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邁向Level 3+自動駕駛 電源/雷達/感知設計更精進

目前市面上搭載先進駕駛輔助系統(ADAS)的車款,多處於Level 1、Level 2的階段,例如道路偏移警示系統(LDWS)、盲點偵測等功能是屬於Level 1,而ACC自動巡航系統和自動煞車等應用則歸類於Level 2。然而,在強化行車安全以及提升消費者體驗的驅動之下,全球車廠與Tier 1車電相關業者,無不勠力邁向Level 3以上的自駕等級,而ADAS功能的突破、升級,將是促成此一發展目標實現的重要關鍵;為此,產官學各界紛紛朝汽車電源架構、雷達、感知系統等方面著手,以提升ADAS性能,並早日實現Level 3以上的自駕車 汽車元件日益增加 電源設計須更注意 茂宣企業應用工程經理陳俞阡(圖1)表示,汽車電子系統設計十分複雜,特別是自動駕駛車輛(或是ADAS的車輛),因當中結合了許多數位和類比元件。像是自動駕駛除了要搭載中央運算平台,在平台之外還須連接許多閘道器(Gateway),並搭配許多感測器,如雷達、影像感測器、光達等;同時,還有著許多連網元件以實現車聯網。因有著這麼多樣功能和元件,使得現今的自動駕駛車輛產生大功率需求,且必須強化EMI防護,避免元件間相互干擾,影響到中央運算系統、閘道器等對資料收集的精確度和分析判斷。 圖1 茂宣企業應用工程經理陳俞阡表示,汽車電子系統結合了許多數位和類比元件,因此EMI防護十分重要。 為此,ADI備有Silent Switcher 2 LT8640S、LT8643S和LT8650S同步降壓穩壓器,具備可將EMI輻射降到最低的Analog Devices第二代Silent Switcher架構,並使用旁路電容器、接地平面、銅柱和其他可將所有快速電流迴路最佳化的元件組合,可在高切換頻率下高效運作。42V/6A穩壓器的靜態電流為2.5µA,1MHz下的效率高達96%,可以提供快速、乾淨且低過充的切換邊,即使是在高切換頻率下亦能夠實現高效運作和高降壓率。 陳俞阡進一步指出,隨著節能減碳意識興起,電動車和油電混合車也持續成長,使得自動駕駛的電動車和油電混合車在電源設計上,除了有著上述的挑戰之外,另一個挑戰便是目前許多車款都採用48V/12V汽車雙電池系統。 換言之,目前採用48V/12V汽車雙電池系統的電動車或油電混合車,車上既有12V的電池,同時也有48V的電池,所以在進行設計時,必須考量到能量要能夠從48V傳輸到12V,反之亦然;而若電池放電,則需要雙向電力傳輸來為電池充電,使得控制器必須能夠非常精確地控制充電電流,避免損壞電池。 基於此一需求,ADI也擁有多相位同步降壓或升壓控制器LTC3871,可在12V和48V電路板網路之間,提供了雙向DC-DC控制和電池充電。其可操作於降壓模式(從48V匯流排至12V匯流排)或升壓模式(從12V至48V)。任一模式可利用一個施加的控制訊號按需求配置。且其多達12個相位,可並聯和異相定時,以將高電流應用(高達250A)的輸入和輸出濾波要求降至最低。 打造自駕車輛 雷達/聯網是關鍵 是德科技應用工程部資深專案經理蘇千翔(圖2)表示,自動駕駛發展一直以來都備受矚目且有著龐大的商機,目前有95%的意外事故都是人為造成,而汽車產業之所以會如此積極推動自駕發展,最主要的原因便在於希望透過自駕車,大幅降低交通意外事故。 