ADAS技術(shù)：突破局限確保主動(dòng)式的安全保障

　　一個(gè)可能影響ADAS上升的因素是這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展速度。盡管近些年半導(dǎo)體公司和其他廠商已經(jīng)取得了重要的進(jìn)展，但是需要改進(jìn)的空間依然很大。例如，前方碰撞預(yù)警系統(tǒng)在車輛高速行駛時(shí)識別物體依然十分困難。如圖3所示，一個(gè)典型的ADAS方案需要集成許多項(xiàng)技術(shù)，但是目前面臨最多挑戰(zhàn)的四大技術(shù)是：處理器、傳感器、軟件算法和地圖。

　　圖3：在高級駕駛員輔助系統(tǒng)中的四大控制點(diǎn)對于無人駕駛和區(qū)別產(chǎn)品性能方面最為關(guān)鍵。

　　聯(lián)網(wǎng)：車輛間以及車輛與基礎(chǔ)設(shè)施間的互聯(lián)網(wǎng)連接（數(shù)據(jù)云）。

　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)：根據(jù)計(jì)算結(jié)果快速動(dòng)作。

　　地圖：存儲和更新地理及基礎(chǔ)設(shè)施信息

　　處理器（ECU/MCU）：處理決策所需的數(shù)據(jù)

　　傳感器：感知外部數(shù)據(jù)

　　中間件：軟件算法

　　處理器

　　電子控制單元（ECU）和微控制單元（MCU）對于包括無人駕駛在內(nèi)的多數(shù)ADAS方案都是基本的部分。ADAS系統(tǒng)要想發(fā)展，處理器需要更高的性能，而實(shí)現(xiàn)方式可以是多核架構(gòu)和更高的運(yùn)行頻率，還有更低的能耗需求。

　　傳感器

　　這些設(shè)備負(fù)責(zé)采集車輛周圍環(huán)境的信息，例如，行人和正在駛來的汽車。多數(shù)設(shè)備的測量范圍和信號帶寬都是有限的，這就讓區(qū)分“有用信號”（例如，路上的障礙物）和系統(tǒng)“干擾”十分困難。而傳感器要想在雨天和霧天這樣的非理想環(huán)境下追蹤移動(dòng)物體就更為困難了。

　　許多業(yè)界廠商正在嘗試改善某一單獨(dú)種類的傳感器。他們同時(shí)也在嘗試通過更好的傳感器融合優(yōu)化系統(tǒng)性能，即協(xié)同使用來自多種傳感器的數(shù)據(jù)。在硬件方面，傳感器之間的通訊是個(gè)重大挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@需要更高的帶寬以及避免網(wǎng)絡(luò)過載的解決方案。

　　廠商們正在通過優(yōu)化分區(qū)和系統(tǒng)架構(gòu)的分布方式來解決這一問題。在軟件方面，圖像和非圖像數(shù)據(jù)的融合更加具有挑戰(zhàn)性。一些OEM廠家和第一層供應(yīng)商正在與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)合作解決這一問題，例如，戴姆勒公司正在與卡爾斯魯厄理工學(xué)院和烏爾姆大學(xué)進(jìn)行合作。

　　現(xiàn)今傳感器有限的功能和高成本可能是ADAS繼續(xù)發(fā)展的最大限制。不過，許多公司在這兩個(gè)方面都取得了進(jìn)展。一個(gè)例子是，Mobileye和許多新興公司都在試圖改進(jìn)基于攝像頭的解決方案，這種技術(shù)傳統(tǒng)上在暴風(fēng)雨天氣或其他能見度較低的環(huán)境下識別障礙物都存在困難。如果基于攝像頭的解決方案能夠在功能上趕上雷達(dá)和激光雷達(dá)，則將因其低廉的成本而主導(dǎo)ADAS市場。而同時(shí)采用激光和攝像頭的一體式解決方案也可能會很流行，因?yàn)檫@樣的解決方案比只采用雷達(dá)或激光雷達(dá)的解決方案便宜。這是一個(gè)很重要的進(jìn)展，因?yàn)閷＜蚁嘈胖挥挟?dāng)業(yè)界擁有一種與其他傳感器完全集成的經(jīng)濟(jì)型激光雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)，半無人駕駛才可能成為現(xiàn)實(shí)。

