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V2X技术全面普及在望 汽车数位化/智慧化势不可当

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来源: 新电子   发布者:新电子
热度38票   时间:2017年1月12日 04:57
历经十多年酝酿,V2X将正式成为美国法规强制要求加装的汽车标准配备,以提升车辆行驶时的安全性。这项法规要求预料将使汽车数位化的程度出现突破性进展,并翻转汽车产业的传统价值链结构,让许多技术供应商得以切入汽车产业,竞逐庞大的市场商机。

随着先进驾驶辅助系统(ADAS)与车载通讯技术越来越成熟,目前市面上已经有许多高阶车款搭载雷达、影像感测器等感测技术,并支援紧急呼救(eCall)等通讯功能。有鉴于针对汽车应用所设计的感测及通讯技术已经到位,美国政府认为,将专用短距离通讯(DSRC)列为汽车标准配备的时机已经成熟,遂于日前正式公告相关强制加装时程。
根据美国运输部(DoT)与美国国家公路交通管理局(NHTSA)最新发出的指令,美国轻型车辆强制加装DSRC功能的法规,将在2019年完成最终立法,并于2021年进入导入期。自2023年起,所有适用该法规的车辆,都必须全面加装DSRC。由于汽车产品的设计开发周期往往可长达三到五年之久,以2021年导入推算,相关技术供应商若要竞逐DSRC所带来的V2X商机,现在就要开始布局,否则将错失打入国际车厂及一线汽车零组件大厂供应链的机会。


图1 工研院资通所车载资通讯与控制系统组蒋村杰组长表示,随着美国运输部正式发布指令,DSRC需求爆发已经在望。
DSRC应用多元 台厂切入角度选择不少

工研院资通所车载资通讯与控制系统组蒋村杰组长(图1)表示,V2X是一系列车载通讯技术的总称,包含汽车对汽车(V2V)、汽车对路侧设备(V2R)、汽车对基础设施(V2I)、汽车对行人(V2P)、汽车对机车(V2M)及汽车对公车(V2T)等六大类,目前以V2V的发展最为成熟。

V2X是透过DSRC来实现车辆对外界的通讯,相关技术发展已经有很长一段历史。DSRC是IEEE 802.11技术的衍生标准,称为802.11p,而该标准实质上又是从802.11a演变而来。因此,许多老牌晶片供应商都有能力提供相关解决方案,如高通锐创讯(Qualcomm Atheros)、博通(Broadcom)、恩智浦(NXP)、意法半导体(ST)等,不是已经推出相关晶片解决方案,就是早已准备就绪,待市场需求出现就能立刻加入战局。

日前美国运输部正式发布指令,将在2019年完成立法、2021年开始导入、2023年起所有轻型车辆全面加装DSRC,可望为DSRC的全面普及补上临门一脚。按照汽车产业的产品开发时程来推算,2017∼2018年间将是车厂遴选相关供应商的关键时刻。工研院在相关领域与美国运输部已有多年密切合作,其所研发的产品原型也都有通过欧美交通主管机关的测试认证。若台厂想进军DSRC设备市场,工研院将可提供非常完整且经过验证的技转方案,加速台厂切入的速度。

蒋村杰透露,从2009年至今,工研院的DSRC车载设备(OBU)已经研发到第七代,除了外观尺寸越来越小,有助于压低生产成本外,功能也更加完整(图2)。以即将在2017年国际消费性电子展(CES)上亮相的第七代产品为例,除了V2V之外,还可以支援V2P通讯,能满足更多元的应用情境。


图2 工研院DSRC研发里程碑
除了硬体制造之外,DSRC应用软体也有很大的发展机会。事实上,业界可以把DSRC的OBU视为一个硬体平台,可透过应用软体来创造差异化跟新的应用情境。例如电子收费这个应用,在路侧设备(RSU)布建到位后,只要在OBU上增加对应的应用软体就能实现。事实上,针对个别应用推出专用OBU的作法是不切实际的,一台OBU具备多重功能,将是市场的大势所趋。


图3 瑞萨电子行销事业部汽车应用行销部经理何吉哲指出,汽车智慧化将改变汽车电子的发展轨迹。

智慧化/联网化翻转汽车电子设计思维
瑞萨电子(Renesas Electronics)行销事业部汽车应用行销部经理何吉哲(图3)表示,汽车联网化、智慧化的设计潮流,将使得汽车电子的设计架构出现重大翻转。

