雷达/影像/热影像/光达/MEMS各显神威 车用感测融合更到位

由于车辆日趋智能化、电动化与联网化的趋势，以及全球各国对于交通安全的法规要求，各类车用传感器的导入量将逐渐增加。 根据调研机构MarketsandMarkets提供的数据指出，到了2023年，车用传感器市场预估将达到364.2亿美元。 2017年至2023年期间的复合年均成长率将达到6.71%。

举例而言，欧盟委员会便于近日宣布，2018年4月起在欧盟贩卖的新车都将强制安装紧急通报功能，让车辆发生意外时可以实时向救援中心求助，以缩短救援反应时间，进而降低交通意外伤亡人数。 此一决策将迫使车厂提升对于产品的联网要求，同时也推动了各类传感器的导入。

不同技术各有所长 感测融合成趋势

任何自驾车意外案例，都不是透过单一种类的车用感测技术可以解决的。 尤其是面对台湾独特的混合车流环境，对于驾驶辅助系统的发展更是一大挑战。 由于每一种感测技术皆有其优势与不足，唯有综合考虑多种感测方法所搜集到的数据，才能够逐渐往Level 5的自动驾驶迈进。

资策会智能系统研究所副所长蒙以亨(图1)指出，由于台湾的行车环境车辆数多、重迭性高的特性，对于车用感测与其预测能力将有更高的要求。 在台湾市区，随处都可以看到正在移动的摩托车、自行车，车况相对于欧美环境而言复杂许多，对于车用传感器的辨识能力要求也会相对更高。

图1 资策会智能系统研究所副所长蒙以亨指出，台湾的行车环境车辆数多，对于车用感测与其预测能力将有更高的要求。

每一种传感器都会有其擅长的领域，只是使用的位置不同。 因此，必须要利用不同感测技术的优势，进而做到融合判断。 感测融合(Sensor Fusion)系统的研发，将会是实现Level 5自驾车的必经之路。

举例而言，目前相当常见的倒车雷达所使用的超音波感测技术，尽管已经非常成熟，也已经导入车用多年。 然而，超音波依然会继续存在，并不会由于其他感测技术的兴起而消失。 德州仪器(TI)嵌入式系统总监詹勋琪(图2)指出，超音波雷达依然会持续发展，但厂商会将重点摆在该如何让超音波在车载市场能有更多元的应用。 也由于每一个厂商皆掌握了不同感测技术的专业知识，因此个别厂商会由不同的感测技术出发，透过感测融合结合不同的车载感测技术，接着发展出最适合的车载感测架构。

图2 德州仪器嵌入式系统总监詹勋琪指出，未来毫米波雷达将会是在车用市场的成长幅度最大的感测技术。

詹勋琪认为，由于车辆对于盲点侦测系统(Blind Spot Detection, BSD)的需求，因此依然会导入雷达感测技术。 在未来，毫米波雷达将会是在车用市场成长幅度最大的感测技术。

单镜头影像普及率高 多镜头方案蓄势待发

在目前的车载市场之中，影像感测已是渗透率最高的感测技术。 由于众厂商对于影像感测的应用皆相当熟悉，因此该感测技术将持续在车用感测市场扮演关键角色。 詹勋琪表示，在未来，影像传感器的出货量也会继续成长。

研调机构集邦科技指出，目前具备ADAS功能的量产车，每台将搭载4~8颗镜头，随着汽车智能化程度提升，高阶车款搭载之镜头数亦将有所增加。 另一方面，在中低阶车款部份，因美、欧、日等国陆续将车道偏移警示系统(Lane Departure Warning, LDW)、前方碰撞警示系统(Forward Collision Warning System, FCW)、盲点侦测系统 、自动紧急剎车系统(Autonomous Emergency Braking System, AEB)等须要采用车载镜头的次系统，列入新车评价指针或颁布法规强制搭载。 有鉴于法规面的推进，将带动车载镜头往中低阶车款渗透，未来车载镜头需求还将往上攀升。

