V2X技术将全面普及 汽车电子厂商竞逐庞大商机

历经十多年酝酿，V2X将正式成为美国法规强制要求加装的汽车标准配备，以提升车辆行驶时的安全性。这项法规要求预料将使汽车数字化的程度出现突破性进展，并翻转汽车产业的传统价值链结构，让许多技术供货商得以切入汽车产业，竞逐庞大的市场商机。

随着先进驾驶辅助系统（ADAS）与车载通讯技术越来越成熟，目前市面上已经有许多高阶车款搭载雷达、影像传感器等感测技术，并支持紧急呼救（eCall）等通讯功能。有鉴于针对汽车应用所设计的感测及通讯技术已经到位，美国政府认为，将专用短距离通讯（DSRC）列为汽车标准配备的时机已经成熟，遂于日前正式公告相关强制加装时程。

根据美国运输部（DoT）与美国国家公路交通管理局（NHTSA）最新发出的指令，美国轻型车辆强制加装DSRC功能的法规，将在2019年完成最终立法，并于2021年进入导入期。自2023年起，所有适用该法规的车辆，都必须全面加装DSRC。由于汽车产品的设计开发周期往往可长达三到五年之久，以2021年导入推算，相关技术供货商若要竞逐DSRC所带来的V2X商机，现在就要开始布局，否则将错失打入国际车厂及一线汽车零组件大厂供应链的机会。

图1　工研院资通所车载资通讯与控制系统组蒋村杰组长表示，随着美国运输部正式发布指令，DSRC需求爆发已经在望。

DSRC应用多元　台厂切入角度选择不少

工研院资通所车载资通讯与控制系统组蒋村杰组长（图1）表示，V2X是一系列车载通讯技术的总称，包含汽车对汽车（V2V）、汽车对路侧设备（V2R）、汽车对基础设施（V2I）、汽车对行人（V2P）、汽车对机车（V2M）及汽车对公交车（V2T）等六大类，目前以V2V的发展最为成熟。

V2X是透过DSRC来实现车辆对外界的通讯，相关技术发展已经有很长一段历史。DSRC是IEEE 802.11技术的衍生标准，称为802.11p，而该标准实质上又是从802.11a演变而来。因此，许多老牌芯片供货商都有能力提供相关解决方案，如高通锐创讯（Qualcomm Atheros）、博通（Broadcom）、恩智浦（NXP）、意法半导体（ST）等，不是已经推出相关芯片解决方案，就是早已准备就绪，待市场需求出现就能立刻加入战局。

日前美国运输部正式发布指令，将在2019年完成立法、2021年开始导入、2023年起所有轻型车辆全面加装DSRC，可望为DSRC的全面普及补上临门一脚。按照汽车产业的产品开发时程来推算，2017∼2018年间将是车厂遴选相关供货商的关键时刻。工研院在相关领域与美国运输部已有多年密切合作，其所研发的产品原型也都有通过欧美交通主管机关的测试认证。若台厂想进军DSRC设备市场，工研院将可提供非常完整且经过验证的技转方案，加速台厂切入的速度。

蒋村杰透露，从2009年至今，工研院的DSRC车载设备（OBU）已经研发到第七代，除了外观尺寸越来越小，有助于压低生产成本外，功能也更加完整（图2）。以即将在2017年国际消费性电子展（CES）上亮相的第七代产品为例，除了V2V之外，还可以支持V2P通讯，能满足更多元的应用情境。

图2　工研院DSRC研发里程碑

除了硬件制造之外，DSRC应用软件也有很大的发展机会。事实上，业界可以把DSRC的OBU视为一个硬件平台，可透过应用软件来创造差异化跟新的应用情境。例如电子收费这个应用，在路侧设备（RSU）布建到位后，只要在OBU上增加对应的应用软件就能实现。事实上，针对个别应用推出专用OBU的作法是不切实际的，一台OBU具备多重功能，将是市场的大势所趋。

图3　瑞萨电子营销事业部汽车应用营销部经理何吉哲指出，汽车智能化将改变汽车电子的发展轨迹。

智能化/联网化翻转汽车电子设计思维

瑞萨电子（Renesas Electronics）营销事业部汽车应用营销部经理何吉哲（图3）表示，汽车联网化、智能化的设计潮流，将使得汽车电子的设计架构出现重大翻转。

