遥想未来智能汽车，期望很高实现很难

有人说未来的智能汽车是一个有着四个轮子的智能型手机，也有人说智能汽车能上天下地到处跑……但不管怎么样，这些都是人们的想像，以现阶段来说，就连汽车的自动驾驶都还未能达到商用标准。究竟何时才能完全实现人们想像的智能汽车？现在谁也说不准，但已经有不少公司开始在朝这个方向努力了。
　　

例如Google的无人驾驶汽车，以及斯洛伐克AeroMobil公司花了20多年开发出陆空两用的AeRomobil3.0智能飞行车。据报导，这款汽车在近期的试飞中大获成功，已经计划在2016年交货了。无论如何，正因为有许多像这样的公司不断努力，智能汽车时代将蠢日可待。
　　

半导体厂商眼中的智能汽车
不管智能汽车的外表多么酷炫，但要‘智能’就离不开半导体厂商的支援。半导体厂商眼中的智能汽车可能就没有那么华丽的外表，但一定具备了实用性。例如，在高通公司(Qualcomm Technologies)产品市场总监沈磊看来，未来的汽车不会只是代步工具，而会变得越来越智能。他表示，‘车联网’的概念已渐渐为大众所熟悉。未来的汽车不仅能随时连接网际网路，还能与其他汽车互连，因而实现全新的智能驾驶体验。此外，将来还会有更多基于汽车的LTE服务，如丰富的媒体内容下载以及串流传输、增强的3D导航服务以及车内Wi-Fi热点服务等都将成为未来智能汽车发展的方向。
　　

Altera公司策略市场经理Bob Siller则认为智能汽车应该是在不需要人为参与的情况下，不论长程还是短途都可以快速安全的将乘客运送到目的地。因为这样的车辆能够减少每年由于交通事故导致的120万道路死亡事件，提高交通效率，降低执行成本，减少城市拥堵，即使是不会开车的人都可以自己独立驾驶。
　　

他同时还表示，其实目前投产的车辆中已经体现了全自动车辆所需的技术。这些系统包括分离的电子控制单元(ECU)，用于管理道路偏离警示和盲点侦测等功能。这些系统采用了各种视觉、雷达和超音波感测器作为输入，当发现有可能出现伤害时，提醒驾驶人注意。下一代智能车辆技术将采用多种感测器融合，进一步整合相机、雷达和车辆通讯功能，并藉由冗余探测提高侦测精密度。这些技术进展实现了更强韧的系统，在很多驾驶环境下，不仅进行侦测与警示，还能够主动控制。
　　

村田(Murata)技术市场部工程师陈双喜也认同对于这些智能汽车的观点，此外，他认为智能汽车还应该能够实现零排放、零伤亡、互连以及自动驾驶。
　　

智能汽车的发展瓶颈
提到智能汽车，一般最先想到的就是自动驾驶，美商亚德诺公司(ADI)汽车电子事业部大中华区市场经理许智斌认为，自动驾驶目前最主要的瓶颈在于当今的智能技术和复杂路况之间的差距：如何进一步提高雷达(RADAR)、视觉先进驾驶辅助系统(ADAS)和遥测空载雷射测距(LIDAR；或称光达)等技术的精确度和可靠性；二是如何提高以上技术的融合与互补，以提升主动安全技术的强韧性。三是如何融合主动安全和被动安全技术。例如ADAS传输的讯号可以协助汽车调整转向、车身姿态以及降低触发安全气囊的阈值等。
　　

除此之外，还有一个就是成本问题。目前一些在试验阶段的智能汽车或者自动驾驶汽车已经兼具高性能与可靠性了，但是它的成本十分巨大，距离量产还有一定的差距。
　　

对于成本的问题，沈磊也非常赞同，但他同时还认为智能汽车的使用方便程度、相应的技术发展程度、汽车厂商对于前端技术的接受程度等都会对智能汽车的发展和普及产生影响。他举例说，目前汽车上使用了大量原本应用于手机的行动技术，这带来了诸多好处，但也存在一些挑战，尤其是汽车的产品生命周期与手机的产品生命周期完全不同。即使汽车制造商与智能型手机制造商同时发现了某项新技术，在采用此项技术的汽车真正投入生产之前，智能型手机可能早已经历了研发、上市、出货巅峰以及最终由下一代产品取代的过程。这是整个汽车产业上下游所共同面临的一个挑战。
　　

智能汽车的愿景主要以电子元件来实现，这就使得半导体成为了关键因素，因此，AMS行动感测器市场经理Sabine Jud认为电子元件技术的局限是阻碍智能汽车发展的一个重要原因；另一项障碍是法律法规问题，例如在发生事故时，由谁来负责法律责任？更值得讨论的是行车时所收集的资料。谁来使用这些资料？谁是资料的拥有者？随着智能汽车带来全新的驾驶方式，在法律方面也存在更多需要解决的问题。

