車操控系統(tǒng)的新骨干。目前，全球一線車廠均積極研發(fā)線傳控制技術(shù)，藉由車載網(wǎng)路讓各部系統(tǒng)直接由行車電腦控制，以免除傳統(tǒng)機械式方向盤轉(zhuǎn)動柱、煞車與換檔機制，讓車輛朝智能、節(jié)能及輕量化邁進，并具有更多安全價值。