　　軟件算法

　　運(yùn)行在ECU和MCU上，算法負(fù)責(zé)使用來自傳感器的輸入數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)合成車輛周圍的環(huán)境信息（在傳感器已經(jīng)完成的處理之上并進(jìn)一步進(jìn)行處理）。隨后算法將向駕駛員提供輸出信息或者指示系統(tǒng)將如何主動(dòng)干預(yù)車輛的控制。這將需要一些最為復(fù)雜的車載軟件集成，因?yàn)樗惴ㄖ付ǖ闹T如采取緊急剎車之類的操作對于確保安全極為關(guān)鍵。

　　為了配合傳感器融合應(yīng)用，業(yè)界將從運(yùn)行在一個(gè)單一ADAS專用ECU上的嵌入式軟件過渡到運(yùn)行在一組集中式ECU或MCU上的多個(gè)軟件平臺。為了適應(yīng)傳感器融合算法的靈活集成，這些軟件平臺將更加抽象化。業(yè)界廠商正在重點(diǎn)開發(fā)此類的算法，以便更加精確地合成傳感器數(shù)據(jù)并更加有效地進(jìn)行處理，因?yàn)檫@將避免數(shù)據(jù)過載或延緩。另一個(gè)需要優(yōu)先解決的問題是創(chuàng)建各種算法，在各種不同的環(huán)境下，如周邊出現(xiàn)兩車碰撞時(shí)，實(shí)現(xiàn)更加安全的車輛導(dǎo)航并更加準(zhǔn)確地預(yù)測所有可能的人類行為（包括潛在的非理性反應(yīng)）。

　　地圖

　　當(dāng)不在GPS覆蓋區(qū)域時(shí)，如在隧道中行駛時(shí)，詳盡準(zhǔn)確的地圖系統(tǒng)有助于避免事故。這些系統(tǒng)還存儲著地理和基礎(chǔ)設(shè)施的信息，可自動(dòng)進(jìn)行更新，并能與車載傳感器進(jìn)行通訊確定汽車的準(zhǔn)確位置。汽車行業(yè)的OEM廠商和其他廠商都在尋找建立和維護(hù)地圖的低成本方式。一些最新的解決方案包括部署配備了3D激光和360度高分辨率攝像頭的“地圖測繪車”。地圖開發(fā)廠商還在嘗試?yán)脕碜訤edEx等商業(yè)車隊(duì)上的傳感器數(shù)據(jù)以及來自駕駛員的GPS數(shù)據(jù)。

　　不斷演變的競爭環(huán)境

　　許多廠商都意識到在未來五年中立法機(jī)構(gòu)將要求車輛安裝特定的ADAS裝置，同時(shí)他們也希望為把握未來的增長機(jī)會而做好準(zhǔn)備。這樣的舉動(dòng)將為汽車行業(yè)帶來前所未有的變革。首先，更有實(shí)力的高科技公司，包括半導(dǎo)體廠商，即便以前并未涉足過汽車行業(yè)，也正在積極地追逐ADAS機(jī)會。例如，英特爾、NVIDIA、松下、高通、三星和索尼等公司都在追逐這樣的機(jī)會，包括與傳感器有關(guān)的機(jī)會、ECU和MCU、系統(tǒng)、芯片上的系統(tǒng)等領(lǐng)域。不僅如此，許多新興的公司高科技和汽車行業(yè)的中小公司都正在努力獲取市場份額。這些公司包括GestureTek、Hawk-EyeInnovations和IntelliVision，這些公司都在圖像處理領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)影像領(lǐng)域有所專長。

