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強化主動式安全機制 ADAS防護效果更完備

2012-03-29
駕駛人與乘客的安全為汽車發展首要目標,因此與行車安全相關的ADAS應用系統日益受到車廠重視,從過去安全帶、安全氣囊到現今的停車輔助、360度車身環景系統等,ADAS的行車安全防護效果已更加完備,將有助減少車禍事故的發生。
除娛樂外,安全更是車載資通訊不可忽視的重要功能。因此,車廠在新一代車款中紛紛強化先進駕駛輔助系統(ADAS)性能,提供包括停車輔助、360度車身環景系統、夜間駕駛、盲區偵測、自動駕駛、車身傾斜、胎壓偵測系統(TPMS)與行人偵測等各種功能;此外,抬頭顯示器也被列為ADAS一環。  

2012年日內瓦車展中,本田(Honda)發布的歐版第八代Accord,除將車身穩定與拖曳穩定系統列為全車系標準配備外,還新增適應性定速系統與道路車線保持輔助系統,更追加導入預警煞車系統,被動安全部分,雙前座預縮式束力限制安全帶、雙前座氣囊、前座車側氣囊與全尺寸氣簾,亦均列為標準配備。  

另外,近期也可在電視廣告中看到富豪(Volvo)強打可偵測路上行人距離的自動煞車系統,以及在日內瓦車展中展出的車外行人專用安全氣囊概念車,皆可看出ADAS越來越受到車廠的重視,市場並快速增長。  

值得注意的是,ADAS原僅局限於高階汽車才擁有的配備,如今ADAS也擴大到中低階市場。根據IHS iSuppli報告指出,ADAS目前已逐漸從高階市場延伸至入門級車款,入門級汽車的ADAS應用主要為透過互補式金屬氧化物半導體(CMOS)攝影鏡頭的前向及側邊防撞系統,本田Accord與通用(GM)皆已導入新一代低階車款中。另外,停車輔助亦為入門級車款率先導入的ADAS應用。  

無論高階或低階車款,ADAS的發展已成為必然,再加上官方政策的推廣,因此各關鍵元件廠商針對最新的ADAS應用,也有相應的產品與市場策略。  

滿足ISO 26262安全規範需求 32位元微控制器出線  

在行車安全重要性更勝以往的同時,相關法規也跟著順勢推出,其中,歐盟最新國際標準化組織(ISO)26262則詳盡規範行車與車用電子的安全性,此一新標準將擴大32位元微控制器(MCU)於汽車市場的應用範疇。2011年11月15日正式公告的ISO 26262標準係針對車輛電子、電機系統的功能安全與生命週期所制定,若要符合ISO 26262全面性與更嚴謹的安全要求,透過32位元微控制器的高效能特性,將更容易進行產品研發。  

圖1 右起為英飛凌汽車電子市場部系統應用工程主任工程師陳偉強、台灣英飛凌標準電源產品市場部經理陳福順
英飛凌(Infineon)汽車電子市場部系統應用工程主任工程師陳偉強(圖1右)表示,ISO 26262為歐盟標準組織制定的標準,歐洲車廠自然率先執行此一新規範,未來進入歐洲的車輛也須符合ISO 26262標準。由於ISO 26262強化並更提高對車輛安全系統的要求,甚至要求至車用電子元件。即便目前8、16與32位元微控制器皆可讓車廠或原始設備製造商(OEM)打造符合ISO 26262規範的汽車安全系統,但更高標準的汽車安全系統,利用更高效能的微控制器將更容易達成,因此也造就32位元微控制器的新藍海。  

因應車輛的高安全與長時間使用要求,ISO調和國際電工委員會(IEC)61508起草ISO 26262規範,此公路用車(Road Vehicle)功能性安全(Functional Safety)的系列標準,在2011年11月15日完成公告。此外,ISO 26262不限制適用道路車輛種類,總體規範共分為十部,第一部到第九部均已公告,第十部則還屬於草稿階段。

