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智慧车辆感测完善ADAS性能

2020-05-22 19:29:05

智能型手机成长趋缓,计算机和平板机等终端产品需求下滑,半导体厂商在巩固本业的同时,纷纷开始耕耘其他领域,如虚拟实境、资料中心与物联网。近期,随着智慧车辆、车联网与自动驾驶车等概念持续发酵,车用电子成了当红炸子鸡,此一趋势由CES2015和2016展会中的展出车辆便可一窥端倪。在此现况下,先进驾驶辅助系统(AdvancedDriverAssistanceSystems,ADAS)就成了IC设计商在车用领域的一大发展方向。

智慧车辆感测

随着智慧车辆概念逐渐成形,车用电子占整车成本的比例也愈来愈高。根据统计,每辆车所使用的电子相关零组件已自2000年的20~25%,跃升至2010年的30~35%,且此趋势还将持续。是故,车用半导体需求亦逐年上升,市场规模自2010年61.5亿美元升至2015年84亿美元,复合成长率约为6.4%。

若将车用电子领域依安全、娱乐与连网等不同功能来区分,大体可分为车体电子系统、先进驾驶辅助系统(ADAS)、车载资通讯系统(Telematics)与车载信息娱乐系统(In-VehicleInfotainment,IVI)等部分。其中,逐渐受到重视的ADAS系统,在车用半导体的需求成长中扮演关键性角色。以台湾为例,台湾畅销车种中就有NissanTiida1.6/1.6T、FordFocus1.6/2.0/2.0D与LuxgenU6Turbo内部分车款配备有ADAS。

感测与讯号处理能力

ADAS系统多元,较重要的有以下六种:自适式巡航控制、车道偏移警示、车侧盲点侦测、前方碰撞警示、夜视与停车辅助系统。ADAS内每一类子系统在运作时,皆不脱离信息的搜集、处理与判断,以及判断完毕后系统给予车体指令,使汽车进行不同动作(如警示或控制)等各阶段。

在这样的流程中,雷达和摄影机等传感器,以及MCU或影像处理IC等处理器,就成了最主要的使用元件。整体而言,ADAS子系统采用的感测方式可多于一种。以停车辅助系统为例,当驾驶者进行「停车」动作时,车内荧幕上所显示的后侧影像画面,与车体过于靠近障碍物时所响起的雷达警示音,即为同时使用影像和雷达感测的结果。

由于影像和雷达具备不同的侦测功能,为更加完善系统的运作,在中高阶车种将更多采用影像搭配雷达的驾驶辅助方式,例如上述的停车辅助系统即为一例,此外,自适性巡航控制、前方碰撞警示与车侧盲点侦测系统亦在此列。

值得一提的是,ADAS并非所有子系统皆有独立传感器,有时不同系统可共享相同的摄影机,例如置于车内中央的后照镜后方可捕捉车体前方影像的前镜头,就可同时使用在前方碰撞警示和车道偏移警示系统中,让后端处理器分别进行运算即可。

因此对零组件商而言,致力开发销售系统的其他衍生性驾驶辅助功能,成为普遍发展策略之一。以销售前镜头系统的厂商为例,除了开发前方碰撞警示、车道偏移警示系统外的行人侦测功能之外,还可根据客户需求,以不同算法针对相同硬件启用不同功能,达到丰富产品线和提升安全等级的效果。

车用雷达包含超音波雷达、毫米波雷达与光波雷达等,各有优势。目前ADAS系统最常使用的主流雷达为毫米波雷达,包括频段为24GHz的短/中距离雷达(侦测距离约50~70公尺)和77GHz的长距离雷达(侦测距离约100~250公尺)。近年来,79GHz频段的雷达开始受到注目,其精确度为77GHz雷达的2~4倍,探测距离约70公尺左右,属中距离雷达范畴,有机会取代部分24GHz雷达市场,但由于79GHz在许多国家为尚未开放的频段,发展态势仍有待观察。

雷达感测与影像感测搭配

光波雷达(LightDetectionandRanging,LiDAR)简称光达,其测距原理和雷射相似,皆为向目标物发射波束后,量测反射波回传所需的时间,进而判断车体与目标物间的距离。两者不同之处在于波源,雷达为无线电波,光达则是发射电磁波,较常使用的光波为红外光雷射、红外光或可见光。

由于ADAS各系统皆可利用影像作为辅助驾驶的方式之一,使影像传感器近几年来成长幅度显著。在部分中高阶车种,1辆汽车可安装5~7个摄影镜头作为不同系统侦测用。以使用7个镜头的情况为例,车体前后左右方各1个镜头可用于侦测360度环景影像,后照镜附近2个镜头用于侦测车侧3D影像(盲点侦测),以及后视镜后方1个镜头用于车道偏移和前方防撞系统。

影像传感器所实现的方式主要有CCD和CIS(CMOSImageSensor),CCD成本较高,加上近年来CIS技术发展快速,使车用CIS更普遍,需求量逐年成长,预估2016年全球车用CIS出货量会超过1亿颗。

雷达和影像感测若能相互搭配,将达到相辅相成的效果,因此在处理器或MCU中加入整合不同讯号的感测融合技术,让处理器能运算多种讯号,成为重要趋势。不过,在开发这项技术时,亦需考量运算过程中,系统需一起处理影像讯号和雷达讯号的时间延迟。

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