在汽車產業不斷提高安全性的趨勢下，車輛需要整合越來越多的週邊感測器和智慧影像處理技術，以便實現先進駕駛輔助系統(ADAS)，如車道偏離警示、防碰撞、盲點監測、倒車影像，以及具有物體識別功能的車輛週邊環境監視系統等。顯然，要想在這個擁擠的汽車市場裡實現茁壯成長，ADAS方案供應商必須具備深刻的產業洞察力、以及不同於多數競爭對手的差異化特點。本期封面故事，我們將一起聊聊關於ADAS的那些事兒…
哪些ADAS功能最受車廠關注？
自動停車、側視輔助、車道輔助、駕駛人疲勞警示、倒車影像、物體檢測、緊急自動煞車 、操控輔助、交通壅塞導航…ADAS系統包含的功能越來越豐富，且不再侷限於中高階豪華車款的應用，正快速成為汽車產業的主流。
在各種ADAS系統中，被動式安全功能相較於主動式安全功能更加成熟，最受汽車製造商關注的功能包括倒車影像/全景停車輔助系統、行人偵測、車道偏離警示(車道輔助)、前向防撞和交通號誌識別，以及自動防鎖死煞車系統(ABS)、電子煞車輔助系統(EBA)、電子煞車力分配裝置(EBD)、加速防滑控制系統(ASR)、電子車身穩定系統(ESC)、防車身翻覆以及側傾穩定系統(Rollover/Roll Stability)、自我調整巡航控制裝置(ACC)等等。
“上述協助工具在中高階車款得到了很好的應用，” Altera汽車系統架構師Clive Davies認為，今後整車廠商會更注重最佳化以上系統，以降低大眾化車款安全相關應用的成本；美商亞德諾(ADI)汽車電子事業部大中華區市場經理許智斌則認為，消費者對於汽車已經從最初的基本代步工具，逐漸轉向為對安全等更高層次功能的需求，再加上全球各地法規或新車評估標準更加注重汽車對預測性安全設備的裝載，這一切都推動了ADAS的前進步伐。
ADAS成為車用晶片業者兵家必爭之地
當ADAS從高階車款配備成為大眾化車款也開始普遍支援的功能，此一成長動力十足的應用市場也成為各家車用半導體供應商積極搶攻的商機；如ADI主打以機器視覺(vision)技術和雷達為基礎的ADAS解決方案，訴求能以系統級的角度協助客戶克服相關設計挑戰。
在機器視覺部分，ADI主要提供三種形式的ADAS方案：其一是以車機(head unit)負擔提供ADAS功能任務，由車機的主處理器或是搭配一顆共同處理器，遠端控制並處理車輛配備之前/後攝影機或環景攝影機所拍攝的影像；其二是以個獨立電子控制單元(ECU)搭配車用攝影機，來提供ADAS功能；其三則是直接與車用攝影機整合的智慧型ECU。
至於以雷達為基礎的ADAS，ADI則能根據不同功能對偵測距離、角度與速度的需求，以及各區域市場對車用雷達頻率的規範，提供不同組合的解決方案；例如ACC功能通常需要150~200公尺的較長偵測距離，但偵測角度較小(約±8°)，而防撞、盲點偵測等功能則為10~70公尺的中長距離，但偵測角度較大(約±65°~±75°)。
ADI汽車電子事業部大中華區系統應用經理沈飛表示，每家車廠、每一種車款對於ADAS的設計考量都不同，有的著重性能效果、有的對成本較為敏感，因此如何協助客戶尋找折衷過後的最佳方案，以及克服在系統外觀、散熱、功耗等方面的挑戰，是汽車電子供應商致勝市場的必備能力；為此ADI在原本的晶片設計團隊之外，也延攬來具備車廠或系統廠經驗的工程師人才，扮演與車廠或汽車電子系統業者之間的溝通橋樑。
在全球車用半導體市場佔有率排名第一的瑞薩電子(Renesas Electronics)自然也將ADAS視為焦點應用市場；在4月初於台北舉行的國際車用電子/電動車展期間，瑞薩特別展示了以其R-Car V2H車用處理器為基礎的3D環景監視駕駛輔助解決方案，透過4台同步攝影機進行車輛周遭景物的監視，能在車機螢幕上顯示多種角度的高解析度3D環景，辨識位於盲點的行人或危險路況。
瑞薩的R-Car平台能支援車內的數位儀表板與ADAS功能顯示之整合。
瑞薩電子全球業務行銷部門資深副總裁川島學(Manabu Kawashima)表示，除了支援高解析影像處理功能的R-Car系列SoC，瑞薩的車用微控制器(MCU)系列產品亦能滿足各種不同的ADAS應用需求。如採用40奈米製程的最新RH850系列，在需要引擎停止時仍對多種車用感測器進行定期監視的車身控制應用中，可支援僅在必要時啟動的節能模式，能大幅降低系統功耗；該系列MCU並內建硬體安全模組以及各種CAN、LIN、FlexRay等車身網路系統。