圖2 是德科技應用工程部資深專案經理蘇千翔指出,自動駕駛車輛其中一項關鍵元件是車用雷達。 而要打造自動駕駛車輛,其中一項關鍵元件便是車用雷達,有了車用雷達(及其他感測器),自駕車才能夠全面掌握周遭環境。蘇千翔指出,目前雷達主要是進行障礙物檢測或是盲點檢測,其代表著車子的感知能力,透過雷達獲取周遭環境資料後再送到中央系統進行分析、判讀。也因此,車用雷達的性能、精確度以及可靠性對自駕車而言至關重要。 因此,是德科技推出新的增強型Keysight E8740A汽車雷達訊號分析與產生解決方案。此一方案基於高效能實體層儀器,可為每個待測雷達設計提供同級中最有效的射頻(RF)和毫米波效能驗證,並具備易於使用的直覺式操作介面,能以更高效率進行測試,且還可產生各種真實條件,以解決任何潛在的汽車雷達干擾問題。 簡而言之,ADAS和自動駕駛汽車發展愈來愈迅速,而實現自動駕駛車輛需倚賴大量的感測器,有鑑於此,是德科技將持續投入資源,以實現全面協助開發人員克服雷達設計和效能驗證挑戰的目標。 另一方面,車聯網也是自動駕駛另一重點發展方向,蘇千翔表示,V2X通訊是一種汽車通訊系統,可將來自感應器和其他來源的資訊,透過高頻寬、低延遲、高可靠度的鏈路進行傳播,有助於推動完全自動駕駛的未來發展。C-V2X透過蜂巢式網路與雲端服務(如導航和車載資訊娛樂系統)進行通訊,並且透過直接連接將汽車與所有裝置相連,包括裝置(V2V)、行人(V2P)、基礎設施(V2I),以及網路(V2N)互連。 不過,目前C-V2X面臨的最大挑戰之一是跟上最新標準,該標準要求測試解決方案必須與C-V2X要求的最新發展保持同步,包括未來的5G NR版本。因此,是德科技推出新的蜂巢式V2X(Cellular Vehicle-to-everything)和先進的車載乙太網路解決方案,以因應不斷演進的產業標準並確保元件之間的互通性。 此一工具套件能夠在射頻、協定和應用層測試方面,跟上不斷演進的C-V2X標準解決方案,其5G NR V2X平台基於3GPP第16版標準,可因應未來規範並保護投資,加速新技術的部署,進而實現先進的安全功能。 自駕車輛要上路 實際模擬不可少 為了降低肇事率,確保駕駛安全(特別是未來人口老化越來越明顯),自駕車發展勢在必行。自動駕駛車輛的核心技術包括感知/定位、決策規劃、車輛動態控制等,除了這些技術之外,還有一項不容忽視的要素便是整車測試驗證。 車輛研究測試中心(ARTC)研發處經理許文賢(圖3)說明,自動駕駛實車上路之前,一定要進行所謂的模擬驗證,以確保安全性。因為某些突發狀況在真實道路上較難測試,譬如說行人不會三不五時的突然竄出衝到馬路上;因此,自駕車實車上路前勢必要先進行各種情況的模擬驗證,以確保車輛上路後能夠因應各種突發狀況。 圖3 車輛研究測試中心(ARTC)研發處經理許文賢說明,模擬驗證是自駕車上路前不可缺少的步驟。 據悉,自駕層級提升所面臨的測試問題包括:符合不同標準的測試環境(NHTSA、ISO、Euro NCAP等)、如何確保產品基本性能、測試數據的代表性、更嚴謹的測試方法、如何產生更多樣/貼近實務的測試情境、測試數據是否足夠、如何加快測試時程、如何驗證感測資訊的準確度,以及系統的強健性(Faultinjection)等。 因應這些測試需求,車輛中心有著SAE Level 0~5駕駛模擬驗證方案,包括Model In The Loop(MiL)、Software...
