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石油供應商道達爾(Total)旗下電池製造商Saft與寶獅雪鐵龍集團(PSA)旗下的汽車製造公司歐寶(Opel)，日前宣布將於法、德兩國創建兩座電動汽車(EV)的電池製造工廠。雙方預計需斥資約50億歐元，同時建立名為Automotive Cell Company(ACC)的合資公司。 Total與PSA預計聯手於歐洲布建兩座電動車電池工廠。 PSA集團董事會主席Carlos Tavares表示，該項合作目標是提供人們乾淨、安全及可負擔的彈性能源選擇，本次合作將促進歐洲汽車電池開發及生產。此外，在法國、德國政府及歐盟授權支援下，該計畫獲得近13億歐元公共資金，賦予該項合作決定性意義。 歐盟於2019年宣布擴大電動汽車銷售量，並且希望在2030年時，歐洲汽車電池市場產能可達到400GWh，為當前需求量的15倍，因此汽車製造商紛紛商討對策。而電池於電動汽車產業位居要角，因此本次合作計畫將利用Saft的技術，於應用範圍及充電時間兩方面體現高能源效能，並降低碳足跡，同時使電動汽車電池能於2023年開始生產。 本次合作項目分為兩階段，其中第一階段將花費2億歐元，自2021年中起於法國布建工廠，預計創造約200個高階工作機會，以開發、鑑定新高效鋰離子電池並擴大商業規模，逐步達到24GWh；第二階段則於德國興建同產能的工廠，最終目標於2030年達到48GWh，意即每年可生產一百萬個電池，約占歐洲市場的10-15%。 道達爾董事長兼執行長Patrick Pouyanné表示，該公司於2016年收購電池製造商Saft，目的是開發能源儲存技術以支援可再生能源(如太陽能及風能)成長。而電力交通的飛速發展提供該公司成長機會，並兌現去碳化經濟的承諾。

先進駕駛輔助系統(ADAS)經過多年的發展，已經從高階車款普及到大眾車款，尤其是主動安全系統證明能夠有效提高行車安全，成為消費者購車的主要考量之一，2019年ADAS功能成熟代表車輛自駕化進程將從Level 2往Level 3邁進，功能更加進化的Level 2+與Level 3 light次系統，帶動車用感測器質與量的需求全面提升。 毫米波雷達(mmWave Radar)在車用感測器領域已占有一席之地，一方面由於歐洲電信標準協會(ETSI)和美國聯邦傳播委員會(FCC)制定的頻譜規則和標準自2018年9月起禁止新產品使用24GHz超寬頻段，所有使用24GHz超寬頻段(Ultra-wide Band, UWB)的現有產品必須在2022年之前逐步淘汰。另一方面現行毫米波雷達技術主流的24GHz與高頻的77/79GHz技術相較，相同的距離解析度77/79GHz能提供更好的表現，讓雷達偵測距離可以有效拉長，對高速奔馳的汽車，緊急事故的預警時間與反應時間都能提升。 進階安全配備　推升高頻毫米波雷達需求 根據研究車速高達時速112公里時，安全煞車滑行距離為75公尺。目前ADAS若採用影像視覺分析技術，攝影解析度僅能精準分析80~100公尺距離內物體，如果在上述高速駕駛情境，車輛僅配置影像分析，那駕駛只剩5公尺反應距離，約0.15秒可進行應對。透過高頻毫米波雷達偵測距離可延伸至250公尺，駕駛提升反應距離增加到175公尺，反應時間延長5.2秒。意法半導體亞太區汽車產品事業體行銷經理陳錫成(圖1)表示，以前自動緊急煞車(Autonomous Emergency Braking, AEB)系統主要是在高階車款上才會看到，然而現在低階車款也開始配備這樣的功能。 