以往，汽车电子大多局限在动力总成（Powertrain）与车载资通讯娱乐系统（Infotainment System）范畴，但随着车辆联网化与智能化，汽车电子系统变得越来越像个人，不仅能够感知外在环境变化，还能够针对环境变化做出思考及判断，最后再回馈到车身与动力的控制。因此，未来的汽车电子系统可以再细分成四大区块，分别是感测、判断、人机接口与控制（图4）。

图4　智能汽车的电子系统可以进一步细分成感测、判断、人机接口与控制四大区块。

也因为汽车电子系统的结构大幅翻转，因此车内许多重要零组件都必须跟着做出对应的调整。举例来说，为了应对车载摄影机、雷达所撷取的大量数据，车内网络将从传统的CAN、FlexRay与各种模拟传输进化成Ethernet AVB，以增加数据传输带宽、减少实体缆线的数量跟重量。又例如每台车都有的仪表板，预计到2020年前，也将有15∼20%由传统指针式转变成采用绘图接口技术的数字仪表板。

此外，随着汽车逐渐朝向自动驾驶演进，为了确保系统判断不会出差错，未来车载处理器采用多核心架构，藉由同步运算来互相验证其判断结果，将会成为汽车安全标准所要求的强制规格。

就半导体供货商的角度而言，这意味着未来的车用微控制器（MCU）必须具备更大的内存、更强的绘图处理性能以及更多运算核心，同时还必须提高组件的整合度，才能减少汽车客户的应用开发时间。

除了硬件外，软件也是不可或缺的一部分。这部分则要靠建立生态系统，广纳第三方应用开发者才能达成。目前瑞萨在台湾主要是透过与学校单位合作，共同推动360度环景、影像式ADAS等应用的发展。

满足数字仪表板需求　开发工具选择学问大

由于汽车智慧化，未来汽车中控台数字化/虚拟化将成必然趋势，因为现有的机械式指针仪表板跟采用实体按键的中控台，无法满足相关信息显示跟人机互动的需求。不过，由于这些系统与行车安全密切相关，因此在产品设计时，必须纳入许多安全验证的考虑，慎选正确的开发工具环境，将有助产品开发者迅速推出符合客户需求的产品。

图5　明导国际软件架构师刘家荣表示，虚拟仪表板和触控式中控台，势必将成为智能汽车的标准配备。

明导国际（Mentor Graphic）软件架构师刘家荣（图5）指出，虚拟仪表板跟触控式的中控台，势必将成为未来智慧汽车中不可或缺的要素。这些系统必须与车内各项子系统串接起来，同时又要具备多样化的功能跟丰富的图形元素，对系统开发者来说，构成不小的挑战。

归纳起来，虚拟仪表板与中控系统的开发有以下三大主要挑战：

首先，虚拟仪表板跟中控台上面，会显示许多跟行车安全密切攸关的信息，因此这类系统本身必须非常可靠。

其次，由于驾驶是透过这些仪表来掌握车辆状况，因此汽车一发动，这些信息就必须能立刻展示在驾驶眼前，这意味着相关系统的开机速度一定要很快，不可能像个人计算机般，花个几十秒才能开机完成。

第三，车厂可能会常常透过空中下载（OTA）功能来更新汽车上的软件配置，以增加新功能或提升安全性，这意味着系统必须在有严密安全防护的前提下支持OTA功能。

针对第一点和第三点，ISO 26262（ASIL A/B）标准已经有相关规定，例如虚拟仪表板有某些功能必须符合ASIL A/B规范，GUI设计也要遵循一定框架来进行。但如果整个仪表板跟中控台的所有功能都要通过ISO 26262验证，其实是相当耗时而不具成本效益的，因此有一种折衷作法，亦即某些关键功能一定要通过ISO 26262，某些比较无关紧要的功能则不必满足ISO规范。

通常，开发者只要选择正确的框架跟开发工具，就可以满足相关要求。例如富士通（Fujitsu）的CGI Studio（图6），就是明导非常推荐的UI框架。该框架具备强大的2D/3D绘图功能，而且是专为汽车应用所设计，包含许多ASIL等级的模块。

图6　富士通专为汽车仪表应用设计的CGI Studio。

至于开机时间方面，关键则在于实时操作系统（RTOS）的选择。RTOS的档案越小，则开机速度越快。通常在虚拟仪表应用中，不推荐使用Linux等重量级的操作系统，因为这类操作系统虽然功能强大，支持性跟扩充性也好，但对汽车应用来说并非最适当的选择，开机速度太慢更是一大问题。