在車輛中整合感測器要考慮的6件事
作者 : Anne-Françoise Pelé，EE Times歐洲特派記者
在實現先進駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛車(AV)的感測技術時，可能永遠不會存在一種最有效的方法，因為每一家汽車製造商都會依據六項基本因素，決定如何以其獨特方法將感測器整合至未來的車輛中…
在實現先進駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛車(AV)的感測技術時，可能永遠不會存在一種最有效的方法，因為每一家汽車製造商都會依據六項基本因素，決定如何以其獨特方法將感測器整合至未來的車輛中。在光達線上會議閉幕前的一場專題討論，業界專家們就如何正確搭配使用各種感測器，以及如何確保設計不至於損害安全性進行了討論。
參與專題討論的業界專家包括汽車嵌入式產品供應商Valeo的視覺系統和ADAS資深專家Patrick Denny、富豪汽車(Volvo Car Corp.)技術主管Paul-Henri Matha、Sense Media Group執行董事Robert Stead，以及設計公司Astheimer Ltd設計總監Carsten Astheimer。筆者還與法國市場研究公司Yole Développement的技術和市場分析師Pierrick Boulay取得聯繫，瞭解Yole對汽車系統中各類感測器的應用有何見解。
圖1 汽車製造商依據六項基本因素將感測器整合於汽車中。
多少感測器才合適？
現在的車輛中採用了越來越多的感測器以有效解決安全問題。如今的車輛中有多少個感測器？到底需要多少個感測器才能進一步提高車輛自動駕駛的等級？Yole的Boulay告訴筆者，「如果將ADAS的感測器也考慮在內，如超音波、雷達、感測攝影機、視角攝影機和光達(LiDAR)，估計一輛車有10~20個感測器，具體取決於車型。」當然，相較於低階或中階車款，在高階車款中嵌入的感測器更多。
感測器是為車輛實現高度自動化的關鍵，自動化的程度越高，所需要的感測器數量和類型都將隨之增加。「要實現高層級的自動化，預計要使用35~40個感測器。」Boulay說，「針對短距離、中距離和長距離等不同應用，感測器的選擇也有所不同。一個感測器不可能適合所有應用，每一種應用或場景都有不同的感測器規格與要求。」
不斷增加的感測器數量只是人們所看到的一小部份。感測器將產生巨量的資料，而系統受到了處理能力的嚴重限制。「未來，擁有足夠運算能力來處理從這些感測器所產生的龐大資料，將是一項十分重要的性能。」Boulay說，「採用Intel-Mobileye晶片的典型ADAS系統運算能力已實現了飛躍性進展，從0.25TOPS (高階筆記型電腦性能的10倍)到2.5TOPS (新型EyeQ4晶片)，而自動駕駛車的運算能力已經超過了250TOPS。」最終，車輛的電氣/電子(E/E)架構需要從分散式架構轉變為採用網域控制站的集中式架構，以便能夠管理感測器原始資料的融合。」
那麼，感測器是不是越多越好呢？Boulay說：「有些人可能認為是這樣，但是出於成本或整合方面的考慮，汽車中感測器的數量並不會無止境地增加。」他預計用於車輛自動化的感測器數量最終將在某個時候穩定下來。「具體取決於軟體水準和公司有效處理大量資料的能力。如特斯拉(Tesla)等一些OEM至今尚未使用LiDAR，而是依賴感測器與人工智慧(AI)運算來實現高層級的車輛自動化。」
客觀地說，「有些OEM使用了更少的感測器，但是卻做得更好，差別就在軟體水準和運算能力上。」他補充。
最佳化感測器組合
車輛可能一會兒行駛於晴天，一會兒卻在雨中行駛。感測器需要持續監測不斷變化的外部環境。提高可用性的一個有效方法是部署冗餘的感測器，以因應可能發生的故障。Valeo的Denny在專題討論時說：「察看環境不能局限於某一種方法，當完全處於黑暗中或惡劣的天氣環境時，需要透過多種方式並使用各種功能來協同工作。」
在人類視力看不清的情況下，可以依靠感測器提供協助，由於感測器種類多，因而能讓車輛在所有氣候和光線條件下可靠地行駛。Boulay說：「攝影機在白天正常運作，但在夜間或雨霧情況下可能會變『盲』，而其他感測器則不受影響，所以即使車輛處於降級服務模式，仍然能夠行駛。」
感測器應置放在哪裡？
就像人類感官一樣，放置感測器的位置必須根據需要制定策略，才能持續反饋車輛周邊的情況。但具體放置在哪裡卻存在技術限制。例如，Denny指出，前照燈中的水汽凝結會妨礙LiDAR運作；在下雪或寒冷天氣時，霜凍可能導致感測器故障；紅外線感測器無法穿透玻璃，因此不能放在擋風玻璃後面；同樣地，在超音波感測器上塗漆可能改變其聲學特性。
Volvo的Matha說，感測器的功耗也是設計人員面臨的巨大挑戰。「每個感測器都要消耗1~10W的功率，實現ADAS功能的所有感測器消耗功率可能高達100W或200W，碳排放達到4g。因此我們必須降低功耗，例如，感測器也許不必一直保持工作狀態。」
熱管理是另一個要考慮的因素。Matha說，擋風玻璃後的溫度可能達到90°C，或許沒有哪一種感測器適合放在那裡。「但如果將感測器放在其他區域，如前照燈中，就需要冷卻系統，因此更複雜且成本高昂。」
專家指出，模擬和駕駛測試有助於確定感測器的最佳位置。Boulay說，「感測器的位置是由OEM的目標應用而決定的。就我們目前所看到的，車輛上建置LiDAR用於高速公路上自動駕駛，則LiDAR應位於中央位置，基本上與ADAS攝影機和長距離雷達對齊。對於其他應用，例如停車或在市區內行駛，這些LiDAR的位置則不相同，可能位於車輛的側邊或角落。」
別讓感測器降低車輛顏值
Matha說，Volvo的車子中目前整合了20種感測器，其中許多完全藏在裡面，從外面看不到。例如，Volvo XC90的前方停車攝影機位於散熱器的護柵中，車側的攝影機位於每個車門的後視鏡中，而後方攝影機則位於車牌上方。Matha說：「我們可以將感測器整合在車體內，並讓它們看起來很美觀。」
圖2 Volvo XC90的前置攝影機。(來源：Volvo)
但我們一定要把感測器隱藏起來嗎？能不能讓它們成為一個吸引人的亮點？
…繼續閱讀請連結EE Times Taiwan網站
加入LINE@，最新消息一手掌握！