除了成本和法律法规问题外，Bob Siller认为处理性能和安全性也阻碍着智能汽车的大规模应用。他指出，未来智能汽车中待处理的资料量会大幅度增加，例如有的高阶汽车会有10多台相机，用于环视(4)、前方碰撞警报(2)、驾驶人监视(1)、手势辨识(1)以及后座监测(2)等，每一台都在汽车网路上传送高画质视讯。资料总量超过了每秒十亿位元，远高于目前高阶汽车乙太网路的每秒百万位元，也较目前所有汽车所使用的CAN汇流排网路高出千倍。
　　

随着所撷取的资料量大幅增加，对处理的要求也提高了，要求即时分析资料，汽车迅速回应才能避免发生碰撞。这就需要采用相应的新方法来处理资料，而传统的MCU和CPU系统无法有效的进行调整，也跟不上资料处理量大幅增加的要求。
　　

安全性方面则是要求汽车必须通过ISO 26262等新安全标准，以确保智能汽车能够可靠地工作。对于还没有开发过符合这类标准的汽车设计人员而言，ISO 26262标准是新挑战。因此，必须采用完全不同的汽车设计方法，以保证汽车网路出现故障后不会导致伤害行为，也不会对驾驶员或者其他车辆造成伤害。系统应该能够以可预测的方式作出回应，由于可能存在各种故障状态，系统输出不正确时，系统应自动探测到。
　　

汽车智能化浪潮驱动新技术进展
与‘汽车智能化’相关的元件、系统与技术正日趋成熟。从悬架弹簧、汽车座椅到胎压等可自我调整的小型零组件，到自动巡航系统、车道偏离警示等对整车进行控制的大型系统，无一不变得更加智能。
　　

智能汽车具有自己规划行车路线与感知周围环境的能力、针对即时交通情况作出合理决策，以及辅助甚至代替驾驶员进行车辆驾驶的能力，因而减少驾驶员的劳动程度，使车辆行驶过程变得更加安全、舒适和高效。要实现这些功能就必须透过先进的智能互连技术支援，包括智能感测系统、智能电脑系统、辅助驾驶系统、智能连接与智能电量管理等。
　　

智能感测系统
先进智能感测器在智能汽车中不可或缺。例如村田为汽车电子领域提供了3D MEMS感测器，以其成熟的产品开发和生产制造经验，为ABS、ESC、EPB与安全气囊等主动与被动安全提供高可靠性与高精密度的产品组合。
　　

ADI的许智斌表示该公司至今已经提供超过5亿颗MEMS感测器了，拥有20年的碰撞感测器设计经验，以及相关知识和技术积累。ADI新一代的气囊加速度感测器ADXL185/ADXL189/ADXL188/ADXL288、用于ESC和防翻滚/翻滚检测的角速度感测器ADXRS800在内部整合了众多的系统功能，如自动侦测、讯号频宽设定、闸限触发、对振动的抵御性强等等。同时，数位化介面及其高整合度，能协助客户降低系统成本。
　　

AMS为智能汽车提供的感测器包括能够取代机械方案的磁定位感测器IC、电池管理感测器IC则可协助汽车实现类似启动-停止的系统，协助减少二氧化碳的排放。此外，还有功能强大的电容器式乘客侦测感测器则有助于提高智能汽车的安全性。

智能电脑系统
如果说智能感测器相当于智能汽车的‘感官’，那么智能电脑系统则可称得上是智能汽车的‘大脑’。因此，智能汽车的处理技术一定要够强大。据沈磊介绍，Qualcomm在今年年初推出了一款专为汽车打造的四核心处理器骁龙602A，该晶片不仅仅是一款处理器，还是一个整合的平台，可支援3G/4G连网、车载通讯(蓝牙、Wi-Fi、AllJoyn、Miracast)、多萤多媒体与增强的语音和应用支援，同时也可支援QNX和Android系统，符合车载产品对温度、品质和可靠性的要求。骁龙602A将智能型手机和平板电脑的体验扩展至汽车，支援连网的资讯娱乐系统——透过车载音响和后座娱乐系统提供多项服务，包括增强型3D导航、多媒体内容串流与下载，以及消费者终端与车载资讯娱乐系统互连等体验。
　　