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布局L4市場 汽車/半導體產業全力衝刺

自動駕駛風潮持續熱燒。在Level 2的ADAS技術逐漸成熟後,眾多國際車廠除了持續提供更高效能、更安全的ADAS功能,以逐步達到Level 3外,也紛紛同時投入Level 4自駕系統發展,藉此加快實現自駕車實際上路的願景。 現代開發全新智慧巡航控制技術 布局Level 3以上自駕車,現代汽車集團(Hyundai Motor Group)日前宣布研發首個基於機器學習的智慧定速巡航控制系統(SCC-ML),該技術會將駕駛人的行為模式納入其自動駕駛行為中,進而為駕駛人創造自定義的體驗。 現代汽車集團副總裁Woongjun Jang表示,新的SCC-ML技術改進了先前ADAS技術的智慧性,並大幅提高了半自主功能的實用性,現代汽車集團將繼續致力於創新AI技術的開發工作,以引領自動駕駛發展。 智慧巡航控制(SCC)為ADAS提供了基本的自動駕駛功能和核心技術,也就是當以駕駛員選擇的速度行駛時,可與前方車輛保持距離;而新研發的SCC-ML技術將AI和SCC結合到一個系統中,該系統可自行學習駕駛員的模式和習慣,透過機器學習,智慧巡航控制系統能以與駕駛人相同的模式自主駕駛。 另一方面,除了研發新一代智慧巡航控制系統外,現代也宣布與零件大廠Aptiv合作,投入16億美元資金創建合資企業,搶攻自駕車市場版圖。雙方共同聲明指出,此合資公司將推動SAE 4級(Level 4)和5級(Level 5)自動駕駛技術的設計、開發和商業化;該合資企業將於2020年開始測試完全無人駕駛系統(Level 5),並於2022年開始為機器人自動化廠商、車隊營運商和汽車製造商提供自動駕駛平台。同時,該合資公司將以韓國作為關鍵技術中心、汽車改裝基地和自動駕駛行動服務平台的試驗場域。 博世/戴姆勒共同開發無人自動停車技術 博世(Bosch)則是和戴姆勒(Daimler)共同開發自動停車技術,並已獲德國巴登-符騰堡邦官方核准,在斯圖加特的Mercedes-Benz博物館停車場提供無人駕駛自動泊車技術,而此一停車技術也是世界首個獲官方核准可日常使用的Level 4全自動停車功能(圖1)。 圖1 博世和戴姆勒共同開發的自動停車技術,已應用於斯圖加特的Mercedes-Benz博物館停車場。 據悉,透過此一技術,當駕駛開車到停車場、下車,接著只需點擊智慧型手機便可以將車輛自動送到停車位,無需駕駛即可自動停車。一旦駕駛離開停車場,車輛就會自動行駛至指定的位置停放;取車時,汽車也會以完全相同的方式返回下車點。過程中仰賴Bosch所提供的智慧停車場基礎建設,以及Mercedes-Benz自動駕駛科技的交互合作。 除了研發自動停車技術外,Bosch也與戴姆勒攜手於聖荷西進行自動駕駛叫車試驗服務。Bosch、戴姆勒和聖荷西市三方已簽訂備忘錄,未來將使用賓士S-Class自駕車,提供給聖荷西市中心和西聖荷西的聖卡洛斯(San Carlos)和史蒂文斯溪谷(Stevens Creek)之間的走廊地帶的特定社區來使用。 此前導試運行計畫將可提供如何使高度及全自動車輛整合到多模式平台的相關資訊,主要目的為提供無縫的數位體驗,使特定社區的使用者可透過線上叫車,召喚自駕車,並預約指定的接駁地點和目的地,行駛過程由安全駕駛員全程監控。 Bosch原廠汽車零件銷售部門總經理楊建新(圖2)表示,該公司在前幾年提出「三零願景」,也就是希望達到零事故、零排放、零擔憂。為此,自動駕駛發展可說勢在必行,而目前自動駕駛市場發展呈現兩個方向,一種是在一般房車上持續添加性能更強的ADAS功能,使汽車更自動化、更安全可靠,進而達到Level 3以上的等級;而另一種發展方向則是從公共運輸切入,在限定區域、路線上發展Level 4以上的自駕車,以營運服務為主。 