目前汽车行业有90%的创新来自半导体产业,汽车半导体产业的创新又主要来自于三个方面:一是怎么样无缝连接移动体验,即怎么样让汽车电子的使用体验像手机一样人性化;二是怎么样从ADAS转到自动驾驶,这也是和安全相关的主题;三是怎么样实现节能减排,即怎么样让汽车从粗放型发展转到集约型发展。

日前,在深圳国际物联网技术开发及应用峰会的智能汽车技术与应用论坛上,恩智浦半导体公司区域市场经理花盛发表了“恩智浦助力未来驾驶辅助与自动驾驶”的主题演讲,着重探讨了 “从ADAS转到自动驾驶”这个部分。

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据统计,每年有大约130万人因道路交通事故(车祸)死亡,这其中有94%是来自于驾驶员的失误,而由于车辆本身、天气原因或道路原因所产生的事故只有不到6%。在这94%的失误中间,又有41%是由于认知错误(比如由于天气原因把车看成了人),有33%是由于判断失误(比如本应刹车但却加速,本应右转但却左转),还有11%是由于操作失误(比如本应刹车却未及时刹车)所产生的。也就是说,绝大多数的失误是可以通过ADAS或驾驶辅助等功能来避免的。

花经理介绍,国际上通行的自动驾驶等级分为四级(下图)。第一级(LEVEL 1)是驾驶辅助,包括倒车辅助、报警提示等。在这一级,驾驶员需要参与的有四个部分——大脑、眼睛、手和脚;汽车参与的部分则是手和脚。也就是说,汽车可以帮我们做一些加速和前进方向的判断。第二级是部分驾驶,第三级是条件驾驶,第四级是全自动驾驶。可以看到,在这个趋势中,驾驶员所参与的部分逐渐减少,汽车参与的部分逐渐增加。到最高级的全自动驾驶,车辆会帮用户去做道路判断、操作方向盘、加油和刹车,而且会参与行驶环境和道路环境的检测。

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对于V2X(车对外界的信息交换,包括车对车、车对基础设施)来说,它在第一和第二级中不是一个必装件,而到第三和第四级则是一个必装件。到第三和第四级的自动驾驶过程中,车跟车之间必须要有交流。现在汽车基于雷达和摄像头的判断基本都是单向的——我可以看到对方,但对方并不一定能看到我。而V2X最终是一个双向通信。

他表示,汽车自动驾驶所采用的传感器主要有四种。超声波雷达现在是最主流的一种用于倒车、周边判断和停车辅助等的传感器。它在第一和第二级自动驾驶中最多可以达到12个,而在第三和第四级,它将会被毫米波雷达所替代。对于激光雷达(Lidar),目前Google和百度等自动驾驶也在使用这种方式。虽然Lidar的可靠性和精度非常高,但它的成本相对来说比较难控制,它商用的范围还非常有限。毫米波雷达现在是比较关注的部分,在第一和第二级,它的使用相对来说还比较少,但是到第三、第四级,全自动驾驶最高会采用20个毫米波雷达,汽车整个周边都将为毫米波雷达所包围。另外是摄像头,即基于视觉的驾驶辅助。

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“这些传感器(SENSE)对于自动驾驶的整个架构来说,可以模拟成人的耳朵和眼睛。拿到这些数据后,最终还需要我们的大脑来判断(THINK),也就是所谓的半人工智能,而不能代替所有的人工智能。大脑判断之后,还需要我们的手和脚来进行转向、踩油门和踩刹车(ACT)。在SENSE、THINK、ACT这三个方面,NXP都可以提供相应或是整套解决方案。”花经理表示。

自动驾驶当中最重要的是车跟车之间的互联。车跟车之间的互联最主要是用来实现安全,即怎么判断对方给我的信息是有效的。所谓的安全器件大概可以分成以下几个等级:器件的可靠性、安全等级(Functional Security)、功能安全(Functional Safety,由ISO26262规范所规范)以及道路安全。“这四个主要的架构结构决定了汽车的安全等级,NXP都有相应方案。此外,在这安全等级中间,NXP是全球最大的安全芯片提供商。”花经理介绍说。

“在安全方面,包括我们之前收购的飞思卡尔,我们有四个LEVEL的解决方案:安全接入(原NXP)、车联网安全网关(原飞思卡尔)、车载安全网络(原NXP)、安全处理(原飞思卡尔)。因此,在我们两家公司整合后,在这整个产业链上,我们可以为客户提供全套解决方案。”花经理说。

