近期在各方討論之下，大眾開始注意到自動駕駛車輛的發展情況，尤其是Google的測試車幾乎不需人類協助，即可行駛數千英里。
這些案例的確令人印象深刻，也將顛覆車輛運行的既定觀念與駕駛體驗。車廠近期的發展雖然不如這些願景讓人驚豔，卻也對駕駛行為有著深遠的影響。「先進駕駛輔助系統(ADAS)」致力提升車輛安全，同時也正一步步地改善道路安全。此外，此系統將對車輛感測、智慧及控制帶來革新，並朝著自動駕駛車輛邁進。
ADAS的各項技術雖然主動程度各有不同，彼此的發展進程卻互有交集，舉例而言，後視鏡頭、環景顯示器、盲點與車道偏離警示等功能可提供資訊，但仍由駕駛主控車輛；而車道行駛輔助與主動巡航控制係屬於部分自動系統，在明確定義的情況下，車輛可短暫自行操縱，但駕駛必須隨時準備好取代自動控制。自動停車與駕駛狀態偵測屬於高度自動系統，在特定情境下由車輛完全操控，這些高階輔助將技術應用於更基礎的層面，進一步驅向完全自動駕駛車輛，無論有沒有人坐在駕駛座，汽車均可自行操作。
從目前看來，自動駕駛車輛量產可能得再過十年才會成真，不過從現今實驗可見，基礎技術已然成形。可是先進電子系統在測試車內占據太多空間，造價也遠高於車子本身。自動駕駛車輛若要量產，其相關技術必須先商業化以降低體積、重量與價格，並且需要幾年時間才能逐步達成；此外，克服法律及社會障礙同樣需要時間，路上車輛若想全面轉換為自動駕駛，恐怕仍曠日費時，尚需要好幾代汽車漸進實現。
ADAS可以優化自動控制的各個層面，從獨立子系統開始，逐漸提升系統整合，最終期望車輛能自動駕駛。眾家車廠為了提升各項協助功能，向半導體供應商求助，尋找創新技術及解決方案。由於ADAS技術日新月異，車廠所需的解決方案中，必須具備額外效能因應系統成長，也得在更動少數設計的情況下，納入最新功能；在元件生產方面，ADAS及其他車載系統也面臨特殊挑戰，例如如何在極端溫度下運作、符合更高品質/穩定/安全標準，並達到嚴格的成本目標。在車載電子產品領域具有經驗豐富的半導體商，將能協助ADAS開發商，提供最佳的完整解決方案，簡化設計與減少元件數量。
ADAS落實現況與挑戰
如前所述，有些ADAS功能已經實現，有些尚在研發。資訊與警示系統已存在多年，如今是新車常見的基本輔助功能，近期車款均配備輔助設計；超音波與攝影鏡頭則可延伸駕駛視野，若車輛後方突然出現其他物體，汽車會自動煞車，倒車時由鏡頭與超音波協助偵測後方情況。車輛的前向鏡頭與雷達可確保車輛行駛不偏移，並在速度不斷變換的車陣中穿梭，目前也是許多駕駛仰賴的功能。有些車輛運用ADAS環境或全景功能，搭配資訊娛樂系統，提供車主不同以往的資訊娛樂體驗，初期系統亦具備判讀能力，例如辨識街道標誌，或偵測車體週邊物件，未來選項勢必將更加五花八門。
許多功能原本僅限於高價車款，目前也逐步普及至中低價位車種。由於行車安全事涉保險公司、執法與立法單位，價格與法規也有利於功能推廣，有時甚至得透過立法程序，才能釐清責任或變更現有規範。鏡頭與車內顯示器已可取代車外後照鏡，不僅能排除傳統盲點與提升安全性，亦可簡化車體設計，增進油耗效能及降低碳排放量，不過因為現有安全標準規定要設置後照鏡，必須透過修法，才能允許新版設計上市。有些國家已通過第一波法規鬆綁措施，讓攝影鏡頭取代兩側後照鏡，歐洲SCAP系統依據盲點監測功能評定車款星級，美國NHTSA也要求自2018年起，所有新車都必須配備後照鏡頭。
當車輛開始彼此溝通，或與沿路各項設施溝通，資訊安全將成為一大考量。通訊功能對自動駕駛車輛固然重要，同時也得避免惡意入侵。這些問題在技術上不難克服，但法律與社會調適同樣需要時間，無法一日千里，必須建立車廠得遵守的安全標準。車廠仰賴半導體或設備供應商生產零件，讓產品能輕鬆迅速地通過認證上市。
表1說明現有與開發中的ADAS重要創新，然而其應用領域隨著新構想誕生將不斷演進。每一大類之下還有各分項，例如資訊系統或許被動，只負責向駕駛發送警訊，卻仍是各種自動功能的基礎；基本主動運作功能也被納入先進控制與完全自動運作(這些類別大致符合美國高速公路安全管理局的車輛自動化五級制，依據涉及車輛功能多寡區分自動化層級)。
ADAS演進的技術需求
ADAS技術演進事涉多項創新，其中重要趨勢有二：一為感測器、鏡頭、電子設備等個別元件體積日漸縮小，二為專用功能整合在更完備的系統中。這兩項趨勢其實互補，因為若要降低大型系統的成本，勢必需要尺寸更小、價格更平實的元件，例如前向鏡頭既可發揮車道行駛輔助功能，提供前方物體偵測資訊、辨別交通號誌，或啟動煞車避免擦撞。若要執行較複雜的ADAS功能，不僅需要鏡頭、超音波、LIDAR、雷達等資訊來源，也必須結合其他感測元件的資料，才能克服個別感測解決方案的缺陷，並保留部分重覆功能(圖1)。