集邦科技进一步说明，车载镜头可依据放置位置分为前视、后视、侧视与车内，目前则以前视镜头的使用频率最高。

前视镜头可再分为单镜头、双镜头与多镜头方案。 前视镜头多采用定焦镜头，然而定焦镜头存在感测视角与距离之间的矛盾，也就是当镜头的视角越大，所能感测的距离就会愈短。 为解决此问题，开始有车厂提出多镜头方案。 多镜头能清晰地辨识不同距离的物体，但成本、体积等因素也较单镜头提升。 在影像数据处理的要求上，多镜头的难度也较大，对于处理芯片和硬件可靠的要求都会有所提升，因此就短期来看，单镜头仍将是车载镜头方案的主流。

但长期来看，汽车上搭载的影像传感器数量将只增不减。 研究机构Yole Developpement执行长Jean-Christophe Eloy指出，2016年全球车载影像传感器的市场规模约为22亿美元，到了2022年，该市场的规模将爆发成长到77亿美元， 其最主要的成长动能就来自于多镜头系统的导入。 以Google旗下Waymo、Uber、丰田(Toyota)、雷诺日产(Renault-Nissan)等车厂所设计的自驾车原型为例，这些车辆均搭载了7~9个摄影镜头，还有一些更极端的案例，在自驾车上搭载了16个摄影镜头。

热影像感测暗处行人 Uber自驾意外有解

在夜间环境驾驶的安全维护不易，在可能有遮蔽物以及光线不佳的状况下，雷达与影像传感器皆有可能无法侦测到移动物体。 这时候，热影像感测有望补足该缺失。 近年热影像传感器的成本逐渐下降，有望在2019年开始导入平价车款。

近期由于Uber与Tesla所推出的自驾车皆在美国传出死亡车祸，自驾车的安全问题讨论热度持续上升中。 其中，Uber的事故案例更使得夜间行人侦测相关的感测技术备受关注。 国家中山科学研究院主任简定华(图3)指出，Uber的事故案例，是由于行人由暗处走出，因此一般的可见光系统无法精准侦测；在此状况之下，热影像感测技术由于其能够做到夜间影像感测的特性，有望能补足此一缺失。

图3 国家中山科学研究院主任简定华指出，热影像感测可有效补足可见光影像感测在夜间侦测容易失误的缺点。

简定华分享，热影像感测采用红外线热像仪作为感知设备，基于热影像之行人侦测，可有效地降低或排除可见光相机所面临的问题，并能够有效补足一般可见光影像感测在夜间侦测容易失误的缺点。

尽管由于热能感测不被障碍物阻挡，能够有效补足雷达与影像感测的部分不足，但热影像感测也可能会因为环境影响而受到限制。 简定华举例，在夏天时，环境与人体温度距离会相对较小；而在冬天时，可能会由于环境温度较低，而侦测到过多的热点。 此一状况便需要透过软件、韧体的设定补足，以判断正确的信息。

以往热影像多用于军事用途，成本相当高昂，目前也只有高阶车款能够导入热影像侦测系统。 因此，未来中科院希望能够将该感测设备成本压低，让平价车款也能够导入热能感测技术。 简定华进一步指出，在2014年，单颗热影像传感器成本大约为新台币30万元，现今已能将成本降至四分之一，未来还希望能够更便宜。 目前中科院也已开始与厂商洽谈技术转移，预计在2019年将由授权厂商开始在市场上推广该技术。

自驾车议题持续发热，全球各大车厂、科技厂等皆积极投入研发。 由经济部技术处科技项目所支持的台湾车辆研发联盟(TARC)，亦汇集法人研究机构包括车辆研究测试中心、工研院机械与机电系统研究所、金属工业研究发展中心、国家中山科学研究院、工研院材料与化工研究所、工研院信息与通讯研究所、 资策会智能系统研究所以及华创车电技术股份有限公司等台湾产、官、研各界研发能量，共同研发自驾技术。