除了ADI與瑞薩，其他處理器供應商如德州儀器(TI)、Nvidia、飛思卡爾半導體(Freescale)等等，也紛紛針對ADAS應用推出平台化解決方案；其中TI最新的TDA3x系列元件，支援多種ADAS演算法 (如車道保持輔助、進階巡航控制、交通標誌識別、行人與物體檢測、前/後方防碰撞預警等)，能支援客戶開發符合新車評鑑(NCAP)法規的ADAS功能。
此外TI的DRA75x處理器(Jacinto 6 EP與Jacinto 6 Ex)上也增加了訊號處理功能，讓客戶能夠擴充車用資訊娛樂系統並與ADAS功能結合，實現同時具備數位駕駛艙整合及傳統資訊娛樂功能的車輛。
Nvidia則在今年初的國際消費性電子展(CES)期間推出了Nvidia DRIVE 車用電腦，包括出可開發各種自動駕駛功能的DRIVE PX 和支援先進數位儀表板的DRIVE CX。DRIVE PX 內含兩顆Nvidia的Tegra X1行動處理器，採用Maxwell GPU架構，號稱可提供 Teraflop 以上的運算效能，從多達 12 個高畫質攝影機擷取影像，而影像處理速度更可快達每秒13億畫素。
內建Tegra X1 或Tegra K1處理器的DRIVE CX則是包含完整軟硬體的平台，可提供導航、資通訊娛樂系統、數位儀表與駕駛監控所需的繪圖和電腦視覺功能，可即時提供汽車的環景影像，支援盲點偵測甚至數位智慧型後照鏡。
聯盟策略結合汽車電子上下游廠商推動ADAS市場
在平台化的解決方案之外，因為ADAS功能需要軟、硬體技術的緊密搭配，以及與汽車各部分功能的整合設計，相關業者也紛紛以建立策略聯盟的方式，聯合晶片、硬體、汽車電子系統等具備不同技術專長的夥伴，能結合各界的資源加速產品開發；例如瑞薩的R-Car聯盟(R-Car Consortium)，成員涵蓋各種軟/韌體與應用程式開發商、開發工具軟體供應商、系統整合業者以及瑞薩以外的車用半導體業者。
在2014年10月成立的「台灣車載車電聯盟(Andia Automotive Alliance，AAA)」，主要成員則包括台灣汽車電子業者輝創、Nvidia、富士康旗下的安泰電業、工研院機械所、無線通訊與影像辨識技術供應商佐臻，以及奇美車電、車機業者Autonet等等；該聯盟的主要目標是期望打突破以往車用電子業者各自閉門造車的狀況，整合聯盟成員資源，以創新技術讓台灣汽車電子建立世界級品牌。
AAA在4月的台北國際車用電子展發表了整合ADAS功能的車載娛樂多媒體平台(In-vehicle Infotainment system，IVI)，除支援基本的電話功能、藍牙連結及免持通話，也可將車輛的胎壓、油溫水量等異常狀以實車3D影像直覺警示，專利的Andia Link手機連結功能，同時整合Apple Car Play 與 Android 跨平台系統，並支援3D環景系統與導航功能。
「台灣車載車電聯盟」(AAA)展示整合ADAS功能的車載娛樂多媒體平台(IVI)。
此外TI亦與台灣車輛研究測試中心、中華汽車共同組成聯盟技術及市場顧問團隊，協助台灣的帷享科技、揚明光學與晨云軟件等業者成立「次世代駕駛資訊平台研發聯盟」，鎖定「數位 3D 儀表」、「多屏顯示控制」、「虛像抬頭顯示」以及「3D 影像安全」等四大核心技術，以車用影像安全及自動駕駛系統產品為主軸發展車聯網系統，為駕駛人與乘客打造更安全、智慧的行車體驗。
被動與主動安全功能的融合趨勢
目前ADAS的主要職責是在危急情況下提供預警，車輛的被動安全系統與主動式安全系統是相互獨立的，未來是否有可能實現從提供預警變為主動干預，讓被動與主動安全功能融合？對此德州儀器(TI)處理器業務部業務開發總監蔣宏的答案是肯定的，“實現無人駕駛是我們的終極目標，從主動安全到無人駕駛是技術發展的必經之路。”