圖1　意法半導體亞太區汽車產品事業體行銷經理陳錫成表示，現在技術日益成熟，台灣業者也開始導入相關技術製造高頻毫米波雷達。 中國重卡車已在2019年4月將AEB列為標配。另外，日本與歐盟40個國家和地區針對AEB將強制列入新車標配的草案已達成協定，未來將要求所有新的乘用車和輕型商用車都必須加裝AEB，新法最快2020年上路；美國則預計於2022年將AEB列為標配。法規也是促成毫米波雷達市場發展的主要力量之一，儘管AEB功能不必然需要導入77/79GHz雷達，但高頻雷達有效延伸偵測距離，強化AEB的預警能力與剎停準確度。 另外，從定速系統進化到主動式車距調節巡航系統(Adaptive Cruise Control, ACC)也是ADAS主要的功能之一，使用24GHz僅能較大尺度的調節與前車距離，77/79GHz雷達可以精確到公尺等級，未來車輛可以隊列巡航方式行進就是所謂的車龍(Platoon)行駛，每輛車的距離不超過1公尺，可以改善交通流量，並提升車輛燃油效率約15%左右。 毫米波雷達普及之路　降低成本成關鍵 目前，24GHz毫米波雷達已經達到技術成熟的階段，若成本能夠下降到一定的水準，完全取代超音波雷達只是時間的問題。同時，高頻毫米波雷達也正在快速發展中，同樣地，高頻毫米波雷達在車用感測器的領域取代低頻毫米波雷達成本也是主要的因素之一。 工研院產科國際所機械與系統研究組資深研究經理石育賢(圖2)表示，為了節省系統開發的成本，歐洲晶片大廠現在有一些解決方案是將低頻與高頻毫米波整合在同一個晶片上，就不需要那麼多電子控制單元(Engine Control Unit, ECU)，藉此降低成本。 圖2　工研院產科國際所機械與系統研究組資深研究經理石育賢表示，為了節省系統開發的成本，可將低頻與高頻毫米波整合在同一模組共用ECU。 車用高頻毫米波雷達在2019年的趨勢還是緊扣前方防碰撞功能系統。石育賢也指出，現在高階車款都配備高頻毫米波雷達，在車用感測器市場占有一定的比例。至於能不能成為標配，就看價格能否降低。 目前，24GHz的雷達模組價格約50~80美元，77/79GHz的高頻雷達模組依照功能不同約100~200美元，77/79GHz產品約是24GHz產品的一倍，若是前方的長程雷達價格高達200美元左右，成本差距就更大了，石育賢認為，77/79GHz的模組價格若是能降到100美元以內，成長動能就會進一步加碼。 成本/效能雙管齊下　高頻毫米波雷達起飛 由於自駕車對感測器感測距離、解析度與精準度的要求不斷提升，高頻毫米波雷達取代24GHz毫米波雷達已成不可逆的趨勢，但是高頻毫米波雷達要普及甚至取代低頻毫米波雷達仍有其挑戰，須能克服成本與效能的瓶頸。預估在2022年高頻毫米波雷達將逐步放量，並展現取代低頻產品的態勢。 德州儀器CMCU技術應用經理王盈傑(圖3)表示，2018年整體來說，主要是24GHz毫米波雷達技術成熟的時期，同時也是高頻毫米波雷達開始發展的階段。高頻毫米波雷達在2018年下半年到2019年開始出現更多新興應用，如更短距離的盲點偵測，或是車內的雷達，用以偵測駕駛的生理狀態與姿態、乘客數量等等，甚至利用車內雷達判讀手勢。 圖3　德州儀器CMCU技術應用經理王盈傑表示，2018年是24GHz雷達技術成熟的時期，同時也是77/79GHz雷達開始發展的階段。 王盈傑也提到，車輛智慧電子功能要求只會越來越多，必須掌握路況和所有突發狀況，也須要靠感測器來輔助。