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风向球4:着眼于系统观,揪众出击 汽车生态系丕变,TI为资通信业者搭桥铺路

时间:2018-05-14 08:56来源:COMPOTECHcHINA 作者:任苙萍 点击:
风向球4:着眼于系统观,揪众出击 
汽车生态系丕变,TI为资通信业者搭桥铺路
 
投入车用电子已逾三十年的半导体大厂,还有德州仪器 (TI)。TI 台湾业务总经理许至全表示,有别于消费电子,车厂会追溯供货商过去的历史记录,包括产品稳定度及后续整个生命周期的支持;早在 35 年前就与包括电子动力转向系统 (EPS) 在内的被动安全系统厂合作的 TI 在业界已树立一定的口碑,从核心的嵌入式处理器到周边模拟组件皆有产品提供 (内存除外);迄今有多达 6,000 个装置用于汽车产业,在 2017 年所推出的车用产品足足是 2015 年的四倍之多,营收贡献也由 2012 年的 12%、增长到去年的 19%。


照片人物:TI 台湾业务总经理许至全
 
有鉴于开发者在组件的选用和配置须耗费相当多的心力——以毫米波为例,处理器固然重要,但电路板、模拟组件和天线的设计更是大工程;因此,TI 另备有 150 个参考设计的"系统级方案",可协助用户减少产品开发时间及验证的麻烦。当然,这对 TI 也是好处多多——就像有些销售食材的供货商,会筹拍美食教学节目以增加下单率;参考设计的实施,既为用户提供直观的教战手册,也为自身微控制器 (MCU) 产品创造更多样貌,可用于超过 175 个车用系统 (更多车用参考设计可参照 http://compotechasia.com/microsite/TI/index.php?id=2&tid=179 )。
 
节能、乐趣、安全,力守黄金三角地带
许至全宣示,为提升质量,TI 不惜投入庞大研发资源,范围扩及组装、测试和晶圆,现阶段致力于三大策略面向:1.发展更节能的系统,混合动力车/电动车 (HEV / EV) 是重点开发项目;2.提升驾驶乐趣,以具有屏幕的信息娱乐系统 (Infotainment) 影音设备为主体;3.着重安全性,全力冲刺自动驾驶和毫米波 (mmWave) 技术。车用处理器总经理 Curt Moore 进一步介绍,TI 聚焦高级驾驶辅助系统 (ADAS)、车身电子和车灯、车载信息娱乐系统 (Infotainment) 与混合动力等四大汽车领域加速系统创新。
 

照片人物:TI车用处理器总经理 Curt Moore
 
●高级驾驶辅助系统 (ADAS)
车辆检测与驾驶环境趋于复杂,需要能实时分配、处理大量感测数据的系统并确保可靠性,摄影机和雷达已成标配。TI ADAS 解决方案涵盖前置摄影机、后视、环景系统、智能后视镜和驾驶监测,以及盲点警告、防撞——设计套件可满足法规和功能性的安全要求,参考设计与嵌入式处理、模拟技术相互搭配,可实现"跨多个平台"并满足各种系统需求的 ADAS。例如,用于短距雷达 (SRR) 的参考设计 AWR1642 评估模块 (EVM),可在时速 90 公里的高速下,判断并追踪长达 80 公尺视野内的物体位置及速度。
 
●车身电子和车灯
车身亦导入交互式人机接口 (HMI)、手势/语音识别、自动调光镜和天窗的光学感测,以及背光 LED 按钮和旋钮等智能控制技术。开发者关注的是:如何尽量不影响其他成员、就能快速改进系统,以满足不断变化的新要求并缩短设计周期?TI 主张,"组件模块"形式能让开发者在现有系统上进行改良或设计,轻松扩展功能、提高系统灵活性,或在原尺寸上持续优化舒适性、便利性和应用,不必担心系统板面积有限的问题,可满足更广泛的车辆功能和车型需求;既能减少车身电子系统空间、功能和重量,亦无须为了升级改造而劳师动众。
 