蔣宏表示，目前產業正沿著這樣的發展方向快速前進，即車內整合的ADAS功能越來越多，系統之間實現資訊(資料)融合，使得系統的可信賴度和訊號覆蓋率大幅提高，確保車輛做到“感知距離更遠、更靈敏、更準確、無死角、反應更快”。這樣的系統對訊號處理能力要求更高，資料傳輸輸送量更大，需要低延遲甚至無延遲，還有本地系統和遠端系統的結合。當然，主動安全系統的可靠性和準確度是最重要的。
Altera的Davies對此表示贊同，但他也同時指出，這一趨勢讓系統開發人員帶來更多的責任，他們應在安全性設計方面有更周全的考慮，因為當ADAS系統對汽車的控制越來越多，對駕駛人/乘客帶來的生命財產風險也隨之增加，系統中的每一個元件都需要進行嚴格的設計和測試，以確保能夠正常運作；同時，應該也會有越來越多ADAS系統透過多重備份來提升安全性，如此即便是單一元件出現失效，系統也能夠保證安全。
為因應ADAS設計對安全性的要求，ARM也在近期宣佈針對其Cortex-A、Cortex-R和 Cortex-M處理器提供功能安全支援套件並已開放授權，該套件並將持續支援未來所推出的Cortex-A處理器系列；ARM的支援套件可提供車用SoC設計的開發及安全評估，以滿足ISO 26262和IEC 61508等ADAS功能安全標準，同時ARM也提供安全手冊、FMEA報告和開發介面報告。
從ADAS到自動駕駛，我們還需要什麼？
大多數人都將ADAS視為實現未來全自動汽車駕駛的過程，認為自動駕駛不過是將各種不同ADAS功能進行全方位的組合；這種觀點是否太過簡單化？對此Davies表示，事實上在真正的自動駕駛車輛中，需要多種感測器系統在功能上的互補，當系統某一部分出現失效時提供多重備份來增加系統的安全。沒有一種技術能完成所有工作，因此，需要具備綜合各種感測器系統的能力，以監控駕駛員及汽車周邊的環境。
對許多人而言，汽車可能是他們的移動生活空間或辦公場所，汽車的智慧化也為提升駕駛的趣味性帶來更多的發展空間。未來的汽車有可能將在不同部位整合不同的資訊娛樂設備，並在駕駛時透過螢幕以及其他裝置(抬頭顯示等)為駕駛員顯示所有的關鍵駕駛資訊。TI的蔣宏認為，未來各車廠產品的差異化將更多來自人機交互和使用體驗，汽車正從一件純機械的產品慢慢轉化為機械結合IT技術的產品。
許多車用半導體業者也針對實現未來的自動駕駛車輛，提出了更先進的技術解決方案；如飛思卡爾最新發表的車用視覺處理器S32V，號稱其穩定性與安全特質能支援自動駕駛或駕駛人從旁輔助的自主汽車。
S32V在硬體部分整合高效能的CogniVue APEX-642核心影像處理技術、以及四組ARM Cortex-A53核心，軟體平台則包括Green Hills軟體的INTEGRITY即時作業系統(RTOS)以及Neusof的物體辨識演算法，讓S32V能夠辨識行人或危險路面等狀況。
飛思卡爾表示，新處理器運用了一系列的車用等級科技，期望能讓業界脫離既有以方便為主的「輔助」模式，進階到讓汽車可以捕捉資料、加以處理、並在危急情況下與駕駛員聯合控制，而這種能力是讓目前的ADAS進化為未來完全無人駕駛汽車時代的基礎橋樑。
Nvidia在年初發表的DRIVE PX 車用電腦，也訴求其視覺功能可實現未來的無人停車停車自動駕駛功能；Nvidia表示，目前同類的系統可做到在特定的位置輔助駕駛在路邊停車，DRIVE PX 則可讓車輛自己在停車場中找到空位停妥，駕駛人取車時只要透過智慧型手機發出訊息，車輛即會自動開到駕駛的面前。
DRIVE PX 平台並支援深度學習功能，可讓車輛學習分辨不同類型的車輛，如救護車和貨車、警車和一般轎車，或者知道哪輛車已停妥、哪輛車將要從停車位啟動出發。Nvidia認為最終的自動駕駛汽車可偵測到許多細節，並能夠像人類駕駛一樣，可根據每個情境的細微差別作出不一樣的反應。
無論如何，根據產業人士預測，真正的自動駕駛車輛恐怕要到2020年以後才有機會實現；不過在此之前，汽車駕駛人確定可以享受到ADAS所帶來的、更舒適且安全的行車體驗。而各種不同的ADAS功能以及其演進，勢必將為半導體甚至整個科技產業帶來更多技術創新能量以及成長商機。(Judith Cheng)
資料來源:電子工程專輯
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