分析ISO 26262規範的要求,大多著重在安全控制上,然而安全控制在電動車應用上比一般汽油車輛更多,電動車的道路安全性也更為複雜,除機械性的安全要求以外,對於觸電、起火及爆炸等都有不同考量,因此業界亦將ISO 26262標準視為電動車的重要規範。台灣英飛凌標準電源產品市場部經理陳福順(圖1左)認為,無論是電動車或是一般汽油車輛,ISO 26262對汽車安全控制的要求較以往更為提升,對微控制器效能的需求才會跟著增加,而採用運算效能更佳的32位元微控制器即成大勢所趨。  

雙核心微控制器準備就緒  

為搶攻ISO 26262規範衍生的32位元微控制器商機,英飛凌已研發TriCore系列產品,陳偉強表示,TriCore式整合微控制器與數位訊號處理器(DSP),並採用精簡指令集(RISC)架構的雙核心產品,針對引擎控制、電動車電池管理同時需要微控制器與DSP的高度安全汽車系統,具備較佳的效能與成本優勢。  

陳偉強並透露,針對汽車安全系統,目前英飛凌已研發三核心微控制器,將視市場需求決定量產時間,且四核心微控制器產品亦在計畫中。  

另外,為讓業者更易導入設計,產品更能符合汽車領域需求,英飛凌微控制器並支援AUTOSAR組織制定的軟體架構,陳偉強強調,採用AUTOSAR的軟體規範,業者在開發新的產品時,可重複利用先前投入的軟體資源,進一步縮短產品設計時間。  

飛思卡爾(Freescale)汽車電子高級市場經理康曉敦指出,對於越來越高的安全性要求,雙核心32位元微控制器是必然之路。飛思卡爾已將32位元微控制器作為未來的重點推廣產品,並命名為Qorivva,其中,雙核心更是新系列重要的產品。目前已有多款樣品推出,預計於今年內量產。  

事實上,牽涉需要更高安全、穩定性的汽車安全系統時,如引擎控制、電動車電源管理等,微控制器仍為主要的控制元件,瑞薩電子(Renesas Electronics)第一營業事業部微處理晶片部副理何吉哲認為,牽涉到引擎系統等汽車核心領域,32位元微控制器無疑是最佳選擇,是否須要利用多核心產品,則須視客戶需求而定;不過,若是較簡單的車身相關馬達控制,如電動車窗、後試鏡調整等,則8或16位元微控制器即可應付。  

汽車內建攝影機數量攀升 DSP跨足汽車安全領域  

圖2 德州儀器行銷應用協理鄭曜庭表示,體感控制與語音辨識等汽車人機介面的逐漸普及,推升DSP在汽車市場的需求。
雖然ADAS的安全設計,促使32位元微控制器需求增溫,但若牽涉到須利用影像處理能力實現的安全功能時,則較適合採用DSP方案。德州儀器(TI)行銷應用協理鄭曜庭(圖2)表示,汽車內建的攝影鏡頭日益增加,許多ADAS的行車安全應用,亦牽涉到須以多顆攝影鏡頭捕捉車間、車外的影像,並要即時處理龐大的影像資訊,此時,DSP將較高階32位元微控制器更合適。  

鄭曜庭透露,新款納智捷(Luxgen)的360度環景監控系統即採用德州儀器DSP解決方案。為強化DSP在汽車市場的競爭力,德州儀器車用DSP元件皆通過Q100車規認證,並經過車廠至少3年的測試,以確保元件的穩定度、品質與可靠性。  

值得一提的是,因應ADAS大量的影像處理需求,瑞薩電子係以32位元微控制器外加一顆影像處理引擎作為因應。何吉哲分析,比較透過硬體加速器與DSP進行攝影機魚眼校正的圖像演算,硬體加速器處理速度較快,不過,音訊與影像處理無法共用一顆影像處理引擎,而DSP則是對於軟體演算法的依賴度較高,但可同時分析聲音與影像訊號。  

抬頭顯示應用崛起 DSP角色日益吃重  

另一方面,近期新型態抬頭顯示應用的發展,也促使DSP在汽車市場更加蓬勃。2012年國際消費性電子展(CES)中,將汽車資訊顯示於擋風玻璃中,為車場展出的重點之一,然為避免影像因擋風玻璃的弧度造成失真,此時即須DSP針對影像進行校正,進而擴大汽車對DSP元件的需求。  