圖2 Bosch原廠汽車零件銷售部門總經理楊建新表示,不論是ADAS或是Level 4的自駕車,都有龐大商機。 楊建新進一步指出,對於該公司而言,這兩種發展方向都具備龐大潛在商機,為此,博世採取雙頭並進的策略,一方面繼續強化ADAS功能,另一方面也投入Level 4自駕車的發展,並擴大應用場域,就像是與戴姆勒合作研發的自動停車技術,不僅可用在室內停車,同樣也可以用於汽車產線上,也就是當汽車生產完成後,不用再花費額外人力將車從產線開到其他地點,只需一個按鍵就可移動車子。 感測技術仍是自駕車發展重點 要實現自動駕駛,如何提升自駕車的感知能力是一大要件。為此,恩智浦半導體(NXP)積極推動高效能、低成本的雷達解決方案。像是新型RDK-S32R274雷達解決方案,是由NXP與Colorado Engineering合作構建,旨在幫助開發人員使用NXP技術,快速開發高性能汽車雷達的原型。 另外,NXP也與吉利汽車合作,共同探索下一代毫米波雷達感測器及多雷達系統的前瞻性合作定義,將其用於下一代ADAS與自動駕駛功能。NXP將為吉利汽車提供更高效且密集的支援,以滿足持續的技術演進需求,協助汽車企業實現創新變革,贏在未來。 NXP指出,毫米波雷達是實現自動駕駛不可或缺的關鍵因素,以此為合作起點,NXP將針對車用ADAS感測器、資料融合、安全控制、通訊及車載網路等應用領域,為吉利汽車提供更具針對性且領先國際的解決方案;並整合雙方技術與優勢,在此領域進行前瞻性設計及研發合作,引領產業技術變革。 NXP半導體汽車電子事業部系統架構師黃明達(圖3)表示,雷達是自動駕駛不可或缺的關鍵元件,而越高級別的自動駕駛車輛,越需要更精準、高效而且低成本/功耗的方案,而該公司也會繼續往這方向發展。 圖3 NXP半導體汽車電子事業部系統架構師黃明達表示,未來自駕車對於感測元件的性能要求會越來越高。 黃明達說明,舉例來說,未來的自動駕駛車輛可能會需要有「成像」能力的雷達,使其對周遭環境感知更精準。而要讓雷達具備成像能力,主要是提升雷達的角分辨率,目前單顆雷達晶片的通道多是3發4收,若將集結數顆雷達晶片,組成一個更大的收發陣,像是將四顆雷達晶片整合在一起,如此一來通道數就會明顯增加,變成12發16收(因為乘以4倍)。這麼一來,此一雷達方案的角分辨率就會有極大的提升,傳送回來的反射點也會從過往單顆雷達晶片2~3個,變成數十、數百個,也因此能夠更清楚的將物體輪廓描繪出來,而這也就是所謂的「成像能力」,使自駕車對於環境的感知更清晰、精準。因此,成像雷達也成為NXP下一代產品的主要發展方向。 除了NXP之外,Bosch同樣也積極布局感測市場。Bosch開發了一款使自駕車能精準定位的感測器:車輛動態和定位感測器。此款新型感測器包含一個高效能接收器,用於接收自駕車精確定位所需之全球導航衛星系統(GNSS)訊號。使用衛星定位的挑戰在於如何處理不準確的數據資料,由於GNSS衛星在距離地表25,000公里的軌道上,以每秒4,000公尺的速度繞行地球,在訊號傳至地面的過程中,必須穿過電離層和對流層中的雲層,這將導致分散訊號並產生誤差。 這就是為什麼Bosch採用各種數據業者所提供的校正數據,以及於2017年成立Sapcorda合資公司的原因。在已知精確位置之地面參考站網路的協助下,數據業者可進行GNSS定位資訊校正任務,校正資料則藉由雲端系統或地球同步衛星傳送至汽車。 楊建新指出,感測器是自動駕駛重要的關鍵零組件,因為汽車是需要處理最多訊息的交通工具。當然,除了感測器之外,車輛的資料處理能力和通訊能力也都要跟著強化,才能因應源源不絕的感測資訊,也因此,車輛運算和通訊功能是須伴隨著感測技術一同成長,這也是車廠、系統廠等重點發展方向。 除此之外,為昇科科技資深副總經理陳正夫則表示,自駕車的感測設計另一個重點在於要有備援機制,也就是在同一個區域內(例如車頭)至少要有兩種以上不同的感測器,除了可以互相補助,提升感知能力外,重要的是確保其中一種感測器有損毀時,另一種感測器還能持續運作(例如攝影機壞了還有雷達可感測),避免自駕車發生意外。