图1:TI 用于车身控制模块的多开关侦测接口 (MSDI)
资料来源:TI提供
 
多开关侦测接口 (MSDI) 集结许多高压、电池连接的开关输入,并通过数字接口将开关状态传送给 MCU。TI 参考设计具有两个全新的 MSDI 设备,可省去 MCU 针脚过多的配置困扰;而在简化 98% 的系统功能之余,依然保持运作、检测信号活动,在本机监控多达 54 个信号。与此同时,汽车照明从静态白炽灯和氙气灯 (HID) 转向动态 LED 照明,开发者必须重新评估传统汽车头、尾灯的功能和设计。TI 可为单个 LED 灯或多个 LED 灯串设计头灯和警示尾灯子系统,兼顾可靠性、防止过热并延长 LED 使用寿命。
 
TI 在今年初美国 CES 展出的高分辨率、高亮度 DLP 技术,每个车头灯含有超过百万可寻址的画素,高于目前主动调整头灯系统 (Adaptive Driving Beam, ADB) 的一万倍!以增强驾驶的通信和能见度,更重要的是,它允许开发者按需编程、客制光束模式,以淡化部分或整体车头灯画素,更精确控制光束分布;在提高头灯亮度之际,能避免对迎面来车发射过度刺眼强光并减少交通号志反光。此外,可扩展的"数字驾驶舱解决方案"能协助用户为驾驶舱及车载信息娱乐系统建置通用平台,并藉此获取丰富的软件生态系统。
 
●车载信息娱乐系统
"汽车手机化"趋势明显,Infotainment 整合娱乐、多媒体和信息功能,在车辆中实现交互式和连网体验。欲在车上传输大量数据,并在更广的范围内安全传输数据,不仅需要能驱动整合功能的高效处理器,还需能实现长距离安全性的高级功能连接。再者,不让驾驶分心的互动设计,软、硬件兼容性与加速上市时间,皆是开发的必要考虑。TI 只要一颗处理器就可管理四个屏幕,且运算放大器 (OP Amplifier) 能提供高质量的音效。
 

图2:TI 汽车调谐器终端设备之参考设计
资料来源:TI提供
 
●混合动力
"汽车电气化"已是不可逆的风向,马达控制、电源管理和感测技术的革新,将使汽车到电网的电气系统更精确、高效。传统动力传动系统既要减少重量、提高效率,还要用更少的线缆和机械组件来管理并协助诊断系统故障。在工业和汽车设计方面的系统专业知识,为 HEV / EV 提供可扩展的解决方案,并创造更智慧的车载充电器和电动汽车充电站。随着车载功能越多、电力需求也须相对应增加;TI 的参考设计可用于轻型 HEV 之 12V / 48V 四相双向直流—直流转换器 (DC-DC Converter) 模块,提供更高效的功率转换并兼具灵活性,方便更换组件。
 

图3:用于 12 V /48 V 汽车系统的双向 DC-DC 转换器之参考设计
资料来源:TI提供
 
科技创新要务在于"异质+虚实整合"
前面文章提过,电动车与自驾车的兴起,打破了原有汽车生态的平衡与秩序,也为资通信 (ICT) 厂商另辟一片新天地。然而,拓展陌生领域总是辛苦的,于是,筹组产业联盟以壮声势,不失为一条快捷方式——入伙成员可相互为用、合力出击,共同把饼做大;身为"带头大哥"的盟主,亦可获得登高一呼、号令天下的拥戴。由 TI 领军的"次世代驾驶信息平台研发联盟"已四岁了!甫履新联盟会长的佐臻公司董事长暨总经理梁文隆表示,身为元老会员的中华汽车,为联盟提供良好的应用场域;今年台湾科技大学的加入,更补足产学连结能量。
 
梁文隆指出,自从五年前电动车大力发展以来,已在汽车界引发革命,就连传统龙头车厂也开始投入。未来科技创新要务在于"异质+虚实整合",在电子商务推波助澜下,更有利于资源共享,让过去各自独立的碎片化信息串接;具备连网功能的车辆,也不再是封闭的交通载具,而是人、车和环境的友善链接媒介,更易于取得实时信息。他透露,联盟正积极力邀 5G 相关单位及政府公部门参与。虽然陆续有自驾车意外传出,但梁文隆认定科技的演进不会因个别事件而停止,更预言与人工智能 (AI) 的结合将于 3~5 年内看到变化。
 

