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隨著汽車市場對於安全要求不斷提升，加上主動安全應用的演進趨勢，以往單靠影像辨識的ADAS系統在判斷準確度上已面臨瓶頸，驅使晶片商積極開發效能更高的雷達系統，進而提升汽車的環境偵測能力。  

財團法人車輛研究測試中心車電系統發展處經理李玉忠分析，在雷達的選擇上，主要根據研發系統之目標功能而有所區別，例如市區與快速道路環境之緊急自動煞車系統採用毫米波雷達(僅須偵測車道前方範圍障礙物體)；但全自動駕駛系統須考量的環境因素更為複雜，所以須使用光達(LiDAR)進行360度環境障礙物體掃描，以利系統判定。  

據了解，現行車用雷達包含超音波、毫米波、光達等方案。超音波的雷達因為價格低，通常用於倒車輔助，但對物體的辨識能力較差；毫米波雷達是目前ADAS應用的主流，分為24GHz與77GHz兩種類型，24GHz雷達的偵測距離較短，一般用於盲點偵測，同時價格較低，在中、低階車款上便可用到；而77GHz覆蓋距離較長，主要用於前向雷達，可做自適應巡航控制(ACC)。  

光達的部分，分為單點、水平與3D三種類型，目前國際上自動駕駛系統之研發單位，大都採用2D或3D 360度光達感測器進行環境偵測與圖資重建，而毫米波雷達則無法達成此功能。不過，光達礙於成本過高，難以於消費市場中普及，一顆2D光達視距離與掃描角度範圍，價格可達1,000?10,000美元不等，而Google無人車採用的3D 360度光達更要價數萬美元，恐讓消費市場望之卻步。  

瞄準毫米波雷達的應用趨勢，半導體業者已著手布局各頻段的雷達方案。許智斌說明，24GHz與77GHz頻段為全球通用，其中，77GHz因頻段比較高，在同一訊號中包含的訊息量也較大，可用於100公尺或更遠距離的偵測，比如在高速公路上開啟自適應巡航控制，就需要至少要保持100公尺的安全距離。  

許智斌進一步指出，24GHz雷達的晶片或模組價格相對77GHz來得低，多用在50公尺左右的中距離或短距離偵測，包含盲點偵測或變換車道時偵測後方來車。近期業界也開始同時採用兩種雷達方案做為互補，使ADAS系統的偵測範圍更為完整。  

據了解，ADI除了具備24GHz、77GHz雷達解決方案之外，也同時提供客戶整個訊號鏈上所有的晶片，包含基頻(Baseband)DSP、射頻(RF)等元件，另外還有硬體參考設計，可以加速客戶由晶片到終端產品的研發速度。  

不過，即使是價格與性能相對划算的毫米波雷達，與基於影像系統的ADAS方案相比，成本仍不利於滲透中低階車款。英飛凌(Infineon)汽車半導體業務亞太區域中心安全系統市場部經理劉山表示，過去設計汽車雷達系統一般需要四顆晶片，包含做為類比數位轉換器(ADC)接口的現場可編程閘陣列(FPGA)、DSP、外部同步動態隨機存取記憶體(SDRAM)以及微控制器(MCU)，同時還需要大量的電阻、電容，以及至少四顆電源晶片，遂使整體物料成本高昂，難以於汽車市場中普及。  

著眼於此，英飛凌除了提供毫米波雷達晶片之外，在針對ADAS應用開發的MCU--AURIX中，整合了ADC模組、快速傅立葉轉換(FFT)引擎以及內部RAM，藉此省去上述外部元件，電源IC也可以減少至一顆。劉山強調，此方案使整體物料成本降低40?50%，同時將過去用軟體實現的FFT演算法以硬體方式內建，可提高整體運算效率。  

據了解，AURIX系列採三核架構，並依應用分為入門級與高階兩種方案，主要差異在於入門級方案將雷達與影像系統分開運作；而高階方案則透過外接DSP提高運算效能，可將雷達、影像訊號進行融合，以增加系統精確度，並有助於提升歐洲新車安全協會(Euro NCAP)評等。  

對於MCU整合DSP的考量劉山補充，整入DSP一方面會大幅提高功耗；其次，現階段ADAS應用仍在不斷的變化，因此英飛凌選擇以MCU完成基本功能，其他需求就交由外部DSP執行，此方式對於日後功能升級上能具有更大彈性；再者，若把太多DSP功能放入SoC中，對於要滿足ISO 26262的功能安全要求，將會增加晶片架構的設計難度。  

除了24GHz、77GHz毫米波雷達方案之外，可同時覆蓋長距離以及中短距離的79GHz雷達也逐漸受到關注，並可能在未來成為取代採用兩顆不同頻段雷達的方案。不過，劉山指出，雖然79GHz雷達具有成為未來發展趨勢的潛力，但該方案最大的問題在於很多國家尚未開放此頻段，因此目前發展尚不明朗。未來，英飛凌也將持續關注各國法規對於79GHz頻段的實施。  

