智慧車(chē)輛感測(cè)完善ADAS性能

智能型手機(jī)成長(zhǎng)趨緩，計(jì)算機(jī)和平板機(jī)等終端產(chǎn)品需求下滑，半導(dǎo)體廠商在鞏固本業(yè)的同時(shí)，紛紛開(kāi)始耕耘其他領(lǐng)域，如虛擬實(shí)境、資料中心與物聯(lián)網(wǎng)。近期，隨著智慧車(chē)輛、車(chē)聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)駕駛車(chē)等概念持續(xù)發(fā)酵，車(chē)用電子成了當(dāng)紅炸子雞，此一趨勢(shì)由CES2015和2016展會(huì)中的展出車(chē)輛便可一窺端倪。在此現(xiàn)況下，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(AdvancedDriverAssistanceSystems，ADAS)就成了IC設(shè)計(jì)商在車(chē)用領(lǐng)域的一大發(fā)展方向。

智慧車(chē)輛感測(cè)

隨著智慧車(chē)輛概念逐漸成形，車(chē)用電子占整車(chē)成本的比例也愈來(lái)愈高。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，每輛車(chē)所使用的電子相關(guān)零組件已自2000年的20～25%，躍升至2010年的30～35%，且此趨勢(shì)還將持續(xù)。是故，車(chē)用半導(dǎo)體需求亦逐年上升，市場(chǎng)規(guī)模自2010年61.5億美元升至2015年84億美元，復(fù)合成長(zhǎng)率約為6.4%。

若將車(chē)用電子領(lǐng)域依安全、娛樂(lè)與連網(wǎng)等不同功能來(lái)區(qū)分，大體可分為車(chē)體電子系統(tǒng)、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、車(chē)載資通訊系統(tǒng)(Telematics)與車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)(In-VehicleInfotainment，IVI)等部分。其中，逐漸受到重視的ADAS系統(tǒng)，在車(chē)用半導(dǎo)體的需求成長(zhǎng)中扮演關(guān)鍵性角色。以臺(tái)灣為例，臺(tái)灣暢銷(xiāo)車(chē)種中就有NissanTiida1.6/1.6T、FordFocus1.6/2.0/2.0D與LuxgenU6Turbo內(nèi)部分車(chē)款配備有ADAS。

感測(cè)與訊號(hào)處理能力

ADAS系統(tǒng)多元，較重要的有以下六種：自適式巡航控制、車(chē)道偏移警示、車(chē)側(cè)盲點(diǎn)偵測(cè)、前方碰撞警示、夜視與停車(chē)輔助系統(tǒng)。ADAS內(nèi)每一類(lèi)子系統(tǒng)在運(yùn)作時(shí)，皆不脫離信息的搜集、處理與判斷，以及判斷完畢后系統(tǒng)給予車(chē)體指令，使汽車(chē)進(jìn)行不同動(dòng)作(如警示或控制)等各階段。

在這樣的流程中，雷達(dá)和攝影機(jī)等傳感器，以及MCU或影像處理IC等處理器，就成了最主要的使用元件。整體而言，ADAS子系統(tǒng)采用的感測(cè)方式可多于一種。以停車(chē)輔助系統(tǒng)為例，當(dāng)駕駛者進(jìn)行「停車(chē)」動(dòng)作時(shí)，車(chē)內(nèi)熒幕上所顯示的后側(cè)影像畫(huà)面，與車(chē)體過(guò)于靠近障礙物時(shí)所響起的雷達(dá)警示音，即為同時(shí)使用影像和雷達(dá)感測(cè)的結(jié)果。

由于影像和雷達(dá)具備不同的偵測(cè)功能，為更加完善系統(tǒng)的運(yùn)作，在中高階車(chē)種將更多采用影像搭配雷達(dá)的駕駛輔助方式，例如上述的停車(chē)輔助系統(tǒng)即為一例，此外，自適性巡航控制、前方碰撞警示與車(chē)側(cè)盲點(diǎn)偵測(cè)系統(tǒng)亦在此列。

