在中國,經過幾年的快速發展,消費者從最初對汽車的基本代步功能需求已經逐漸轉向對安全等更高層次的需求。越來越多的汽車制造商正在轉向電子、高科技方案以求解決安全問題,高需求也使得汽車安全系統越來越像智能化的方向發展。全球汽車制造商也渴望為汽車消費者提供越來越先進的ADAS應用,滿足各種不同類型車輛的需求,而不僅僅是ADAS已經相當普及的高端豪華車系。未來,ADAS應用將會覆蓋入門級、中端和高端三個汽車價格區間。為此,本刊特地采訪了幾家提供ADAS應用解決方案的半導體廠商,讓大家更加了解當前有哪些主流的ADAS應用解決方案。
賽靈思(Xilinx)的Zynq平臺解決方案
賽靈思是一家傳統的提供FPGA產品及其解決方案的廠商,日前它推出了業界首款在單芯片上集成了ARM雙核Cortex-A9 MPCore處理系統和密切整合FPGA的汽車級Zynq-7000 All Programmable片上系統(SoC)平臺。該平臺可幫助系統廠商加快在環繞視覺、3D環繞視覺、后視攝像頭、動態校準、行人檢測、后視車道偏離警告和盲區檢測等高級駕駛員輔助應用的開發時間。
“盡管消費者非常青睞ADAS應用,對它的需求強勁并處于持續增長態勢,不過ADAS的推廣速度并未達到應有的水平,這是因為開發和制造成本巨大。但主要原因還在于,目前大多數ADAS解決方案均采用多芯片,幾乎完全是從頭開始設計的,而且這種設計結果是一次性的,不能重復利用,只能支持單一一種ADAS應用。而Zynq-7000 All Programmable SoC 能為ADAS應用帶來高強度實時處理功能以及針對多種先進算法的并行處理功能,并提供與傳感器和車輛通信主干之間的多樣化接口?!辟愳`思公司亞太區新興業務拓展經理黃文杰在接受采訪時表示。
黃文杰在解釋說,為了提供ADAS的靈活性及便于產品更新換代,業界必須通過提高集成度、優化性能、創建通用ADAS優化平臺來實現適當尺寸的底層組件,確保支持不同的應用,而且能夠實現定制。因為高度集成的全面可編程單芯片平臺不僅能夠降低單位成本,提高規模經濟效益,縮短開發周期,而且能改變ADAS發展的格局,最終確保ADAS得到普及。
而Zynq平臺滿足這一切的要求。從技術層面分析, Zynq采用單一芯片即可完成ADAS解決方案的開發。Zynq-7000 All Programmable SoC,大幅提升了性能,便于各種捆綁式應用,能實現不同產品系列間的可擴展性。其次, Zynq-7000 All Programmable SoC實現了ADAS優化的平臺,可以讓汽車制造商和汽車電子產品供應商在平臺上添加自己的IP以及賽靈思汽車生態系統提供的現成的IP,從而能夠創建出獨有的差異化系統。
從市場層面上看,目前和未來的ADAS應用的共同之處是將多種攝像頭和超聲傳感器與專用實時處理系統相結合。而Zynq-7000在視頻/影像捕捉;視頻/影像處理;自定義算法/Accelerators;連接功能;編碼/解碼領域具有極大的靈活性。
“賽靈思雖然并未直接向汽車OEM廠商提供產品。但其合作伙伴已經在采用Zynq平臺致力于ADAS產品開發?!秉S文杰表示,“賽靈思聯盟計劃成員Green Hills Software,eSOL,Lauterbach GmbH等已經都采用了賽靈思Zynq-7000 All Programmable SoC進行產品開發。”
在中國, ADAS應用需求也在持續發展, 會逐漸從備選的功能升級到必須的裝備。黃文杰認為,賽靈思靈活的可編程SoC Zynq-7000將成為推動這方面應用的理想平臺。中國企業把握這項平臺技術之后,能夠更快地開發出低成本且高性能、高集成度的適合中國環境的ADAS方案, 促進這項應用的全面推廣和普及。
ADI視覺ADAS解決方案