以現在的高頻毫米波雷達技術大概能偵測到200~250公尺左右的距離，但未來的需求一定會更高，甚至可能會達到300~400公尺。高頻毫米波雷達目前成本仍然高居不下，由於高頻毫米波雷達相較影像感測器或是超音波來說是新興、前瞻的技術，在製造、生產、測試等都較為困難，所以成本還是偏高。須要更多廠商投入，降低技術瓶頸，同時導入更多應用提升出貨量。 陣列天線/波束成形　毫米波雷達又精又遠 要提升高頻毫米波雷達精度，工研院資通所技術副組長陳文江(圖4右)指出，透過陣列天線與波束成形(Beam Forming)技術可以讓毫米波雷達更精準、傳輸距離更遠。 圖4　工研院資通所新興無線應用技術組組長丁邦安(圖左)；工研院資通所技術副組長陳文江(圖右)。 工研院資通所新興無線應用技術組組長丁邦安(圖4左)表示，毫米波雷達在車用感測方面的應用最初是因為ADAS的興起。但是感測器要模仿的器官就是人眼，而人眼是一個非常偉大的器官，要用機械替代如此精密的感官有相當大的挑戰。因各種車用感測器如光達(LiDAR)、毫米波雷達、攝影機等分別有技術上的優劣勢。 因此就有廠商提出結合攝影機與毫米波雷達的解決方案，一般毫米波雷達感測的資訊是點雲圖，無法具體判斷物體的類型，結合攝影機的影像資訊與毫米波雷達的物體感測，可以大幅提升感測精準度，業界有人稱這樣的方案為影像雷達(Camera Radar)，將兩個不同感測器蒐集的訊息利用感測融合的方式進行綜合判斷與解讀。 但丁邦安也提到，感測融合也有其困難，由於感測器數量多種類又不同，資訊量當然就跟著增加。資訊量大的情況下，若是不同感測器的感測結果產生矛盾，要如何判斷將是一大挑戰。以現在的技術來說，正確的感測和運算可以達到辨識物體的能力，但若要完全自駕同時也要求短時間做出正確的判斷，過於複雜的演算法和大量的感測器也會讓成本變得高不可攀。另外，車輛行駛過程中速度與反應時間對於感測與訊息處裡是一大挑戰，尤其車輛高速行駛時，如何即時提供準確的運算、判斷技術難度高，有賴後端的數位訊號處理器(DSP)或中央處理器運算能力的搭配。 針對高頻毫米波雷達如何提升精準度，陳文江進一步說明，理論上頻率越高傳輸距離是越短的，因為高頻會有衰減的問題，而77~79GHz的衰減至少是24GHz的九倍以上。而之所以會選擇高頻毫米波雷達是因為高頻的波長短，波長短就可以掃描得更精細，因此解析度就會比較高。 為了解決高頻訊號衰減的問題，可以透過陣列天線的方式讓傳輸距離提升、掃描範圍變廣。藉由開關天線改變使用天線個數的方式控制波束，即波束成形技術，集中波束便能使傳輸距離變遠，寬波束可以進行短距離大角度範圍的掃描。在IC發射功率固定的狀況之下，藉由波束控制即可以調整訊號傳輸距離。且由於高頻的天線可以做得更小，而且可直接印刷在PCB板上，相較模組與天線分離式的設計，整體成本並不會成長太多。 為了提升高頻毫米波雷達的感測距離、範圍和效能，目前德州儀器提供的解決方案可以整合多顆雷達在一個模組，讓兩顆毫米波雷達的感測訊號疊加，達到更遠的距離和更細膩的角度解析度。另外，毫米波雷達的專長是透過電波感測相對速度、位置與角度，由於77/79GHz毫米波雷達晶片模組體積更小，尤其是使用CMOS製程的晶片。因此，德州儀器同時提出整合四顆77/79GHz高頻毫米波雷達的解決方案，與過去單顆或兩顆雷達不同的是，透過這四顆雷達感測不同的向量資訊，可以將過去主要是2D訊息的感測資料，提升到3D的訊息尺度，更具體描繪感測物的型態。 