MEMS传感器实现惯性导航

在自动驾驶领域，除了需要车外环境的侦测(图4)来加强行车安全之外，同时也会需要各类微机电系统(Micro-electromechanical Systems, MEMS)传感器用以实现惯性模块，做到惯性导航。 近来，亦能看到整车厂与后装车用电子业者对于MEMS传感器需求正在加温中。

图4 ADAS环境传感器配置与主要功能 数据源：TrendForce集邦科技

意法半导体(ST)模拟、微机电、感测组件产品亚太区资深技术营销工程师谢景翔(图5)说明，在ADAS的应用中，可以透过陀螺仪去知道车辆行驶的角度，并且搭配雷达去了解车辆行驶偏移的方向，再透过加速度计了解行驶速度及位移量 ；如此一来，便能透过各种MEMS传感器所搜集到的信息做到盲区推估(Dead Reckoning, DR)，进而在没有讯号的状况下实现惯性导航。

图5 意法半导体模拟、微机电、感测组件产品亚太区资深技术营销工程师谢景翔说明，在中国与台湾皆有许多由后装车用电子起家的业者，近年开始尝试将自家产品导入前装市场。

MEMS传感器在车载市场的应用非常多元，谢景翔指出，在2018年客户所提出的询价(Request For Quotation, RFQ)需求相较于2017年增加了15%~20%。 恩智浦半导体(NXP)汽车微控制器暨处理器事业部亚太市场总监易生海(图6)亦指出，2018年车载传感器的市场需求成长猛烈，明显高于其他应用市场；该成长主要来自于加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计的需求。

图6 恩智浦汽车微控制器暨处理器事业部亚太市场总监易生海指出，2018年车载传感器的市场需求增长猛烈，明显高于其他应用市场。

谢景翔指出，意法半导体拥有完整的车用规格、工业用规格以及消费电子规格的MEMS感测产品系列，客户可以依照其需求选择符合不同规格的产品。 其中，车用规格对于可靠性与精准度的要求最高，然而成本也是三种规格中最高的；工业规格则皆居于次。

对于整车厂的产品需求而言，一定会采用符合车用规范的MEMS传感器，成本大多不是其最重要的考虑。 然而，对于经营后装车用电子市场的业者而言，产品的价格是否实惠则更为重要；也由于后装产品不一定要符合车用规范，这时便可依照厂商需求选择工业规格或是消费电子规格的MEMS传感器产品。

谢景翔进一步分享，在中国与台湾皆有许多由后装车用电子起家的业者，近年来皆开始尝试将自家产品导入前装市场，这时候不同规格的MEMS传感器产品能够自由转换便非常重要。

声音感测应用多 MEMS麦克风需求增

近年来，由于Amazon Alexa以及Google Assistant等语音助理技术逐渐成熟，也将渐渐导入车内应用中。 语音将成为未来重要的车载人机互动接口，此趋势也将大幅提升MEMS麦克风在车载应用的渗透率。 目前，相关协会正积极展开研讨，预计不久之后就会推出车用规格的MEMS麦克风。

意法半导体模拟、微机电、感测组件产品亚太区产品营销经理陈建成指出，在2015年至2016年，该公司的MEMS麦克风年营收成长率已达到20%；2016年至2017年也达到将近30%；2017年后，也预计将以年营收成长率10 %~15%的速度持续成长。

谢景翔则表示，MEMS麦克风主要的应用会在车载资通讯系统(Telematics Box, T Box)上，用以沟通与实现人机互动。 然而，亦有厂商开始思考MEMS麦克风的各种车载应用。

举例而言，已有厂商试图透过声压的变化，了解车门的开关状态，进而做到防盗功能。 因此，谢景翔认为，在未来三到五年MEMS麦克风的需求量将会持续成长，意法半导体在未来也将持续规画各类麦克风产品的开发。

