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ADAS設計關鍵就在車聯網技術
車用規範認證為基本要求

【作者: 姚嘉洋】   2016年04月25日 星期一

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ADAS(先進駕駛輔助系統)在這兩三年,一直是車用電子領域相當重要的話題,簡單來說,它必須透過多種不同的技術混搭,以形成重要的駕駛資訊讓駕駛者參考,又或是可以進一步主動介入駕駛行為,以保護車內或是車外的人身安全。這些技術不外乎車內與車外的感測系統、連網技術與車載資通技術等。


其中,車聯網技術在這幾年,雖然沒有太多重大的突破,但因為ECU(電子控制單元)的增加,加上以ADAS需要更多資訊以利系統判讀的發展態勢,車聯網領域也漸漸開始有了些變化。車聯網技術大體上可以分為兩大類別,一者是有線連網技術,另一種則是無線連網,前者以CAN-Bus為主軸,無線連網則偏重藍牙、Wi-Fi等技術,近期如3G/4G等無線通訊技術,也開始出現在車聯網的範疇內。



圖1 :  ADAS之所以能夠成形的關鍵之一,就是需要多種不同技術的配合,像是測距與圖資系統等,都要仰賴不同系統的合作,才能完成。(Source:BMW)
圖1 : ADAS之所以能夠成形的關鍵之一,就是需要多種不同技術的配合,像是測距與圖資系統等,都要仰賴不同系統的合作,才能完成。(Source:BMW)

晶片業者競相投入車聯網應用

車聯網本來就已有不少的討論,雖然在應用面,我們大致上有了個清楚的輪廓,但從認證規範層面,我們的了解就相對有限了。


在過去,投入車聯網領域的半導體業者並不是太多,像是我們所熟知的NXP(恩智浦半導體)、英飛凌與TI(德州儀器)等,都是產業界所熟悉的主要供應商,而隨著智慧型手機與消費性電子的成長力道出現停滯後,像是高通與聯發科在這兩年來也開始往車聯網領域發展,意欲分食擁有較高利潤的市場大餅。


TI台灣區總經理李原榮表示,TI投入嵌入式與車用電子已有相當長的一段時間,這類應用與消費性電子相較,最大的差異在於前者需要有了解法規層面的人才、長時間與大量資金的投入。


李原榮指出,他本人對於台灣車用電子的發展,有相當高度的期待,原因在於台灣有很多相關的車用零組件業者,這些業者一般都不是上市上櫃的大型公司,所以能見度相對較低,若能提供TI的技術與經驗,這些業者就有機會與國際一線的車廠接軌,降低台灣進入車用電子的門檻。反觀大陸市場,由於排他性較強,台灣業者較無機會可以與大陸車廠接觸。


而在車聯網方面,近期也有不少半導體供應商開始往該領域移動,面對這樣的情況,李原榮則用相當樂觀的態度表示,TI樂見其他競爭對手加入車聯網這個市場,他認為,透過其他競爭對手的投入,反而能讓TI有機會看到過去沒有看到的盲點,進而強化產品競爭力。



圖2 :  一台車所需要的無線技術相當多元,所以也讓不少半導體業者競相投入此一市場。(Source:ST)
圖2 : 一台車所需要的無線技術相當多元,所以也讓不少半導體業者競相投入此一市場。(Source:ST)

ISO26262設計 宜從應用層面下手

從車用規範認證來看,考量到安全性的問題,從晶片端的AEC-Q100到整車輸出的ISO26262等認證規範,都是要被考量進去的環結。宜特科技可靠度工程處處長曾劭鈞解釋,若從無人車(亦可稱自駕車)的角度來看,無人車必須倚靠車聯網、圖資系統與ADAS等系統之間的通力合作,才有辦法實現。