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| 圖1 感測融合技術 |
隨著感測器數量增加、鏡頭解析度提升，對於高頻寬通訊及高效能處理的需求也將提高。目前ADAS使用多種網絡標準與拓撲，但無論最終標準為何，都希望能減少線路數量，藉以降低重量與安裝時間，並達到低延遲以確保重要資料能迅速傳輸。網絡優化之後，影像及其他資料、控制訊號及電源將能取道同一線路，大幅縮小重量及連接器尺寸，減少模型占用的空間與線束的重量。
影像處理是ADAS另一項進步之處，由於鏡頭會產生龐大的像素資料，造成系統工作相當繁重。首先，系統需過濾及調整連續影像、辨別需注意的區塊，接著辨識如停止號誌、行人及其他車輛的各種物件，再判斷該採取什麼反應。此過程中的每項任務皆很重視時間點，因此需盡可能減少資料流，並讓演算式更加精密。故系統需要異質處理，從原始資料輸入的影像專用訊號處理硬體、物體掃描與辨識的可編程訊號處理，到影響車輛運作的高效能決策微處理器。影像運算需要多個異質處理元件合作，再搭配快速通訊介面，將鏡頭資料送至處理器。
除了彈性通訊及異質處理，ADAS系統也仰賴整合彈性電源管理。因應車載電壓變化幅度大於多數電子系統，運作環境的溫度範圍、振動及污染也可能造成巨大壓力，故電源管理解決方案格外重要。其不僅為裝置運作提供穩定電源，亦將發揮重要保護功能避免系統受損。雖然用戶平常不會察覺電源管理是否完善，但系統開發商都很清楚電源管理對ADAS技術演進的重要性。
針對ADAS需求的解決方案
對於各項技術需求，ADAS系統開發商可信賴半導體廠提供的妥善解決方案，ADAS技術開發商需要創新解決方案，以符合平價、調整彈性、穩定因應極端運作條件、滿足未來效能成長等標準，也需要先進的整合與封裝能力、類比及數位功能、深度設計支援、區域供應穩定等。面對車載供應商的明確需求及標準，半導體廠可提供完整的產品，作為車廠在ADAS創新及研發的後盾。
在各項專用產品中，最複雜者莫過於高效能應用處理器，包括ADAS鏡頭感測器及融合，以及多種雷達功能均以此為核心，TDAxx系統單晶片解決方案整合多項功能，有效執行異質任務，其特別針對先進視覺處理與控制而設計，並能在效能、功耗及成本效益之間達成平衡(圖2)。
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| 圖2 隨著複雜度增加，專業視覺處理可提高表現與功率效能。 |
TDA2x可建構高階ADAS影像系統，而TDA3x則服務初階及空間受限的系統。這些產品內建通用的雙Cortex-A15 RISC處理器、雙C66x DSPs、可編程Vision AccelerationPac，其中專用硬體「嵌入式視覺引擎」讓每單位功率的RISC運算效能最多增至八倍，讓DSP與RISC核心可處理ADAS任務的中高階演算式。半導體廠創新的技術包括「視覺軟體開發套組」，可迅速製作演算式原型，並迅速建立各種資料流，像是影像拍攝、影像再處理、影像分析演算式、影像顯示等。
在TDAxx解決方案中，內建各式週邊工具，能簡化設計及縮小空間，促進感測器融合，對於環景與倒車鏡頭等攝影系統的通訊介面，更能利用新一代FPD-Link III SerDes系列，連接遠距ADAS衛星、中央處理模組與單一同軸線路，因為連接器尺寸較小、元件整合程度高，模組體積與線路都能簡化，因此即便ADAS的感測模組愈來愈多，卻不會造成龐大額外重量或成本負擔。Gigabit乙太網路等車載系統發展時，為了各種通訊的解決方案，都需要如此深入的專業能力。
在同一裝置內，異質處理器的電壓各異，外部裝置也可能使用不同電壓，電源管理晶片必須從汽車電池內，取得穩定可靠的電壓，同時避免電源突增與電壓暫態。有了先進電源管理解決方案，車載電子開發商能為ADAS系統挑選適合的電源管理裝置。
ADAS演進掀起汽車革命
雖然自動駕駛汽車仍處於研發階段，然而隨著先進駕駛輔助功能的重要性與日俱增，現有系統不僅僅只是資訊及警示功能。而隨著時間演進，ADAS裝置也將更輕巧、更容易整合、更平價。隨著法律及社會進步等種種因素交互作用之下，未來汽車將可自行運作，最終成為自動駕駛車輛。
半導體廠持續推動創新，降低ADAS功能的體積、重量與成本，同時增加更多功能，將以往獨立的功能納入同一晶片或封裝之中。在各項進步之中，又以高效能異質影像處理、彈性通訊介面、保護電源管理最為重要。半導體公司也造就各種類比與數位技術的整合及封裝能力，並與汽車業要角維持長期關係，提供深入的設計與製造支援，這些進展都將推動ADAS發展，邁向自動駕駛車輛目標。
(本文作者負責德州儀器ADAS全球行銷業務)