　　另一類積極的參與者則是OEM廠商，他們曾經(jīng)是汽車領(lǐng)域創(chuàng)新的主力軍，現(xiàn)在他們則更愿意與在開發(fā)ADAS系統(tǒng)上擁有技術(shù)優(yōu)勢的半導(dǎo)體公司和其他第二層供應(yīng)商合作。類似的，第一層和第二層的供應(yīng)商也都在積極地尋求購并機(jī)會以確保其能夠擁有ADAS所需的所有能力，包括軟件能力。

　　半導(dǎo)體公司應(yīng)當(dāng)如何把握ADAS機(jī)會

　　半導(dǎo)體公司已經(jīng)從ADAS領(lǐng)域獲得了一些有限的銷售額，在2015年不到20億美元，這雖然與汽車電子系統(tǒng)上290億美元的銷售額相比還顯得微不足道，但是這一領(lǐng)域可望取得快速增長。為了能夠把握住全部的價(jià)值，半導(dǎo)體公司必須選擇參與競爭的適當(dāng)領(lǐng)域、方式和時(shí)機(jī)（換而言之，他們必須決定自己是充當(dāng)先行者還是快速跟進(jìn)者）。

　　這可能需要他們重新審視其專注在硬件上的產(chǎn)品定位，因?yàn)檠由斓杰浖I(lǐng)域?qū)砀嗟臋C(jī)會，同時(shí)還需要他們制定出與OEM廠商合作的新型戰(zhàn)略。當(dāng)市場進(jìn)入更為快速的增長階段，那些快速做出反應(yīng)并成為ADAS廠商的公司可能會獲得最大的收益。

　　在哪些領(lǐng)域？硬件及延伸領(lǐng)域的機(jī)會

　　我們采用了一種綜合考慮各種不同因素的模型來研究半導(dǎo)體公司截至到2025年的ADAS硬件機(jī)會，其中考慮到了預(yù)期終端市場采用的因素以及系統(tǒng)和組件的價(jià)格侵蝕因素。我們發(fā)現(xiàn)總體銷售額將保持穩(wěn)定增長，到2025年將達(dá)到46億至53億美元。駐車輔助系統(tǒng)可能為半導(dǎo)體廠商帶來最大的銷售額，隨后是自動(dòng)緊急剎車系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)和前方碰撞預(yù)警系統(tǒng)。對于系統(tǒng)組件，如圖4所示，最佳機(jī)會出現(xiàn)在處理器領(lǐng)域（預(yù)期將創(chuàng)造占總銷售額37%的收入）和光學(xué)半導(dǎo)體（20%）領(lǐng)域。

　　圖4：對于半導(dǎo)體公司，處理器和光學(xué)半導(dǎo)體預(yù)計(jì)將在2025年構(gòu)成ADAS領(lǐng)域的大部分硬件銷售額。

　　1.由于取整的原因，數(shù)字相加可能與總數(shù)不一致

　　2.自動(dòng)緊急剎車、自適應(yīng)巡航控制和前方碰撞預(yù)警。

　　3.包括后方監(jiān)視系統(tǒng)和交通信號識別系統(tǒng)等

　　由于處理器和傳感器預(yù)計(jì)將占據(jù)銷售額的大部分，因此半導(dǎo)體公司不妨考慮通過提供有特色的產(chǎn)品在這些領(lǐng)域參與競爭。雖然硬件依然占據(jù)了銷售額的主要部分，但作為補(bǔ)充，半導(dǎo)體公司仍可以通過將產(chǎn)品方案延伸到軟件和算法領(lǐng)域從而獲利。