與賽靈思采用FPGA作為核心開發器件不同,ADI的ADAS主要核心器件是DSP。ADI基于視覺的ADAS系統提供車道偏離警告、交通信號識別、智能前燈控制、物體檢測/分類、行人檢測等功能?;诶走_的系統具有類似的功能,此外還可提供前/后停車幫輔助、安全車距預警、車道變換輔助、盲點檢測、碰撞緩沖剎車系統、全速范圍自適應巡航控制等功能。
基于視覺的高級駕駛員輔助系統(ADAS) 的核心,是通過視覺或者雷達技術檢測車輛周圍的環境信息,經DSP處理,然后采取相應的預警或干預措施。有的只是警告駕駛員,有的則采取一些干預駕駛的措施如剎車等。通過安裝后視、前視、側視攝像頭和視覺處理ECU,可以實現多種功能來幫助駕駛員提前防范風險。
ADAS技術應用的不斷普及,不僅僅是由于汽車廠商之間競爭的原因,政府的規章制度也是一個重要因素。美國國家高速運輸安全管理局正在制定強制安裝后視攝像機的政策。與此同時,2014年歐洲新車安全評鑒協會(Euro NCAP)自動緊急剎車系統計劃等有關后視攝像頭的新法規要求也給汽車產業帶來了更大的壓力,要求設法在不增加單位車輛材料清單(BOM)成本的情況下實現計算和網絡強度很高的系統。對ADAS系統的OEM汽車廠商和以及汽車電子產品供應商的系統架構設計人員來說,這就需要降低成本,同時還要想辦法滿足系統要求,支持智能網絡和實時圖像-視覺功能。
ADI提供的首款專用ADAS視覺處理器具有比較高的性能功耗比和性價比,并且滿足NCAP的新行人保護要求。ADAS視覺應用這一細分市場一旦大規模部署,所需要的就不僅僅是處理能力。為此,ADI有針對性的兩款專用的ADAS視覺處理器(BF608/9),支持并行處理多達5種功能,圖像處理能力達百萬像素,幀速率為30FPS(幀/秒),功耗不到1.3W@105°C。由于目標設定為2014年及以后的市場部署,ADI集成了ISO26262兼容硬件支持能力。功能系統中,BF60x通常最多可將系統成本降低30%。
ADI汽車電子行業中國區市場經理許智斌認為,現階段ADAS技術面臨的挑戰主要來自視頻獲取和處理環節。由于攝像頭分辨率趨向于越來越高,數量越來越多,每個系統的功能數量不斷增多,所有這些趨勢對半導體廠商在模擬技術、高頻技術以及數字處理方面有很高的要求。與此同時,對信號處理功耗成本比的要求則更嚴苛。他說,“ADI和眾多汽車廠商以及汽車配件供應商在ADAS領域有著長期緊密的合作。我們基于視覺和基于雷達的ADAS方案都已經在眾多中高端車型上量產。同時,我們非常重視新技術和新市場的開拓,正在推動普及ADAS技術。特別是在中國地區,汽車市場蓬勃發展,眾多消費者對于行車安全的重要性越來越重視,也期盼新的技術可以提高汽車安全和舒適性。我們相信,ADI高性能,高性價比,低功耗的ADAS技術和產品可以很好的滿足中國和全世界市場需求?!?/p>
飛思卡爾ADAS解決方案
飛思卡爾主要專注于前視(車道偏離和跟蹤,盲點檢測),后視(智能泊車和測距),環視(泊車)的ADAS 應用 。飛思卡爾為未來的ADAS系統設計了很多微控制器產品。
如采用CogniVue 的 APEX IP 技術的SCP2200 系列,SCP2200 解決方案通過集成高密度內存將物料成本降至最低,并使攝像機微型化。該系列產品的并行圖像處理架構能夠同時處理圖像數據,這意味著,與競爭對手當前所提供的產品相比,它能夠以較低的時鐘頻率實現高性能圖像數據處理。 除了這種高性能外,它還具備飛思卡爾領先市場的功耗和成本效益優勢。加上所附的資源庫、以及硬件和軟件開發套件向汽車制造商提供了一套綜合工具,使其可以設計智能攝像機應用,幫助他們更迅速地將解決方案推向市場。
對未來ADAS及信息娛樂系統,因為信息量和高分辨率等要求,需要更高帶寬的總線來解決問題,以太網是最好的解決方案。MPC5604E MCU和i.MX6 系列多媒體處理器提供了很好的基于以太網的環視解決方案。MPC5604E可以把攝像頭的數據通過以太網傳給中央處理器i.MX6。i.MX6系列包括基于ARM Cortex-A9架構的單核、雙核和四核家族,并結合了強大的生態系統,是基于單個硬件設計而開發終端設備組合的理想平臺。它 具有非常強大的處理圖像的能力,能快速提控當前信息。飛思卡爾和OminiVision, 博通推出全球首個基于以太網的環視泊車系統。