图4:TI通过"系统级方案"引领汽车创新
资料来源:TI提供
 
不过,TI 营销与应用嵌入式系统总监詹勋琪强调,"安全"始终是车用产品的根本,包括功能安全 (Safety) 与信息安全 (Security) 两方面。TI 硬件已针对功能性预先定义 ASIL 安全等级,另考虑到须为"实时性"保留冗余备援机制 (redundant),TI 的大型处理器内核已从 ARM Cortex-M 走到 Cortex-R;在资安防护方面,TI 有进阶型 (high security) 和通用型两种,工作原理是将密钥多层加密。最常见的方式是双方各持一组密钥进行配对,亦可通过电脑产生一组大家都不知道的新密钥、并将它刻录到 IC 中,以提高保密性。
 
除非双方同时交出手中密钥、重新拆解,否则将"不得其门而入",AWR1642 就有上述两个版本;至于代码被复制 (Clone) 的隐忧,则须以不断投资因应。近来业界有人提出"模块化产品有助于降低成本"的论调,詹勋琪解释,就影音娱乐系统而言,即便有高/中/低端的区别、但其实只是底板不同,核心芯片是一样的,做成模块的确可藉由提升产量来降低成本、增加与一级 (Tier 1) 车厂谈判的优势;但他认为,与其谈成本,不如转念于它的"零缺陷"。安全凌驾于一切!如果模块产品的良率能达到 0 ppm,整个系统出错的机率将大幅降低。
 

图5:AWR1642 是独立的 FMCW 雷达传感器器件,可支持 76~81 GHz 频段
资料来源:TI提供
 
"功能模块化"不单为了省成本,更看重安全
梁文隆补充,汽车产业相对封闭,每家车厂可能又有自己的独家规格,不像 3C 产品拥有一致的标准,所以针对标准做模块化不见得那么重要,倒是对于"功能"层次的模块化有迫切需求。日前,联盟在台北国际汽车零配件展 (AMPA) 也端出近期研发成果,几个亮点值得一提:
1. 短距毫米波雷达已能做到十分微型化,可放在车门旁边侦测碰撞,或是水泥墙、三角锥等障碍物;
2. 中、长距测速/测距雷达不受雾霾天气影响,可弥补摄影机会被遮蔽的空缺,且每秒高达二、三十次的更新可供后端 AI 算法做决策,以决定是否要煞车、减速等;
3. 帷享科技基于四个摄影机的 ADAS+明泰科技雷达,可做 3D 高分辨率的 360∘环景的盲区侦测,遇有障碍物时会将画面切换过去,可改善远红外线摄影机成本较高、且只能看到热影像而非具体形象的缺点,是"传感器融合"(Sensors Fusion) 的用例之一;
4. 明泰科技所开发的 2T4R 77GHz 长距雷达可多点侦测三个车道的行车路径,正率先向前装 (OEM) 市场送样中,另用于后方盲区侦测的 24GHz 雷达已出货;
5. 佐臻公司通过雷达的固定场形、辅以四个阵列麦克风"听声辨位",若有异常可令马达驱动雷达转向侦测;
6. 雷达亦可应用于车队管理的"非接触式的呼吸心跳侦测",以预防公共交通意外——安装在驾驶座椅的靠背上,与驾驶人员相距 50~100 公分即可利用反射原理侦测生理状况是否有异,并经由算法确认是活体或静物,然后通知后台予以警示。
 
联盟的新成员爱唯秀 (ulsee),即是擅长 AI 视觉算法的能手,已与中国大陆的大巴业者洽谈合作;借助侦测打呵欠等极细微的呼吸变化,可大幅增加驾驶安全性,因为,"等到真的打瞌睡就太迟了"!展场人员说明,传感器融合的正确率约在 98% (下雨天或夜间会稍差)、误判率约在 0.5% 以下,但有时基于安全起见,会宁可将误判率设高一点。TI 本身亦对 AI 有所布局,可在平台上执行深度学习 (Deep Learning);由于是做嵌入式系统起家,可将系统功耗优化,以数字信号处理器 (DSP) 作为加速器,只需不到 2.5W 的功耗便足以供 Level 3 使用,而类似表现的绘图芯片功耗约在 200W 以上,相差 80 倍之多!

 

(责任编辑:jane)
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