　　處理器的改進(jìn)。那些在消費(fèi)電子、移動(dòng)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理等近似領(lǐng)域擁有經(jīng)驗(yàn)的廠商，可能在改進(jìn)處理器的性能這一最具賣點(diǎn)的領(lǐng)域處于有利地位。這是因?yàn)閷⒖焖俚奶幚砥鲬?yīng)用在非常小的細(xì)分領(lǐng)域上，這需要在研發(fā)和制造上投入巨大的資金。單憑汽車市場本身的銷售業(yè)績無法負(fù)擔(dān)這樣規(guī)模的投資，因此半導(dǎo)體公司可能需要同時(shí)從其他領(lǐng)域獲得合理的投資回報(bào)。不僅如此，在近似領(lǐng)域有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的廠商可能能夠?qū)⑺麄兊囊恍┈F(xiàn)有產(chǎn)品加以改進(jìn)就應(yīng)用到ADAS領(lǐng)域從而縮短研發(fā)周期。例如，NVIDIA公司將其最初開發(fā)用于游戲設(shè)備、智能手機(jī)和平板電腦的Tegra平臺加以改進(jìn)用于汽車系統(tǒng)上。

　　傳感器的改進(jìn)。現(xiàn)有的傳感器種類很多，但是有三種對于ADAS領(lǐng)域非常重要。第一種也是最經(jīng)濟(jì)的選擇是采用光學(xué)傳感器并基于攝像頭的解決方案。這些傳感器的用途非常多可以用在非常廣泛的ADAS功能上，但是它們的局限在于很容易受到不良天氣狀況和環(huán)境的影響。光學(xué)傳感器和基于攝像頭的解決方案還需要非常復(fù)雜的軟件算法來識別行人和其他車輛等物體。

　　第二個(gè)類別是激光雷達(dá)系統(tǒng)，這種方案使用一種掃描激光來生成環(huán)境的3D圖像。與光學(xué)傳感器不同，激光雷達(dá)對于氣候條件并不敏感并且可以直接提供車輛周圍物體的位置。但是具備最大掃描范圍（車輛各個(gè)方向上的100米距離）的激光雷達(dá)系統(tǒng)非常大通常需要外置安裝。盡管在過去十年間價(jià)格已經(jīng)從數(shù)萬美元下降至1萬美元以內(nèi)，但是這些設(shè)備的部署費(fèi)用依然太高，要想在ADAS領(lǐng)域獲得應(yīng)用仍需進(jìn)一步的降價(jià)。掃描范圍比較有限的激光雷達(dá)系統(tǒng)，例如，探測一個(gè)方向上十米以內(nèi)的障礙物的系統(tǒng)，已經(jīng)集成到了一些車輛上。例如，大陸公司提供短程激光雷達(dá)已經(jīng)有一段時(shí)間了。

　　最后，ADAS還經(jīng)常會集成使用范圍從20到80 GHz電磁波的短程或長程雷達(dá)確定物體的距離、速度和方向。這些傳感器在惡劣的天氣條件下相比于其他類型的傳感器能夠更好地工作，但是它們通常在測量距離和角度上有所局限。例如，長程雷達(dá)可以探測最遠(yuǎn)達(dá)250米外的障礙物，但是測量角度非常窄。因此，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)往往會將長程雷達(dá)與測量角度更寬的短程雷達(dá)配合使用。

　　盡管傳感器所產(chǎn)生的銷售額不及處理器，但是半導(dǎo)體公司可能會更傾向于這一領(lǐng)域，因?yàn)橐?guī)模對于傳感器相對沒有那么重要，而且這一領(lǐng)域也更易于細(xì)分產(chǎn)品。事實(shí)上，由于在不同ADAS用途中需要的傳感器性能級別和信號處理能力都不同，很多傳感器都需要針對不同用途進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。對于傳感器，半導(dǎo)體公司如果在近似行業(yè)擁有經(jīng)驗(yàn)將處于有利地位，例如，在消費(fèi)電子市場上有互補(bǔ)性金屬氧化半導(dǎo)體圖像傳感器的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)檫@將有利于產(chǎn)品的開發(fā)。在改進(jìn)產(chǎn)品時(shí)的一大挑戰(zhàn)是定制產(chǎn)品來滿足特定的汽車需求，包括用于安全用途。