鄭曜庭指出,過去將資訊顯示在汽車擋風玻璃,僅須在所需顯示資訊的區塊貼上顏色較深的隔熱紙即可,但所能顯示的資訊相當有限。為駕駛安全考量,今年CES展中車廠透過投影的方式,將汽車儀表板的資訊呈現在擋風玻璃,甚至加入定址服務(LSB)的訊息,不過,因擋風玻璃具備一定的弧度,將使影像扭曲,因而須透過DSP修正,才能讓呈現的資訊更貼近正常人眼所視。  

據了解,寶馬(BMW)、賓士(Benz)高級車款已將可顯示更多資訊的新型態抬頭顯示應用導入新車中,預計2012年底到2013年初將問世。鄭曜庭認為,隨著車廠逐步導入資訊更多元的抬頭顯示,DSP在車用的需求將日漸攀升,而不再僅限於汽車影音多媒體等應用。  

車身傾斜/自動駕駛應用興 感測器不可或缺  

至於車身傾斜、自動駕駛與行人偵測等ADAS應用,除了微控制器之外,也須感測器襄助。亞德諾(ADI)應用工程經理詹淞瑋表示,ADAS可分為被動與主動安全兩大領域,但無論何者,均須藉由導入微機電系統(MEMS)加速度計、陀螺儀及壓力計等感測器,實現如自適應巡航控制(ACC)、駕駛盲點資訊系統(BLIS)、胎壓偵測與車身傾斜偵測等功能。  

另一方面,針對引擎系統溫度的溫度感測器,以及可用於行人偵測的紅外線或雷射感測器,由於需要再透過微控制器處理訊號,促使汽車領域中微控制器內建感測器趨勢興起,包括英飛凌、瑞薩電子、意法半導體與恩智浦等,皆有相關產品的推出。  

扮演手機與車機橋樑 NFC順勢跨入車用領域  

智慧型手機、平板裝置連接車機的應用亦有廠商視為ADAS發展的一部分,為將手機連接車載資通訊系統,除透過有線技術的連接之外,無線通訊的連結方式亦為業者所考量,而可簡化裝置配對連結的近距離無線通訊(NFC)技術遂逐漸嶄露頭角。  

圖3 恩智浦汽車網路產品線全球市場暨業務發展總監李曉鶴表示,除了NFC與安全加密技術外,該公司並相當看好車內與車外網路的發展。
恩智浦(NXP)汽車網路產品線全球市場暨業務發展總監李曉鶴(圖3)表示,目前車廠推出的手機與車載資通訊系統連結解決方案多採用內嵌式的插槽,或是透過纜線連結,亦有車廠採用藍牙(Bluetooth)技術,但透過藍牙將與消費性電子市場面臨相似的問題,亦即無法順利配對,因此NFC配對容易的優勢,也使該技術在手機連接車機應用中逐漸受到青睞。  

據了解,BMW正研發利用NFC技術,將智慧型手機化身為開啟車門的遙控器。李曉鶴認為,雖然目前藍牙仍是車廠採用的大宗,但隨著NFC在智慧型手機逐漸發光發熱,並成為標準配備後,NFC在消費性電子產業的熱潮將擴大至車用領域,汽車業者將更加關注NFC技術。  

除智慧型手機與車機結合應用外,NFC還可取代紅外線車門遙控器或是發動汽車。李曉鶴指出,NFC在汽車的應用不勝枚舉,如連接智慧型手機後,駕駛人可透過手機內的全球衛星定位系統(GPS)取得導航資訊,也可透過NFC與汽車配對後,將手機作為遠端遙控器,或是讀取汽車診斷資料,甚至取代汽車金鑰採用的無線通訊技術。  

值得注意的是,汽車採用NFC技術後,不免讓消費者擔憂個資安全問題,李曉鶴表示,以無線方式讓汽車與外部世界連結時,安全和隱私將成為重要的議題。因此,加密安全是首要關鍵。而恩智浦安全晶片已用於全球85%的電子護照,甚至也廣泛獲得銀行業採用,因而可確保車用網路的安全性,提供相同等級的安全保障。

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