換言之,備援機制是Level 3以上的車款十分重要的設計,這也促使感測器的需求大量增加。 搶搭自駕熱潮 台灣不落人後 自動駕駛熱潮席捲全球,台灣也積極搶搭此波浪潮,且已有了不少亮眼成果。例如財團法人車輛研究測試中心(ARTC)便串連產業打造的MIT自駕電動小型巴士「WinBus」(圖4),已達美國汽車工程師協會(SAE)的Level 4高度自動駕駛(High Automation)階段,在固定或封閉式場域內,車輛無須人為介入,可以完成所有駕駛和環境監測功能。 圖4 由ARTC串連台灣產業鏈所研發的自駕小巴WinBus。 財團法人車輛研究中心研究發展處經理陳建次表示,自駕小巴的設計包含定位、感知、決策+控制三大面向,當中所用的關鍵技術包含3D高精地圖、光達點雲圖建立、光達SLAM定位技術、AI影像辨識、多感測融合、動態軌跡規劃技術,以及駕駛模擬運算技術等。這些都是實現Level 4車子不可或缺的要素,而ARTC期望藉由打造自駕小巴,為台灣國內上下游系統與零組件供應鏈帶來新市場與經濟效益,同時實現智慧交通願景。 車輛中心董事長黃隆洲則透露,未來這自駕小型巴士將先支持政府沙盒運行政策,而2019年第4季將協助勤崴國際、中華電信行動數據分公司、宏碁智通為首的營運團隊提出申請,於車輛中心所在的彰濱工業區投入運行,串聯周邊觀光工廠之公共接駁運行服務;接下來也將到各場域應用,累積運行實績,以次系統及創新營運服務模式。 除此之外,為加速自駕產業發展,ARTC也與宏碁智通、聯華聚能科技及鑫威汽車工業等18家上中下游供應商正式攜手組成「自駕車產業聯盟」。由產官研共同合作,串聯科技軟硬實力,結合「營運服務」、「自駕整合」、「電能整合」與「車體製造」等完整自駕車產業鏈,打造台灣SAE...
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公共運輸接駁先行 台灣自駕車產業聯盟正式上路

自駕車成為各界目光焦點,吸引全球資通訊、汽車零組件與網路服務等各類型廠商加入布局,而台灣身處於產業鏈的一環,更不容缺席。為推動自駕車創新營運模式,帶動自駕技術產業鏈發展,車輛研究測試中心(ARTC)攜手宏碁智通、聯華聚能科技及鑫威汽車工業等18家上中下游供應商組成「自駕車產業聯盟」。初期以打造台灣SAE Level 4自駕電動小巴應用先行,以落實台灣自駕車運行上路為目標。 全球國際大廠皆大力推動自駕車發展,目前約有40個運行案正在推動當中,其中有47%案例與公共運輸接駁(Shuttle Bus)有關,由此可知該應用商機已蓄勢待發。看好此商機,行政院已於2018年5月著手推動自駕小巴旗艦隊,在產業與法人的共同催生下,終於將國內具國際競爭力之自駕車產業供應鏈予以有效整合,組成國內最完整的自駕車產業聯盟。 整體而言,該聯盟由營運服務商、車輛製造廠、電動化系統整合廠、自駕系統整合廠及供應鏈廠商,組成營運服務團隊,結合地方政府及營運場域,推動上路運行計畫(B2C)。 從技術角度來看,經濟部技術處處長羅達生認為,自駕車發展得以成功,需要滿足五大要素,包含科技成熟度、產業準備度、載具普及度、法規完整度、場域完整度等核心力,才得已有望於自駕車產業中奪得主流寶座。 目前可看到經濟部技術處積極從技術研發、法規調適推動無人載具產業,研擬「無人載具科技創新實驗條例」,目前已通過立法院審議,將進入後續三讀階段。透過結合產官研及地方政府資源,2019年將聚焦自駕車運行上路,發展地方政府之公共接駁創新運行模式,有利於未來發展台灣自駕車之生態系及自主之自駕車技術,不僅能解決交通運輸問題,未來更有機會將自駕車運行模式輸出。
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