飛思卡爾高級產品經理郗蘊俠表示,“飛思卡爾目前的成熟客戶包括BOSCH, CONTI, TRW, Valeo, Denso, Delphi 等?!蓖瑫r,她也指出,“ADAS技術面臨的挑戰包括提高芯片本身具有處理圖像,復雜應用的快速高容量計算處理能力;需要消耗較低功率以避免散熱問題;尺寸要小,使得和系統其他器件緊密結合,以便安裝??傮w需求就是要快速處理,高容量,低功耗,小尺寸。 ”
富士通360度全景系統方案
富士通的ADAS技術主要涉及透過攝像頭和傳感器的結合,實現圖像識別輔助和接近目標檢測,應用的領域主要有360度三維立體全景輔助、可視停車輔助、駕駛盲區監控、安全開車門以及車行駛方向周圍的障礙物和行人的識別。目前,富士通的合作伙伴采用Emerald核心芯片MB86R11可以提供turnkey 量產方案。
富士通的360度全景系統方案,采用3D的建模和獨特圖形合成算法,圍繞車身四周可構建多個虛擬三維立體視角,結合車身CAN總線做到自動視角動畫的縮放和切換。 作為駕駛員的視覺輔助,汽車上配備了4個攝像機影像的合成系統,但是以往的技術只能做二維圖像合成,因而只能進行特定視角的顯示。而360度全景系統方案能將來自4個攝像機的影像合成到三維模型上,從而可以從任意視角顯示全方位場景。以往的系統將攝像機影像投影到二維平面上,只能表現從上方觀看的俯視圖,有時難以分辨周圍的車輛和行人。而360度全景系統,則是將影像投影在立體曲面上,可以任意變換觀看角度,能完整表現出希望看到的場景,從而提高了可辨識性。
在接近目標圖像檢測的技術方面,富士通運用靈活的時間幀來采集2個不同的圖形,能夠檢測大約60米元的目標,傳統的圖形識別只能做到20米。富士通的ADAS應用包括可視輔助和識別輔助??梢曒o助給駕駛人員提供更為立體的廣泛視角范圍,減少視角盲區范圍;識別輔助對后方或者側面接近的目標進行檢測,提醒駕駛人員變道的潛在危險,也可以做到停車后提示是否適合安全開車門。
富士通的汽車電子產品經理丁潔早在接受采訪時表示,“富士通目前的客戶都還在設計導入的過程中。2014年市場上大家會驚喜的看到大型的車廠推出基于富士通MB86R11系統的多款新車型面市。”
談到ADAS技術目前面臨的技術挑戰時,丁潔早說,“ ADAS目前面臨的主要技術挑戰是如何做到多種最新技術的更好集成和圖像合成算法的創新,基于最新攝像頭視頻的技術、圖形處理器的技術、最新傳感器的技術和基于雷達的技術來提供一個更為安全、舒適,成本可接受的駕駛輔助系統?!绷硗?,他對中國ADAS市場的前景也非常樂觀,“ADAS技術在中國汽車市場,我們預計會先在可視停車輔助,360度三維立體全景輔助和駕駛盲區監控這三個應用方面得到最終消費者的歡迎。市場的爆發點可能在2015年前后,前裝市場先行,后裝市場也會有很大機會。”
總結
受訪的這四家ADAS應用方案提供商中,雖然核心器件各不相同,設計方案也各有側重,但對ADAS技術會從被動安全方式轉向到主動安全方式演進的趨勢都持一致態度,對降低成本都提出了自己的解決方案。
隨著中高端汽車市場的快速發展,以及政府和汽車消費者安全性意識的大幅提升,曾經服務于小眾高端市場的ADAS應用獲得了快速發展的動力,特別是隨著平臺和解決方案成本的下降,ADAS應用及傳感平臺的配備已經從高端汽車向中端,甚至入門級汽車車型中快速滲透。對于汽車 OEM廠商來說,在被動安全系統以及信息娛樂設備、ABS、ESP等已成為當前汽車電子標配設備之后, ADAS這類先進的主動安全系統還可作為產品差異化的增值亮點。
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