汽车安全需求剧增 全球厂商戮力开发影像式ADAS

　　2012年德国汉诺威、美国底特律、台北及北京车展均已风光落幕，从中可发现品牌车厂不再一味追求引擎马力或内装舒适度，而是以优化驾驶体验为前提，全力投入发展新世代智能汽车（Smart Car），并提出各种创新设计概念争奇斗艳。

　　其中，尤以主动式先进驾驶辅助系统（ADAS）、车载资通讯（Telematics）平台设计最炙手可热，已成全球车厂一致努力目标。包括宝马 （BMW）、宾士（Mercedes-Benz）、福斯（Volkswagen）、奥迪（Audi）及丰田（Toyota），甚至于中国大陆车厂，均一窝蜂展开产品部署。尽管目前ADAS只在高级车种中现身，但随着技术成熟，以及更新颖的系统设计方案降低成本后，势将迅速蔓延至中低价位车款。

　　优化影像式ADAS　高画质镜头/DSP身价飙

　　全球车厂正戮力开发影像式ADAS，包括停车辅助（PA）、车道偏移警示（LDW）及盲点侦测（BSD）皆是布局重点（图1）；为提高影像系统判断精准度，相关车厂已计画导入车用高画质（HD）镜头，为相关业者带来一波市场商机。

　　图1　2011∼2019全球ADAS需求预测（左）与热门应用功能分析（右）

　　图2 车辆研究测试中心研发处影像与电控工程专案副理李玉忠指出，车辆中心已与国内客运业者合作，在公车内导入影像式ADAS监控驾驶状况。

　　车辆研究测试中心（ARTC）研发处影像与电控工程专案副理李玉忠（图2）表示，随着品牌车厂倾力优化影像式ADAS的使用体验，将加速车用镜头朝高画质迈进；因此，现已吸引许多影像传感器、模组及系统开发商展开产品部署，全力抢攻市场商机。

　　不过，李玉忠强调，由于影像式ADAS的镜头须符合车规严格要求，无法如应用在消费性电子装置上的产品，迅速升级至百万画素撷取高画质影像，故现阶段业界通过测试的车用镜头最高仅支援D1（720×480）解析度。为突破此一桎梏，车辆中心遂与合作伙伴携手研发车用高画质镜头，预计近期即能开花结果，有助突破影像式ADAS的功能限制。

　　配合车用高画质镜头的发展，亦须开发更先进的影像演算法，才能强化影像式ADAS对更大资料量的即时处理能力。因此，车辆中心也已开发多套影像演算机制，包括整合前方碰撞警示与车道偏移警示两项功能的车前视野安全整合系统，以及针对车侧、后方视野开发的盲点侦测、影像式障碍物侦测（IOD） 和先进停车导引（APG）等。

　　李玉忠透露，目前车辆中心已将十四款演算法技转给台湾系统厂商，并提供完整的软硬体参考设计，协助业者快速抢进汽车售后市场（After Market），以及塬始设备製造商（OEM）供应链，进一步分食影像式ADAS商机大饼。

    未来，影像式ADAS除引进高画质镜头外，亦将选用更高阶的控制芯片，实现更多影像校正、分析功能。德州仪器（TI）行销应用协理郑曜庭（图3）表示，今年初德州仪器已发表最新嵌入式系统应用数字讯号处理器（DSP）--DaVinci DM8148，并于近期导入量产。其内建安谋国际（ARM）Cortex-A8核心、影像协同处理器（VICP）、浮点运算功能，以及VLIB软体程式库，可高速分析大量视讯，并提升影像识别精准度。

　　图3 德州仪器行销应用协理郑曜庭指出，影像式ADAS搭载高阶DSP与FPGA，将可支援更多高画质镜头资讯，打造汽车环景监控系统。

    郑曜庭强调，视讯处理能力为影像式ADAS效能的关键指标，尤其未来系统支援高画质影像内容后，对处理器的规格要求也将攀升。由于DM8148搭载 VICP引擎，可增强1，080p影像压缩与解压缩功能，有助释出主处理器运算空间，用于支援其他功能或演算法，并降低耗能，将为系统带来新的应用价值。

　　郑曜庭也指出，影像式ADAS也将要求DSP具即时处理能力，才能就危险状况及时发出预警。为此，德州仪器已在DM8148中导入C674x浮点运算核心，并透过VLIB软体程式库提升十倍DSP效能，以全方位满足车厂设计需求。

　　事实上，除影像式ADAS外，业界亦採用雷达（RADAR）、激光雷达（LIDAR）打造各种ADAS，三种设计方案在成本、侦测距离及精准度上颇有差异。郑曜庭认为，影像式ADAS因行车记录器、倒车影像辅助系统的发展已行之有年，故其设计成本及市场接受度均具优势，可望赢得大多数车厂青睐，率先在ADAS设计领域崛起。

　　至于雷达因侦测精准度较佳，尽管成本较高，预估仍可赢得不少高级品牌车厂青睐，目前英飞凌（Infineon）已成功量产基于硅锗 （SiGe）製程的24GHz雷达芯片，并将在近期推出各种用于中短距离侦测的主动式ADAS参考设计，现正与多家欧洲品牌车厂接洽，预计在2015年前可望大举进驻高阶车种。

    英飞凌牵手欧洲车厂　力拱24GHz雷达ADAS

　　英飞凌电源管理与多元电子事业处经理吴柏毅认为，24GHz雷达系统也可用于工业领域，如路灯控制、警用测速装置等。

　　英飞凌电源管理与多元电子事业处经理吴柏毅（图4左）表示，英飞凌继2年前推出77GHz雷达芯片，协助车厂在高阶车种中导入可侦测200公尺距离的定速巡航系统后，今年更领先业界量产24GHz雷达芯片，将锁定应用范畴更广，且对行车安全防护更重要的中短距离ADAS，全力抢攻商机。