另一个可为智能汽车带来超强‘大脑’的元件是FPGA。Altera的Bob Siller表示，Altera为智能汽车应用提供FPGA元件和电源SoC，“FPGA是可程式设计元件，透过编程设计完成某些应用的特定功能。相较于功能固定的ASSP或ASIC，FPGA让开发商可在设计后期增加新特性以因应市场发展趋势，即使是车辆已经投产，也可以透过远端系统更新增加新特性。这种灵活性在ADAS等市场上特别受欢迎，在这类市场上，演算法、感测器技术和系统需求变化非常快。”
　　

除了迅速适应需求的变化，FPGA还具有很大的性能优势，特别是讯号处理应用。以智能汽车中的影像处理为例，Bob Sille解释，“在影像讯号处理时，FPGA元件用于建立大量平行的电路，以视讯画面播放速率处理画素级数据，不需在外部DDR记忆体中储存视讯资料，避免影响延迟与功耗价。”
　　

据Bob Siller介绍，该公司的汽车温度级元件配置了FPGA架构和双核心ARM Cortex-A9，执行速率高达700MHz。在判别和分支演算法等方面，ARM处理器有效补强了FPGA架构。他指出，Altera的系列汽车认证FPGA包括Cyclone IV、Cyclone V、Cyclone V SoC (整合ARM处理器)以及最近发布的MAX 10元件。
　　

智能辅助驾驶系统：主动式安全
智能汽车的安全性也不容小觑。AMS采用LIDAR来确保智能汽车乘客的安全。Sabine Jud介绍说，在LIDAR系统中，后视镜包含隐形雷射，能够触及车辆前方约8公尺的区域。来自附近汽车或行人等障碍物的反射光被用于测量这段距离。如果距离太短，系统就会立即启动自动煞车。AMS可为汽车LIDAR系统提供客制化晶片和超低杂讯解决方案。
　　

ADI则针对主动式安全提供基于视觉的智能辅助驾驶方案。这一方案“采用了ADI的DSP、视讯转换器与视讯放大器等晶片。而Blackfin BF60x系列DSP则可同时执行5个前视视觉功能，车道偏离警示、自动开启大灯、交通标识辨识、行人侦测以及前方碰撞预警等。同时，ADI并为车载雷达系统提供丰富的讯号链产品，包括PLL讯号调变器、接收通道的放大器、MUX以及整合接收晶片。Sharc浮点型DSP则适用于雷达系统的讯号处理。这些都是ADAS系统应用的理想选择。”

智能连网系统
连接技术也至关重要。村田提供的通讯模组产品包括Wi-Fi、蓝牙以及组合式Wi-Fi/蓝牙模组等。据瞭解，这些通讯模组都使用了村田独有的低温共烧陶瓷基板、元件内建等先进的通讯技术。
　　

高通则是在其下一代Gobi MDM9x30 3G/4G LTE多模数据机加入了汽车解决方案，这是首款20奈米LTE Advanced晶片组，可支援LTE Advanced Category 6达最高40MHz的载波聚合(CA)和最高300Mbps的下行速率，实现基于Qualcomm RF360前端的单一全球SKU设计，有助于解决汽车产业一直以来面临的挑战。此外，Qualcomm VIVE 802.11 ac Wi-Fi作为用于车载连接的下一代Wi-Fi，具有无线热点功能，可支援同时连接最多8个终端。与基于蓝牙LE 4.0的模组组合在一起时，可支援免持电话以及车辆与家中的内容串流。
　　

智能电量管理
此外，智能汽车不仅要舒适、安全，也需要更节能。ADI推出了一系列可应用在混合动力车及纯电动车的锂电池监控和保护系统解决方案AD7280A与AD8280，它可监控六个电池单元的电压和温度输入，增强型的菊花链连接，可灵活搭配不同电池节数的电池组架构。该元件由电池组供电，可针对过压、过温或欠压等状况提供共用式或单独式警示。该方案整合了锂电池安全监控器，可协助使用者建置故障安全电路，打造安全环境的安全监控元件。
　　

Qualcomm在无线充电领域的投入也不遗余力，“Qualcomm Halo电动汽车无线充电技术利用磁共振感应原理，实现地面充电板与电动车充电板之间的能量传输，将车停在充电板上就能充电，解决了'快速简便'的难题。相较传统缆线传输电能时的损耗，Qualcomm Halo拥有超过90%的充电效率，效率极高且清洁环保。”沈磊强调Qualcomm在电动汽车领域的部署。
　　

随着智能汽车与传统行动终端持续融合，越来越多的高阶车款中都内建了与手持装置相似的功能，如多媒体播放、通讯、资料传输、Wi-Fi连接与定位，甚至是客制化的服务以及对汽车行驶的控制等。此外，在各种技术日趋成熟以及半导体厂商、汽车制造商与跨界创新者的持续努力下，智能汽车时代将指日可待。