先進駕駛輔助系統(ADAS)發展越來越精密且廣泛,並藉由不同程度的自動化定義朝向全自動駕駛的「終極目標」邁進。這股汽車大勢正不斷累積動能,刺激汽車產業與消費者發展出不同的看法和觀點,而消費者肯定將深受這波汽車進化趨勢所影響。

有些汽車駕駛人期待有朝一日可以在從A地到B地旅行時,不需要再自己開車,而且安全性更高以及一些其他好處。有些人則可能對自動駕駛比較沒那麼期待,因為駕駛的樂趣屆時可能消失了。

事實上汽車領域的技術正大步加快前進中。汽車製造商和一線供應商開始與先進的電子元件製造商合作,持續補充其專業知識與技術。而像安森美半導體(ON Semiconductor)等公司也參與其中,投入動力傳動、資訊娛樂以及其他車用電子相關領域。

安森美半導體雖然是一家半導體元件製造商,但其不斷擴展中的汽車電子產品陣容和專業知識,意味著有越來越多的元件可以整合或結合高度可靠的系統解決方案,並藉此協助一線製造商和OEM更快速且高效率地推動新的ADAS進展。顯而易見的是,從ADAS、先進ADAS到全自動駕駛車輛,需要開發智慧、安全和可靠的晶片解決方案。

全世界的許多領域正明顯發生變化,而這大多數都是由技術進步所推動。尤其是汽車領域,幾乎所有討論都集中於全自動或無人駕駛車輛。整體而言,人們對於駕駛的態度正在改變;上一代的駕駛大致上可說是在享受駕駛的樂趣,有些人甚至幾近於崇拜車子。如今,越來越多的人只想快速、安全且高效地從A地抵達B地。

安全在汽車邁向自動化的過程中扮演著關鍵的驅動因素。根據世界衛生組織(WHO)在2017年的統計資料顯示,每年有125萬人死於道路交通事故,另外還有2,000萬至5,000萬人受傷或殘疾。正如美國運輸部(DOT)於2016年5月的資料所指出的,這些道路交通事故絕大多數是人為失誤,美國每年有超過200萬起交通事故,其中有94%肇因於駕駛員失誤。

革新或是進化?

自動駕駛車的發展將是一路的急速進化,而不是革新。自從1980年代以來,扎實的相關研究持續蓄積動能,如今已有50家公司正積極開發自動駕駛車,一些重要的大學研究計劃專案更進一步提升汽車的潛能。

如今汽車功能的電氣化相當普遍,精密的電子元件廣泛應用在動力傳動、車體、內裝、照明以及主動式安全系統等關鍵領域。這些系統不斷發展,其中一項主要趨勢是感測和車載網路的強化,並結合各種功能,從而實現整合的自動駕駛車。

20171018_OnSemi_NT31P1 圖1:即使是入門款車輛也明顯展現電氣化趨勢

如今許多車輛已採用了自動緊急煞車、車道偏離警告系統、主動巡航控制,以及盲點監測與自動停車等功能。這些系統不再侷限於豪華車輛,而是擴展到入門款車輛,這些自動化功能為控制汽車的駕駛提供了寶貴貢獻。

引爆點

當量產車輛進展到具備一般認可的ADAS功能,要再演進為全自動駕駛的連網車輛,汽車產業將會達到一個轉捩點——車輛本身將會提供整合式監測。隨著我們越來越依賴自動系統和巨量資料(big data),而且還可能包括車子以外的領域,功能安全性和系統的網路安全重要性也將提高。安森美半導體已經意識到這一點,並藉由硬體和軟體的創新解決了這些顧慮。

20171018_OnSemi_NT31P2 圖2:車輛產業正迅速接近自動駕駛車進展的引爆點

通過這個引爆點的關鍵是有效的「感測器融合」(sensor fusion)。當車輛中的多種系統互連,可作出更複雜、安全攸關的決策能力,以及避免可能導致事故的錯誤之備援(redundancy)能力也會隨之提升

感測器融合

視覺(vision)是日益重要的車輛技術之一,用於支援主動安全功能,包括後視與前視攝影機以及車內ADAS。

然而,不同的感測器類型有各自的特殊優、缺點——可能是長距離或短距離的性能,或是在惡劣天氣條件下的運作能力等等。因此,能夠結合並處理來自多種感測器類型的資料,有助於確保做出正確的決策、回應和調整。這可能包括影像感測器、雷達和光達(LiDAR)的組合。

功能安全

大多數ADAS系統中的主要感測器是影像感測器,它同時也是打造系統整體功能安全的重要一環。隨著ISO 26262推出,車輛安全的完整等級涵蓋從最基礎的ASIL-A到最高的ASIL-D。ASIL的安全等級由三項因素所決定:故障嚴重程度、故障發生機率、控制故障影響的能力。

由感測器啟動的功能安全以及延遲與高速故障檢測等問題,已經被汽車OEM、一線廠商和感測器製造商列為密切關注的重要議題了。如果ADAS (特別是像自動巡航控制、避免碰撞和行人偵測等系統)所使用的影像感測器未進行故障偵測,可能意味著一場災難即將發生。

要在成千上萬個潛在的故障模式中偵測到其中任何一種,過程中需要用到密集的處理器,而且每一個故障都需要各自的演算法。事實上,在系統層級可能無法檢測到某些故障。容錯系統中的延遲是所有系統設計人員最關心的問題——也就是發生故障和系統恢復到安全狀態之間的時間差。為了安全,必須在發生危險事件之前即偵測到故障並加以解決。

20171018_OnSemi_NT31P1 圖3:延遲是故障偵測過程中的關鍵參數之一

隨著視覺感測器變得更先進,功能安全故障偵測正從ADAS系統轉向感測器本身。藉由這種內建偵測的方式,設計即可辨識故障。感測器偵測帶來的益處是提高故障偵測能力,以及減輕一些ADAS系統處理功能的壓力。

時至今日,許多ADAS系統仍難以達到ASIL-B的標準要求。近期內必須滿足ASIL-B規定的系統數量將顯著增加。未來的ADAS系統如果實現廣泛使用,甚至必須符合更嚴格的ASIL-C和ASIL-D規定。諸如安森美半導體等業界廠商正積極耕耘這一領域,並在許多影像感測器中內建精密的安全機制,以確保完整的功能安全。

此外,為了符合特定功能的需求以及對汽車運作環境的嚴格要求,ADAS影像感測器結合了強韌性以及減少光照閃爍(LFM——可克服LED 前照燈或後照燈在感測器視場中所引起的場景誤判問題)、優越的紅外線性能等功能,以及在極亮或極低光照條件下運作的能力。

總結

ADAS反映出車輛日益電氣化與功能持續增加的一面,但或許也是發展最快的領域。邁向全自動駕駛的旅程正加快步伐,汽車產業的發展也即將達到引爆點。功能安全的先進視覺感測器將是未來ADAS系統的心臟。將這些感測器與其他汽車技術「融合」,並確保網路安全,將帶動汽車產業迅速達到並超越真正自動駕駛的引爆點。