雷达、V2X、BlueBox:未来自动驾驶汽车中的三大利器

在这个演讲中,花经理介绍了三个亮点:雷达、V2X、BlueBox。对于毫米波雷达,目前市面上用得最多的是24GHz的毫米波雷达,但它正慢慢向77GHz演变。这是由规范所推动的。77GHz比24GHz有更多好处,包括精度、天线尺寸以及波长等。未来77GHz会逐渐替代24GHz的市场份额。

下图这张蚕茧式的可控雷达包围了整个车身,从最长距离的自适应巡航(ACC)雷达,到盲点监测、车道偏移、车道检测、主动刹车以及倒车辅助等。全部这些雷达都会慢慢由毫米波雷达替代,并会逐渐包含整个车身。

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可以预计,到2021年左右,汽车雷达的整个市场规模会到5000万个,其中第四级安全驾驶的汽车中最多会采用20个雷达传感器。“包括目前所用的一些倒车辅助以及手势控制,目前是通过超声波雷达或摄像头的方案来提供的,有一部分也会慢慢切换到毫米波雷达上去。”他指出。

下面来看三个阶段(LEVEL 1和LEVEL 2算一块)的毫米波雷达。花经理表示,今天我们所看到的只有前向雷达,比如自适应巡航,前向雷达目前还是一种分立解决方案,包括发射、接收、解码等全都是分立的。到第三级的时候,前向雷达,包括盲点检测、周边监测以及主动刹车等,将全部由单芯片收发器解决方案外加处理器的方式来解决。到第四级的360°可控雷达时会是一个收发器和处理器全集成的RFCMOS单芯片解决方案。这样做的好处非常明显:1,可以做到最小尺寸;2,可以做到功耗可控。因此,它可以以最小的体积放在车上的任何部分,而不会受到安装限制。

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2016081900024 图:NXP前不久在FTF美国高峰论坛上展示的全球最小的雷达单模块。

然后是V2X,包括V2V和V2I。下图中的第一个场景是禁止通过,比如在高速路口,前方有大车遮挡,如果对面有来车,这时雷达和基于视觉的摄像头都没法做检测。如果车跟车能够做有效通信,比如在距500m或1km时通信,那就可以做有效判断。第二个场景是十字路口的预警。在一些偏远地区,小的路口可能没有红绿灯,如果前后左右有来车时,就很容易发生碰撞。这时,只有车跟车能够通信才能避免碰撞发生。

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第三和第四个场景是车跟基础设施通信。高速路上如果设有路障(比如汽车抛锚时挂的警示牌),目前这是通过驾驶员的视距判断,未来可以在路障前挂一个发射器,告诉来往车辆前方几公里有路障,就可以提前做出避让。车跟周边物体和基础设施的通信还可以是跟广告牌、红绿灯等。第四个是紧急车辆接近,这个场景可以以广播的形式告知所有车辆进行提前避让。这些所有的应用场景在美国和欧洲已经在大批量进行讨论了。

目前,V2X的主流解决方案还是用802.11p车载WiFi通信。主要架构是用i.MX处理器来做应用级别的通信,安全以及802.11p的模块负责车载WiFi的MAC层和物理层的通信。“这个架构完全是由NXP做的解决方案。全球第一款V2X量产车是通用凯迪拉克的一款车,这款车就使用了我们邮票大小的这么一个V2X模块。这款车在2016年底到2017年就可以在美国市场上看到。”花经理透露。

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最后一个是BlueBox。“BlueBox做的事是扮演大脑的控制和判断,对多种信息进行融合处理。它提供了一个开源的开放平台,目前已经提供给一些主流OEM厂商使用。”花经理介绍。它是一个可以做工业标准化的平台,在这个平台中集成了两个主要处理器:一个是NXP S32V汽车视觉处理器,一个是LS2088A内嵌式计算机处理器。S32V属于安全控制器范畴,能够分析驾驶环境,评估风险因素,然后指示汽车的行为,而LS2088则是为其保驾护航的高性能计算平台。“它集成了Lidar、毫米波雷达、视觉、V2X等所有输入部分,可以实现ADAS的融合方案。”他补充。

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