77/79GHz大潮來襲　台廠應把握先機 根據研究機構Yole Développement(Yole)研究指出，預計到2025年雷達市場將達到86億美元(圖5)，2015~2025年複合成長率為15.6%。24GHz雷達是2018年市場的主流，市場規模約22億美元。77GHz的產品從2018年開始也加速成長，根據Yole的看法，77/79GHz雷達在2020年左右就會成為主流。 圖5　2015~2025年車用雷達發展趨勢 資料來源：：Yole Développement(05/2019) 陳錫成更進一步說明，過去囿於技術門檻，主要只有歐洲大廠在做高頻毫米波雷達，但現在技術日益成熟，台灣業者也開始導入相關技術製造高頻毫米波雷達。 然而，目前台灣的廠商出貨仍以低頻毫米波雷達為主，高頻毫米波雷達主要用於長距離，要取代短距離的24GHz毫米波雷達至少還需要2~3年的時間。但陳錫成指出台灣廠商也已經開始接到許多高頻毫米波雷達RFQ，由於技術方面已經準備好了，只要價格能夠下降，高頻毫米波雷達成為主流是必然的趨勢。但因為雷達用於汽車，關係人身安全，車規也就更加嚴格，從技術開發到生產約需要2~3年，在高頻毫米波雷達量產之前，台灣廠商的毫米波雷達出貨仍以24GHz為大宗。 儘管目前24GHz出貨還是毫米波雷達的主流，不過根據台灣車用雷達模組廠商表示，接下來新的設計都是針對77/79GHz的高頻產品，以該公司為例，2019年下半年高頻毫米波模組產品出貨量與24GHz模組可能就會出現黃金交叉，這波77/79GHz高頻技術取代潮，可以說來得又急又快。對於台灣產業來說就是個黃金時期，把握這波潮流對於車用電子產業的發展非常重要。 台灣的ICT產業擁有良好的體質，除了生產代工的水準，也具備程式設計的能力。石育賢呼籲，在車用電子領域，應用場景非常重要，台灣交通環境複雜，廠商應該積極投入對於應用環境的研究與了解，以最普遍的ACC與AEB為例，這兩套系統在歐美日本與台灣或印度這樣的地方運行，台灣人車混用還有機車在車陣中穿梭，印度更是有牛在路口漫步，所以系統模組在作動與感測時需要再做因地制宜的調整，軟體也要進行客製化的設定。 車電市場並不像消費性電子產品，對產品的要求相對嚴苛許多，加上產品驗證周期長，另外車規的要求生產品質與環境耐受度也必須提升一個等級，台灣廠商經營車用電子市場需要更深入並更沉得住氣。石育賢建議國內業者先從元件開始進入Tier 1，再慢慢擴大到能做好一個系統。雖然初期投資成本相當高，要進入車用電子市場需要2~3年的時間，而現在就是抉擇的時刻，若現在猶豫不決怕是再遲就來不及了。 丁邦安總結道，車用對於安全性的要求非常高，萬中不能有一失，高頻毫米波雷達要在車用領域普及會遇到最大的困難在於道路實測與成本。目前藉由提升運算量、增加天線數量、提高雷達頻率都可以讓解析度與辨識度提升，技術方面和理論已足夠成熟，但是成本將會高到難以接受。在安全與成本的拉鋸之下，高頻毫米波雷達用於Level 3以上自駕車仍有一段路要走。 對此，王盈傑針對台灣高頻毫米波雷達發展提出了建議，目前高頻毫米波雷達在台灣發展目前仍面臨許多挑戰，包括天線設計、演算法的開發、製造測試等方面都是全新的領域。因此也有許多的可能性，以台灣來說，現在只有大學電波組實驗室在研發高頻天線，並沒有太多公司投入設備和測試。原先做24GHz天線或手機天線的廠商，可以考慮開始投入高頻的研發設計。另外，在製程上如何克服測試的問題也是可以投入的方向。至於演算法的開發，如用於姿態辨識和生命跡象等等，結合AI機器學習(Machine Learning)來進行計算，也是可以開發的新領域。