從安全性來看,車聯網與ADAS之間的合作,才會出現安全性問題,但車聯網與圖資系統共同合作,其應用情境最多僅是進行導航或是在地服務等功能,與人身安全並沒有任何關係,基於這樣的概念,車聯網與ADAS之間要滿足ISO 26262的功能性安全認證,就需從ISO26262的認證方法下手,舉例來說,車聯網與ADAS連線之後,所需要的功能性安全等級為ASIL D,僅需ADAS或是車聯網取得ASIL D即可,車聯網本身取得QE認證,這是難度最低的作法,若要將兩者整合為單一系統,就系統整合的實務上有相當高的難度。



圖3 :  ISO26262的認證相當重要,可以說是要打入國際車廠供應鏈的基本門檻,但從晶片業者開始,就要對該認證有一定程度的了解與認識。(Source:www.gaio.com)
圖3 : ISO26262的認證相當重要,可以說是要打入國際車廠供應鏈的基本門檻,但從晶片業者開始,就要對該認證有一定程度的了解與認識。(Source:www.gaio.com)

TI台灣業務與應用事業現場應用工程師總監詹勳琪也指出,就TI的角度來說,車用晶片一定要取得AEC-Q100,對於想要投入車用領域的客戶而言,就是一層無形的保障。當然,他也指出,一塊車用專用的電路板,上面會全是通過AEC-Q100認證的晶片嗎?倒也不盡然。重點還是針對ISO26262對於車用各部系統的要求是什麼,再從系統反推系統設計,會是較為合理的作法。


過去投入車用電子的都是IDM業者,原因在於要符合AEC-Q100的認證,但隨著車聯網的興起,Fabless業者也開始有所動作,這也讓車聯網市場變得更加熱鬧。


AEC-Q100優勢 由IDM業者所掌握

至於在AEC-Q100方面,曾劭鈞透露,如果仔細觀察就會可以發現,進入車用電子的半導體業者都是IDM(整合元件製造)類型,原因在於從設計到製程等,AEC-Q100都有既定的規範需要符合,IDM在進行整合上會相對容易,只要第一款產品通過認證之後,後面的產品認證都可以採用過往的函式庫或是參數等,來因應認證測試需求,所以不難想見車用半導體產業幾乎都是由歐美日大廠所把持,當然另一方面,也是因為歐美日的汽車工業的上下游供應鏈相當完整,所以自成一格,多年來的產業關係不易受到明顯的撼動。


詹勳琪也同意曾劭鈞的說法,IDM的優勢主要是後端的封測與品質檢測,尤其是在類比元件,以TI本身為例,就是全由自家的晶圓廠與封測廠負責,但如果是處理器或微控制器方面的產品,就有可能委由晶圓代工業者捉刀代工。


不過,像是高通與聯發科等Fabless業者,近期的確在車聯網有不少動作,曾劭鈞認為,只要有心經營,要在車聯網攻下一席之地,並非難事。


EMI問題難解 已成業界努力目標

曾劭鈞進一步指出,由於車用電子有不少系統與功能十分在意EMI(電磁干擾)的影響狀況,雖然在過去產業界作了不少努力,但從半導體製程來看,這方面的問題不但沒有被解決,反而日益嚴重。像是車用處理器的操作時脈的提升,本身就是EMI的主要來源,此外像是藍牙低功耗(BLE)技術,也因為操作電壓的降低,對於EMI也會變得相當敏感。在這樣的情況下,讓擅長EMI抑制的業者們有更多發揮的空間。


詹勳琪也表示,業界面對EMI抑制的問題,作法其實不少,像是產業界所熟知的CAN Bus所採取的作法就是採取雙向通道傳輸可彼此抵消EMI,FPD-LINK的傳輸技術基礎是利用同軸電纜,則是利用了EMI屏蔽的方式。而以TI本身為例,約莫在三年前,TI所推出的車用MCU中,就有採用Cortex-R4F雙核心並採取垂直九十度布局(Layout)的方式,以避免外界EMI的侵擾,使MCU本身能夠順利運作。