以往,汽车电子大多局限在动力总成(Powertrain)与车载资通讯娱乐系统(Infotainment System)范畴,但随着车辆联网化与智慧化,汽车电子系统变得越来越像个人,不仅能够感知外在环境变化,还能够针对环境变化做出思考及判断,最后再回馈到车身与动力的控制。因此,未来的汽车电子系统可以再细分成四大区块,分别是感测、判断、人机介面与控制(图4)。


图4 智慧汽车的电子系统可以进一步细分成感测、判断、人机介面与控制四大区块。
也因为汽车电子系统的结构大幅翻转,因此车内许多重要零组件都必须跟着做出对应的调整。举例来说,为了应对车载摄影机、雷达所撷取的大量资料,车内网路将从传统的CAN、FlexRay与各种类比传输进化成Ethernet AVB,以增加资料传输频宽、减少实体缆线的数量跟重量。又例如每台车都有的仪表板,预计到2020年前,也将有15∼20%由传统指针式转变成采用绘图介面技术的数位仪表板。

此外,随着汽车逐渐朝向自动驾驶演进,为了确保系统判断不会出差错,未来车载处理器采用多核心架构,藉由同步运算来互相验证其判断结果,将会成为汽车安全标准所要求的强制规格。

就半导体供应商的角度而言,这意味着未来的车用微控制器(MCU)必须具备更大的记忆体、更强的绘图处理性能以及更多运算核心,同时还必须提高元件的整合度,才能减少汽车客户的应用开发时间。

除了硬体外,软体也是不可或缺的一部分。这部分则要靠建立生态系统,广纳第三方应用开发者才能达成。目前瑞萨在台湾主要是透过与学校单位合作,共同推动360度环景、影像式ADAS等应用的发展。

满足数位仪表板需求 开发工具选择学问大

由于汽车智慧化,未来汽车中控台数位化/虚拟化将成必然趋势,因为现有的机械式指针仪表板跟采用实体按键的中控台,无法满足相关资讯显示跟人机互动的需求。不过,由于这些系统与行车安全密切相关,因此在产品设计时,必须纳入许多安全验证的考量,慎选正确的开发工具环境,将有助产品开发者迅速推出符合客户需求的产品。


图5 明导国际软体架构师刘家荣表示,虚拟仪表板和触控式中控台,势必将成为智慧汽车的标准配备。
明导国际(Mentor Graphic)软体架构师刘家荣(图5)指出,虚拟仪表板跟触控式的中控台,势必将成为未来智慧汽车中不可或缺的要素。这些系统必须与车内各项子系统串接起来,同时又要具备多样化的功能跟丰富的图形元素,对系统开发者来说,构成不小的挑战。

归纳起来,虚拟仪表板与中控系统的开发有以下三大主要挑战:

首先,虚拟仪表板跟中控台上面,会显示许多跟行车安全密切攸关的资讯,因此这类系统本身必须非常可靠。

其次,由于驾驶是透过这些仪表来掌握车辆状况,因此汽车一发动,这些资讯就必须能立刻展示在驾驶眼前,这意味着相关系统的开机速度一定要很快,不可能像个人电脑般,花个几十秒才能开机完成。

第三,车厂可能会常常透过空中下载(OTA)功能来更新汽车上的软体配置,以增加新功能或提升安全性,这意味着系统必须在有严密安全防护的前提下支援OTA功能。

针对第一点和第三点,ISO 26262(ASIL A/B)标准已经有相关规定,例如虚拟仪表板有某些功能必须符合ASIL A/B规范,GUI设计也要遵循一定框架来进行。但如果整个仪表板跟中控台的所有功能都要通过ISO 26262验证,其实是相当耗时而不具成本效益的,因此有一种折衷作法,亦即某些关键功能一定要通过ISO 26262,某些比较无关紧要的功能则不必满足ISO规范。

通常,开发者只要选择正确的框架跟开发工具,就可以满足相关要求。例如富士通(Fujitsu)的CGI Studio(图6),就是明导非常推荐的UI框架。该框架具备强大的2D/3D绘图功能,而且是专为汽车应用所设计,包含许多ASIL等级的模组。


图6 富士通专为汽车仪表应用设计的CGI Studio。
至于开机时间方面,关键则在于即时作业系统(RTOS)的选择。RTOS的档案越小,则开机速度越快。通常在虚拟仪表应用中,不推荐使用Linux等重量级的作业系统,因为这类作业系统虽然功能强大,支援性跟扩充性也好,但对汽车应用来说并非最适当的选择,开机速度太慢更是一大问题。




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