原作者：英飛凌
根據BofA的市場分析報告，2020年全球汽車半導體市場規模約340億美元*1，占核心(不含內存)半導體需求的8%，自2008年以來以5%的年複合增長率增長。然而，半導體的含量僅占所有物料清單成本的3%，單車平均半導體含量約458美元，其中創新的機會和空間巨大。在高級輔助駕駛/自動駕駛系統、安全AI處理器/觸控語音/攝像頭和傳感器系統、高能效和全/混合動力傳動系統、以及越來越多的無線(蜂窩、WiFi、超寬帶、藍牙)和有線(USB3+)功能被採用的驅動下，預計2020到2024年的汽車晶片年複合增長率將達到11%，單車平均半導體含量預計可達600美元。隨著安全性變得越來越重要，預計未來4年ADAS市場將以每年22%的速度增長，達到60億美元，成為增長最快的汽車應用領域。L4/L5車輛的單車半導體含量預計可增長到1200美元，是L2車輛的4倍。在盈利能力不斷優化之下，長途卡車和機器人出租車將在短期內得到商業化應用。
根據BofA的市場分析報告，2020年全球汽車半導體市場規模約340億美元*1，占核心(不含內存)半導體需求的8%，自2008年以來以5%的年複合增長率增長。然而，半導體的含量僅占所有物料清單成本的3%，單車平均半導體含量約458美元，其中創新的機會和空間巨大。在高級輔助駕駛/自動駕駛系統、安全AI處理器/觸控語音/攝像頭和傳感器系統、高能效和全/混合動力傳動系統、以及越來越多的無線(蜂窩、WiFi、超寬帶、藍牙)和有線(USB3+)功能被採用的驅動下，預計2020到2024年的汽車晶片年複合增長率將達到11%，單車平均半導體含量預計可達600美元。隨著安全性變得越來越重要，預計未來4年ADAS市場將以每年22%的速度增長，達到60億美元，成為增長最快的汽車應用領域。L4/L5車輛的單車半導體含量預計可增長到1200美元，是L2車輛的4倍。在盈利能力不斷優化之下，長途卡車和機器人出租車將在短期內得到商業化應用。
作為全球第一的汽車半導體公司，英飛凌堅信“可靠性、信任感”對自動駕駛的發展意義重大。技備、信達，方可成就自動駕駛*2。
自動駕駛程度越高，對系統可靠性要求就越高，由此需要更多更可靠的電子元器件。
針對系統可靠性，來自英飛凌美國汽車電子事業部的首席現場應用工程師Charara Moe為我們帶來以下技術文章，從汽車半導體角度解讀“可靠性與信任感”。
系統可靠性是減少汽車事故的關鍵
汽車行業正處於一個快速發展變革的時期，車廠、政府和消費者越來越重視能耗、環保和道路安全問題。目前來說，絕大多數交通事故的首因仍然是駕駛員失誤。為了提高道路安全性，汽車廠商正在為車輛增設更多的駕駛輔助功能。車輛必須能夠充分感知周圍環境，才能對附近的人或事物做出及時反應。對此，雷達、雷射雷達和超聲波等技術各顯神通。同時，為了使車輛和駕駛員清晰地感知車輛周圍的環境，這些技術被逐漸整合為完善複雜的系統。
我們所說的“傳感器融合”，是指把來自不同傳感器的數據整合在一起的過程。在高級駕駛輔助系統（ADAS）領域，傳感器融合能夠提供整體環境視野，這是單一傳感器所無法實現的，這樣汽車安全控制系統能夠及時做出最佳決策。然而，隨著車輛、駕駛員、乘客和其他道路使用者對這些系統的依賴程度不斷加深，系統本身的可靠性變得至關重要。
汽車事故仍是一大問題
2015年，美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）發布的一份報告顯示在美國逾200萬起汽車事故中94％的事故主要由駕駛員造成，且在與駕駛員有關的事故中，約3/4是由駕駛員的識別錯誤或決策錯誤導致的。
歐洲道路安全觀察組織發布的《2018年年度事故報告》顯示，雖然前幾年有下降趨勢，但自2013年以來，年度死亡、受傷人數和受傷事故保持穩定。
迄今為止，駕駛員的誤判行為是造成事故的主因，因此，凡是能夠輔助駕駛員駕駛、並改善其駕駛行為的系統，都有望幫助顯著減少交通事故和傷亡人數。
走向自動駕駛
目前，我們仍在邁向全自動化駕駛的進程中，面對重重技術挑戰，這是一段漫長的旅程。除此之外，車輛在銷售之前，還需要進行大量測試——以便消費者對其安全性和可靠性信服。
隨著汽車廠商在這條道路上不斷前進，駕駛責任將不斷從駕駛員轉移到車輛系統。為了規劃藍圖，統一用詞，汽車工程師協會（www.sae.org）在“SAE J3016™：自動駕駛分級”中，創建了一個6級模型，該模型定義了自動化進程中的各個階段。
SAE定義了所有車輛的駕駛自動化水平
圖片來源：國際汽車工程師協會SAE
圖片來源：國際汽車工程師協會SAE