雷達/影像訊號融合　ADAS效能再升級 

為突破影像或雷達等單一感測方案在ADAS應用的限制，遂使感測融合(Sensor Fusion)技術興起，經由整合多種感測器訊號，不但能提供駕駛更可靠的外界資訊，同時也有助於未來在自動駕駛技術的發展上，進行從感測到控制等多個系統的整合。  

許智斌解釋，目前業已有許多關於ADAS、電子穩定性控制(ESC)和安全氣囊(Airbag)等系統整合的討論。例如，雷達可先偵測出前方150公尺處有不明障礙物，同時告知系統進行減速；接著在50公尺左右由影像系統對障礙物進行判斷，並將訊號傳到安全氣囊系統調整觸發的碰撞力道，讓彈出速度更快。如此可讓整套系統在事故發生前處於預警狀態，可運行的更加順暢。  

看準這項趨勢，包含德州儀器、英飛凌等晶片商也都在針對ADAS開發的MCU中，加入可融合影像與雷達訊號的功能。然而，越來越多的訊號匯入，勢將考驗處理器的運算能力。華創車電前瞻工程部資深經理陳正夫點出，假設系統由接收訊號到做出反應的過程須0.2秒，當汽車以100公里時速行駛於高速公路時，每0.2秒可前進約6公尺，這表示駕駛得知的訊息與即時路況已有6公尺的落差。  

鄭曜庭進一步分析，ADAS系統從影像的輸入、處理、到輸出，一般而言速度需達到30畫面更新率(FPS)(一秒鐘處理三十張影像)，因此換算下來一張影像只有33毫秒的處理時間，若是系統低於此速度則無法做到即時反應。  

以TI的ADAS處理器為例，其包含了ARM Cortex-A15和Cortex-M4核心、DSP、EVE等，規格上已可提供足夠的影像處理能力。不過，鄭曜庭也不諱言，單就影像處理速度現階段已可符合即時反應的需求，但若再加上雷達訊號，則系統還必須處理雷達反射訊號的相位差、時間差，以及外界其他雷達訊號的干擾，以上都可能影響處理器最終的運算速度。  

據悉，對於雷達訊號的干擾問題，目前業界也導入如多重輸入多重輸出(MIMO)的概念，以多個雷達訊號發送路徑進行比對，此方案光前方雷達即可能達到四個。因此，在ADAS應用不斷進化的情形下，要判斷處理器是否具備足夠的訊號處理效能，最終還是要取決於處理訊號的多寡以及演算法能力。  

Google/Apple揮軍汽車市場　車載作業系統全面革新 

說到2014年汽車產業的大新聞，則不能不提兩大行動裝置作業系統(OS)開發商Google和蘋果(Apple)正式跨足汽車領域，並推出Android Auto和CarPlay。由於雙方各自具備龐大使用族群，加上創新應用程式(App)的導入，將為向來保守的汽車產業注入顛覆性思維，使未來發展越趨多元。  

圖3　工研院產經中心資深產業分析師劉美君認為，能否提供駕駛更多的便利與實用性，是消費者選擇車載作業系統的一大考量。

工研院產經中心資深產業分析師劉美君(圖3)表示，下一代智慧汽車是建構在資料擷取與分析上，提供駕駛一個更安全的操作環境，並實現最終自動駕駛的目標。比較Google與蘋果的布局，前者因擁有Google Map資源，同時正積極發展自動導航駕駛功能，這部分是目前蘋果作業平台中較為缺乏的。因此，現階段雖然還看不出哪一方占有較大優勢，但Android或可具備更高的實用性。  

須注意的是，汽車應用除了影音娛樂功能之外，更重視的是系統穩定性，目前在引擎或其他關係到行車安全的控制上，主要是由符合AUTOSAR汽車軟體架構的作業系統來執行。因此，業界估計，Google和蘋果主要仍會以汽車影音多媒體的控制為主，而不會全盤介入所有部分。  

鄭曜庭指出，Android Auto和CarPlay要普及於汽車市場，首要條件是OS必須達到車規等級，也就是系統當機率非常低甚至完全不當機，同時反應速度也要符合即時性需求。  

據了解，在Android和iOS尚未符合車規要求之前，業界的做法是將如QNX等業者的車用嵌入式即時(Real-time)OS置於底層，並於上方建構一層框架(Framework)將iOS或Android的OS置入(Plug-in)，透過此框架便可在運行蘋果和Google App的同時，確保系統達到車規要求的即時性與穩定度。但此做法須加入底層OS，因此必然將增加額外的成本。  

另外鄭曜庭也補充，除了安全性之外，汽車產業也有許多不同於行動裝置應用的需求。例如當系統關閉後重新開啟時，基於安全與即時的考量，等待時間必然不能和行動裝置相同；再者，休眠模式下系統的功耗若不夠低，將可能嚴重耗損其他功能運作甚至是汽車發動所需的電力。以上都將是未來OS應用於汽車上可能面臨的挑戰。  

但無論如何，更多技術與應用的導入，都將推動智慧汽車邁向成熟與普及；同時解決方案的多元化，除了提供更多選擇，也有助於物料成本的降低，這些都會是在下一波新車市場中，消費者所樂見的態勢。