值得一提的是，ADAS并非所有子系統(tǒng)皆有獨(dú)立傳感器，有時(shí)不同系統(tǒng)可共享相同的攝影機(jī)，例如置于車(chē)內(nèi)中央的后照鏡后方可捕捉車(chē)體前方影像的前鏡頭，就可同時(shí)使用在前方碰撞警示和車(chē)道偏移警示系統(tǒng)中，讓后端處理器分別進(jìn)行運(yùn)算即可。

因此對(duì)零組件商而言，致力開(kāi)發(fā)銷(xiāo)售系統(tǒng)的其他衍生性駕駛輔助功能，成為普遍發(fā)展策略之一。以銷(xiāo)售前鏡頭系統(tǒng)的廠商為例，除了開(kāi)發(fā)前方碰撞警示、車(chē)道偏移警示系統(tǒng)外的行人偵測(cè)功能之外，還可根據(jù)客戶(hù)需求，以不同算法針對(duì)相同硬件啟用不同功能，達(dá)到豐富產(chǎn)品線和提升安全等級(jí)的效果。

車(chē)用雷達(dá)包含超音波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)與光波雷達(dá)等，各有優(yōu)勢(shì)。目前ADAS系統(tǒng)最常使用的主流雷達(dá)為毫米波雷達(dá)，包括頻段為24GHz的短/中距離雷達(dá)(偵測(cè)距離約50～70公尺)和77GHz的長(zhǎng)距離雷達(dá)(偵測(cè)距離約100～250公尺)。近年來(lái)，79GHz頻段的雷達(dá)開(kāi)始受到注目，其精確度為77GHz雷達(dá)的2～4倍，探測(cè)距離約70公尺左右，屬中距離雷達(dá)范疇，有機(jī)會(huì)取代部分24GHz雷達(dá)市場(chǎng)，但由于79GHz在許多國(guó)家為尚未開(kāi)放的頻段，發(fā)展態(tài)勢(shì)仍有待觀察。

雷達(dá)感測(cè)與影像感測(cè)搭配

光波雷達(dá)(LightDetectionandRanging，LiDAR)簡(jiǎn)稱(chēng)光達(dá)，其測(cè)距原理和雷射相似，皆為向目標(biāo)物發(fā)射波束后，量測(cè)反射波回傳所需的時(shí)間，進(jìn)而判斷車(chē)體與目標(biāo)物間的距離。兩者不同之處在于波源，雷達(dá)為無(wú)線電波，光達(dá)則是發(fā)射電磁波，較常使用的光波為紅外光雷射、紅外光或可見(jiàn)光。

由于ADAS各系統(tǒng)皆可利用影像作為輔助駕駛的方式之一，使影像傳感器近幾年來(lái)成長(zhǎng)幅度顯著。在部分中高階車(chē)種，1輛汽車(chē)可安裝5～7個(gè)攝影鏡頭作為不同系統(tǒng)偵測(cè)用。以使用7個(gè)鏡頭的情況為例，車(chē)體前后左右方各1個(gè)鏡頭可用于偵測(cè)360度環(huán)景影像，后照鏡附近2個(gè)鏡頭用于偵測(cè)車(chē)側(cè)3D影像(盲點(diǎn)偵測(cè))，以及后視鏡后方1個(gè)鏡頭用于車(chē)道偏移和前方防撞系統(tǒng)。

影像傳感器所實(shí)現(xiàn)的方式主要有CCD和CIS(CMOSImageSensor)，CCD成本較高，加上近年來(lái)CIS技術(shù)發(fā)展快速，使車(chē)用CIS更普遍，需求量逐年成長(zhǎng)，預(yù)估2016年全球車(chē)用CIS出貨量會(huì)超過(guò)1億顆。

雷達(dá)和影像感測(cè)若能相互搭配，將達(dá)到相輔相成的效果，因此在處理器或MCU中加入整合不同訊號(hào)的感測(cè)融合技術(shù)，讓處理器能運(yùn)算多種訊號(hào)，成為重要趨勢(shì)。不過(guò)，在開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，亦需考量運(yùn)算過(guò)程中，系統(tǒng)需一起處理影像訊號(hào)和雷達(dá)訊號(hào)的時(shí)間延遲。