0級是最低級別的自動化水平，主要對駕駛員發出預警，不過它依然可以在車輛駛向障礙物而駕駛員沒有採取行動的情況下，啟動自動緊急制動（AEB）等系統，來制動車輛。1級自動化水平下，車輛支持轉向控制或制動/加速，比如車道居中或自適應巡航控制（ACC）。2級則整合了加速/制動和轉向功能。這三個級別又稱“駕駛員輔助”級別，駕駛員仍舊承擔駕駛車輛的主要責任。
在較高級別（3-5級）中，就是車輛系統在駕駛車輛了。在第3級中，車輛可能需要駕駛員介入，但到了第4級，儘管這種自動駕駛只有在某些條件下（例如高速公路駕駛）才可以使用，但這時駕駛員不再發揮作用。第5級代表在所有地點和所有駕駛條件下的全自動駕駛，有預測認為L5車輛還需15年才能向大眾銷售。
挑戰變得日益複雜
L2及更高級別的車輛可將駕駛員承擔的大量駕駛任務分離出去，比如環境觀察和決策。由於駕駛員在環境觀測和決策方面的失誤仍然是事故的最大起因，因此，隨著越來越多的車輛達到L2乃至更高級別，預期事故以及相關的傷亡人數能夠有所減少。
雖然大多數現代車輛都配備了數百個傳感器，通過接觸式測量方式測量溫度、氣體或位置等，但對環境的感知和理解需要無接觸式感測，因此帶來了更高層次的挑戰。
現代車輛採用多種傳感技術來感知周圍的環境。超聲波用於探測車輛附近的物體，在泊車和狹小空間操控車輛時非常有用。雷達提供了一種中長距的感知視野，雷射雷達和圖像傳感器等技術則有助於增強這種視野。
因此，設計人員面臨的挑戰在於如何整合不同採樣速率和不同解析度的傳感器，從而能對不同的環境條件（例如強光或下雨）做出相應的感知能力。為了對車輛周圍不斷變化的環境創建可靠的“圖像”，所有傳感器的數據必須每秒融合數次。
傳感器融合——生態系統、硬體和開發
傳感器融合是一項極具挑戰性的任務，為了打造可靠的解決方案，必須選擇安全可靠的開發平台和硬體。ISO26262等功能安全標準提供了一個出色的框架，可確保汽車系統，包括傳感器融合能夠擔此重任。
在設計複雜的傳感器融合解決方案時，設計人員通常會求助於支持性的生態系統，該生態系統能夠使任務的執行變得更加輕鬆快捷，以便設計人員將精力集中於核心設計工作。為了給設計人員帶來便利，選定的融合生態系統必須能夠在多種傳感器和數據類型下運行，並且能快速集成新上市的新型傳感器。該生態系統還需能與汽車設計人員使用的現有軟體套件無縫集成。
通常，該生態系統將涵蓋多種算法，通過這些算法，便能創建自定義對象的融合解決方案，其中包括位置、速度、方向和加速度等參數，以及對象大小和分類。然後，輸出將傳遞給自動駕駛功能，包括自適應巡航控制（ACC）、自動緊急制動（AEB）或前向碰撞預警（FCW）。
在理想情況下，該生態系統支持在PC上進行評估，同時允許將最終代碼直接嵌入到安全的汽車處理器中。使用圖形界面通常可以使設計任務的執行變得更加簡單快捷。
隨著車輛對駕駛輔助系統的依賴程度越來越高，相關技術的可靠性和安全性，成為了首要問題。駕駛員得確信在需要時，這些高度複雜的輔助系統都能正常工作。如今，人們不僅擔心，關鍵系統元件可能出現故障，還擔心隨著車輛開始“聯網”，車輛功能可能遭受惡意第三方的干擾，甚至是遠程干擾。
BASELABS與英飛凌AURIX™——汽車傳感器融合的理想選擇
英飛凌合作夥伴BASELABS 推出的Create Embedded是一個基於GUI、面向ADAS應用的數據融合庫。它基於傳感器開源C代碼數據融合庫，可直接嵌入到英飛凌AURIX™汽車微控制器。
AURIX™具有一系列安全功能，包括內置於晶片中的專用安全管理單元（SMU），以及適用於惡劣汽車環境的多種功能，此外，它還提供了一個成熟可靠的計算平台，是汽車傳感器融合的理想選擇。設計概念和原型將能輕鬆地從台式機遷移到該嵌入式解決方案，從而為安全關鍵型ADAS功能提供可靠內核。
完整的ADAS傳感器融合解決方案（採用AURIX™技術）
並且，隨著車輛的聯網程度越來越高，網絡安全和防止外部攻擊已成為車輛設計必不可少的環節。V2V(車對車)、V2I（車對基礎設施）聯網，以及支持空中下載（OTA）更新，都使車輛安全可能會遭到遠程破壞。在某些情況下，來自傳感器的數據可能會受到干擾，甚至剎車或轉向等基本功能被破壞，從而產生致命的後果。對此，AURIX™系列通過硬體安全模塊（HSM）提供網絡安全性，來滿足這一需求。
注*1：另據Strategy Analytics報告，2020年全球汽車半導體市場規模為378億美金（含傳感器）或336億美金（不含傳感器）。
注*2：請點擊閱讀原文，了解更多英飛凌關於自動駕駛“可靠性”的專題技術內容。
該文章來源於“英飛凌汽車電子生態圈”官方微信，英飛凌汽車電子生態圈對該內容擁有最終解釋權。
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