無線網通技術 開啟多元應用想像

至於在車聯網的無線連網技術,隨著智慧型手機與車載資通訊系統已經有相當高的連結度,再加上4G技術的興起,使得汽車本身的封閉特性開始轉為開放,也使得車聯網有了更多不同的討論。


高通官方談到,高通已經提供車內連網技術逾十年的時間,目前與全球主要OEM廠商合作,共同研發超過100項車用技術計畫。高通的數據機已被通用、奧迪等主流汽車大廠採用,目前全球已有超過兩千萬台的車輛內建高通數據機。由於4G以較充沛的寬頻提供更多元、廣泛的應用,因此大部分汽車製造商配備4G而非3G連網技術。此等級的連網技術為汽車製造商帶來建立車內Wi-Fi熱點功能,並實現聯結多款行動裝置的能力,使每位車內乘客能夠收發電子郵件、瀏覽網頁,以及於線上即時收看,享有獨特的個人化體驗。



圖4 : 高通雖然是Fabless業者,但近年來在車聯網領域有相當多的著墨(Source:高通)
圖4 : 高通雖然是Fabless業者,但近年來在車聯網領域有相當多的著墨(Source:高通)

展望未來,4G亦或是5G技術除了進一步支援半自動和自動駕駛的發展,還將透過車與車、車輛與行人及周遭基礎建設之間的連網科技,顯著地提升駕駛者及乘客的安全。詹勳琪也補充說明談到,有一種應用情境是,貨運駕駛的駕駛狀況,可以透過4G回傳到後台或是服務中心,透過這種狀況來調整保費高低,進一步將風險管理的精確性提高。


另外一方面,為了實現V2V(車對車)通訊,Wi-Fi聯盟也推出了所謂的802.11p的技術,NXP(恩智浦半導體)大中華區資深區域市場行銷經理甘治國指出,該技術在2009年就已經由NXP所開發出來,所以並不是什麼全新的技術。不過,國際車廠通用汽車宣布要在2017年正式導入802.11p,以完成車對車(V2V)的聯網通訊,所以甘治國認為,802.11p才會在今年在市場開始陸續發展,但比重還是會相當的低。在高階車款方面,也可以漸漸看到Wi-Fi的身影,原因是得益於智慧型手機的成長,帶動車內無線連網的應用。


詹勳琪也認為,長期來看,Wi-Fi從既有的802.11n再到802.11ac,預期到2020年才會有較為蓬勃的發展,所以現階段,TI並不急著在車用市場進入802.11ac的戰局。倒是無線網通晶片大廠博通(Broadcom)相對積極,已經推出了相關產品,作為車內熱點之用的晶片,同時也整合了藍牙功能。


在無線充電方面,也開始漸漸往車內環境移動,考量到車內環境不若一般的使用環境,因此磁共振技術將有機會被視為在車內無線充電的重要技術基礎。


甘治國分析,不管WPC或是A4WP陣營,關鍵在於智慧型手機會朝哪個陣營傾斜,汽車大廠們才會決定往哪個陣營靠攏,所以車內無線充電環境要完備,恐怕還是得看無線充電技術在智慧型手機市場的發展狀況而定。


圖5 : 無線充電雖然往車內環境移動,但究竟是哪個陣營會勝出,也許要等到智慧型手機市場有較為明顯的態勢,才能說得準。(Source:gigaom.com)
圖5 : 無線充電雖然往車內環境移動,但究竟是哪個陣營會勝出,也許要等到智慧型手機市場有較為明顯的態勢,才能說得準。(Source:gigaom.com)

結論

連網技術進入到車用領域後,畢竟牽涉到安全問題,在討論上,本就會較為複雜,但可以確定的是,不論是AEC-Q100或是ISO26262都有存在的必要性。而車聯網的好壞與否,多少也會影響到ADAS的表現,可謂有直接關係的存在。無線連網技在進入車聯網領域後,後續還有什麼發展,也值得持續關注。


**刊頭圖片來源:(Source:fortune.com)


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