雷達感測與影像感測完善車載ADAS性能
智能型手機成長趨緩,計算機和平板機等終端產品需求下滑,半導體廠商在鞏固本業的同時,紛紛開始耕耘其他領域,如虛擬實境、資料中心與物聯網。近期,隨著智慧車輛、車聯網與自動駕駛車等概念持續發酵,車用電子成了當紅炸子雞,此一趨勢由CES2015和2016展會中的展出車輛便可一窺端倪。在此現況下,先進駕駛輔助系統(AdvancedDriverAssistanceSystems,ADAS)就成了IC設計商在車用領域的一大發展方向。
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/201710/368098.htm智慧車輛感測
隨著智慧車輛概念逐漸成形,車用電子占整車成本的比例也愈來愈高。根據統計,每輛車所使用的電子相關零組件已自2000年的20~25%,躍升至2010年的30~35%,且此趨勢還將持續。是故,車用半導體需求亦逐年上升,市場規模自2010年61.5億美元升至2015年84億美元,復合成長率約為6.4%。
若將車用電子領域依安全、娛樂與連網等不同功能來區分,大體可分為車體電子系統、先進駕駛輔助系統(ADAS)、車載資通訊系統(Telematics)與車載信息娛樂系統(In-VehicleInfotainment,IVI)等部分。其中,逐漸受到重視的ADAS系統,在車用半導體的需求成長中扮演關鍵性角色。以臺灣為例,臺灣暢銷車種中就有NissanTiida1.6/1.6T、FordFocus1.6/2.0/2.0D與LuxgenU6Turbo內部分車款配備有ADAS。
感測與訊號處理能力
ADAS系統多元,較重要的有以下六種:自適式巡航控制、車道偏移警示、車側盲點偵測、前方碰撞警示、夜視與停車輔助系統。ADAS內每一類子系統在運作時,皆不脫離信息的搜集、處理與判斷,以及判斷完畢后系統給予車體指令,使汽車進行不同動作(如警示或控制)等各階段。
在這樣的流程中,雷達和攝影機等傳感器,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子系統采用的感測方式可多于一種。以停車輔助系統為例,當駕駛者進行「停車」動作時,車內熒幕上所顯示的后側影像畫面,與車體過于靠近障礙物時所響起的雷達警示音,即為同時使用影像和雷達感測的結果。
由于影像和雷達具備不同的偵測功能,為更加完善系統的運作,在中高階車種將更多采用影像搭配雷達的駕駛輔助方式,例如上述的停車輔助系統即為一例,此外,自適性巡航控制、前方碰撞警示與車側盲點偵測系統亦在此列。
值得一提的是,ADAS并非所有子系統皆有獨立傳感器,有時不同系統可共享相同的攝影機,例如置于車內中央的后照鏡后方可捕捉車體前方影像的前鏡頭,就可同時使用在前方碰撞警示和車道偏移警示系統中,讓后端處理器分別進行運算即可。
因此對零組件商而言,致力開發銷售系統的其他衍生性駕駛輔助功能,成為普遍發展策略之一。以銷售前鏡頭系統的廠商為例,除了開發前方碰撞警示、車道偏移警示系統外的行人偵測功能之外,還可根據客戶需求,以不同算法針對相同硬件啟用不同功能,達到豐富產品線和提升安全等級的效果。
車用雷達包含超音波雷達、毫米波雷達與光波雷達等,各有優勢。目前ADAS系統最常使用的主流雷達為毫米波雷達,包括頻段為24GHz的短/中距離雷達(偵測距離約50~70公尺)和77GHz的長距離雷達(偵測距離約100~250公尺)。近年來,79GHz頻段的雷達開始受到注目,其精確度為77GHz雷達的2~4倍,探測距離約70公尺左右,屬中距離雷達范疇,有機會取代部分24GHz雷達市場,但由于79GHz在許多國家為尚未開放的頻段,發展態勢仍有待觀察。
雷達感測與影像感測搭配
光波雷達(LightDetectionandRanging,LiDAR)簡稱光達,其測距原理和雷射相似,皆為向目標物發射波束后,量測反射波回傳所需的時間,進而判斷車體與目標物間的距離。兩者不同之處在于波源,雷達為無線電波,光達則是發射電磁波,較常使用的光波為紅外光雷射、紅外光或可見光。
由于ADAS各系統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成長幅度顯著。在部分中高階車種,1輛汽車可安裝5~7個攝影鏡頭作為不同系統偵測用。以使用7個鏡頭的情況為例,車體前后左右方各1個鏡頭可用于偵測360度環景影像,后照鏡附近2個鏡頭用于偵測車側3D影像(盲點偵測),以及后視鏡后方1個鏡頭用于車道偏移和前方防撞系統。
影像傳感器所實現的方式主要有CCD和CIS(CMOSImageSensor),CCD成本較高,加上近年來CIS技術發展快速,使車用CIS更普遍,需求量逐年成長,預估2016年全球車用CIS出貨量會超過1億顆。
雷達和影像感測若能相互搭配,將達到相輔相成的效果,因此在處理器或MCU中加入整合不同訊號的感測融合技術,讓處理器能運算多種訊號,成為重要趨勢。不過,在開發這項技術時,亦需考量運算過程中,系統需一起處理影像訊號和雷達訊號的時間延遲。
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