图4 英飞凌电源管理与多元电子事业处经理吴柏毅（左），右为英飞凌汽车半导体亚太区经理陈福顺

　　吴柏毅强调，英飞凌以硅锗取代砷化镓（GaAs）材料，开发新系列24GHz雷达芯片，并针对占芯片总体成本达30%的封装环节做改善，新增一款整合雷达发射器、两颗接收器及大量周边元件的单晶微波集成积体电路（MMIC）方案；不仅能大幅提高感测效能，更有助解决以往雷达系统价格高昂的问题，加速市场应用普及。

　　随着英飞凌新一代24GHz雷达解决方案价格更加亲民，亦已吸引欧洲一线品牌车厂相继投入研发相关的雷达自动巡航控制（ACC）、前方碰撞警示、车道偏移、盲点侦测及停车辅助系统，藉以提升行车安全防护层级至更高境界。

　　吴柏毅认为，由于雷达ADAS具备优异的侦测精准度及环境适应能力，一旦整体系统价格得以下降，势将迅速崛起，成为车厂开发ADAS的新宠。尽管目前雷达与影像式ADAS相比，价格仍高出许多，但对追求汽车安全性重于价格考量的欧洲品牌车厂而言，还是偏好採用品质较佳的解决方案，遂给予雷达系统更多发挥空间。

    现阶段，自动巡航控制与盲点侦测已成雷达系统的主力应用市场，预估总芯片出货量将于2015年达到约四十九亿颗，占整体车用雷达芯片市场版图三分之二以上。为及早卡位市场，吴柏毅指出，英飞凌近期将推出相关参考设计，包含射频（RF）及天线布局方案，以及整合模拟数字转换器（ADC）、 DAC、DSP和高阶微处理器（MPU）的讯号传输流程设计，助力车厂快速引进24GHz、77GHz雷达ADAS。

　　据了解，50公尺以下范围和50100公尺的中长距离，係ADAS最主要的侦测领域，包括车前、车侧及车后均须导入镜头、雷达或激光雷达等传感器（图5），方能撷取即时道路资讯协助驾驶判断。其中，尤以雷达侦测精准度最优，且在雨天、大雾或夜晚等视线不佳的环境下，仍可提供正确资讯降低 ADAS误判机率。

　　图5 适合短、中、长距ADAS应用的传感器分析。

　　也因此，英飞凌汽车半导体亚太区经理陈福顺（图4右）预估，雷达ADAS将是车厂未来几年的研发重点，2015年前各式车用雷达系统将大举亮相。除欧洲车厂积极催生24GHz雷达ADAS外，包括北美、日本及中国大陆车厂亦有计画投入；此外，也有业者计画以77或79GHz雷达系统覆盖中长距离，而短距（50公尺以下）侦测则採用低成本影像式方案，组成整合型ADAS。

　　车厂在强化多元ADAS功能的同时，亦不断寻求低成本解决方案，促成集中式管理模式兴起。目前包括现代（Hyundai）及中国大陆车厂均积极投入，以在产品售价持平的前提下，增添安全价值。

    精简系统开发成本　集中式ADAS势头可人

　　ADAS功能包罗万象，要价也都所费不赀，不过，结合线传控制（X-by-wire）与多核心微控制器（MCU）统一管理后，将可大幅缩减离散系统的开发成本。

　　陈福顺表示，由于ADAS涵盖诸多层面的监测功能，若均採用个别系统设计方式，势将加重整车开发成本，恐难普及至中低价车款；因此，业界正兴起集中式ADAS设计风潮，期透过控制器区域网路匯流排（CAN Bus）或FlexRay等车内通讯技术，将多个系统资讯统一匯流到后端多核心MCU控制，藉以降低系统复杂度及零组件用量。

　　据了解，当前现代与多家中国大陆车厂正勉力研发相关解决方案，英飞凌已构筑集中式ADAS设计雏型，满足市场需求。陈福顺指出，英飞凌将整合32位元TriCore系列三核心MCU、DSP及FlexRay芯片，快速收集安装在车体各部的传感器资讯，并回传给主处理器执行运算，从而提升集中式ADAS的经济效益及可靠度。

　　针对此一设计方式，陈福顺补充，英飞凌最新的TriCore MCU支援快速傅立叶转换（FFT）演算法，可在短时间内处理大量资讯，并以备援机制提高系统安全性，将是集中式ADAS的关键推手。此外，英飞凌亦将于今年下半年推出新款FlexRay芯片，将车内网路的资料传输速率提升至10Mbit/s，进一步建立高速讯号沟通管道。

　　陈福顺分析，汽车前方、侧边、底盘、轮胎及后方未来将导入大量影像、雷达或微机电系统（MEMS）传感器，实现前方碰撞警示、车灯转向、侧边盲点侦测、轮速侦测及停车辅助等ADAS功能。透过集中式管理，将可大幅缩减各部控制单元的成本和印刷电路板（PCB）占位空间，同时也能纾解电磁干扰 （EMI）及静电放电（ESD）问题，加速各级车种导入ADAS功能。

　　事实上，线传控制除有助集中式ADAS设计成形，亦可取代汽车内部机械式结构，成为智能汽车操控系统的新骨干。目前，全球一线车厂均积极研发线传控制技术，藉由车载网路让各部系统直接由行车电脑控制，以免除传统机械式方向盘转动柱、煞车与换档机制，让车辆朝智能、节能及轻量化迈进，并具有更多安全价值。