声音感测所取得的数据数据势必将小于影像感测，而且可以侦测到一些影像所看不到的震动。 就算是在吵杂的环境之中，麦克风依然可以感测到某些频率。 陈建成进一步举例，在许多任务业应用之中，业者会有侦测微小震动的需求。 有时候因为震动的幅度太小而无法使用加速度计测量时，便会转为使用麦克风侦测震动。

除此之外，由于目前麦克风仍尚未制定车用规范，有鉴于未来麦克风于车用感测市场成长潜力佳，意法半导体也正在积极与相关协会讨论、制订规范。

光达声量正热 成本过高仍是挑战

光达(LiDar)由于其探测距离远、精度高、受外在环境影响小的特性，在近年来成为备受注目的感测技术。

财团法人车辆研究测试中心副总经理廖庆秋(图7)指出，光达可以精准侦测障碍物，并计算出障碍物距离，若是要准确判断物体的性质，则必须再搭配影像感测；另外，光达相较于雷达具备了360度环景侦测的特性，且能做到立体对象侦测， 这两个优势将让光达持续成为车用感测的热门话题。

图7 财团法人车辆研究测试中心副总经理廖庆秋指出，光达可以精准侦测障碍物，并计算出障碍物距离。

然而，光达价格迟迟未降是其最大痛点。 廖庆秋认为，如果可以将光达传感器的成本压低至与毫米波雷达一样，那就会很有竞争力，而光达要降价，主要是要看材料跟产量；预计待固态光达量产后，价格将会有一定程度的突破。

威力登(Velodyne LiDAR)亚洲区总监翁炜指出，该公司已于2017年4月研发出第一款固态光达Velarray LiDAR，并于CES 2018公开展示该产品。 然而，该产品现阶段还未符合车规等级，目前已开始与Tier 1合作伙伴开发研究车规等级固态光达技术。 期望在不久的将来，能以更高规格等级的产品响应广大市场的需求。

Eloy则预估，光达的单位价格在未来十年内，将大幅下跌90%。 目前光达的平均单价约为5,000美元；到了2027年，光达的单价将有机会降到500美元。 也唯有光达的成本降低到这个水平，针对消费大众市场推出的车款才能负担得起。

不过，随着光达单价逐渐下滑，Eloy认为，商用车导入光达的速度，会比针对一般消费者设计的车款来得快。 除了货车、巴士等传统定义的商用车外，以自驾技术提供个人化运输服务的无人出租车，导入光达的速度也会比一般小客车来得快。 对这些商用车的拥有者来说，在采购车辆时，投资报酬率是更重要的考虑，而不只是只看车辆的售价。

自动驾驶可以帮运输业者省下可观的人事成本、提升车队营运效率或是开创出全新的商业模式，因此，即便自动驾驶车必须使用高单价的光达，导致车辆采购成本增加，对业者来说或许仍是更划算的选择。

Eloy认为，以目前光达的单价，大概只有农机这类特殊车辆，或是车厂买来当作研发设备使用，不仅出货量极低，销售金额预估也只有3亿美元。 但到了2022年，光达的单价将可望降到1,500美元，这时候光达就有机会敲开商用车市场的大门，市场规模也会成长到14亿美元。

Eloy也同意，固态光达将是促成光达广泛应用在各种车辆上的关键。 随着众多光达厂商投入固态光达研发，未来固态光达的出货量成长速度将相当可观。 目前固态光达还没有进入量产，但到了2022年，固态光达的市场规模就能跟旋转式光达分庭抗礼。 到2023年之后，固态光达可望取代旋转式光达，成为光达市场的主流产品。 而旋转式光达则将被取代，逐渐淡出市场。

感测技术垫高整车成本 车厂导入态度审慎

研究机构Strategy Analytics近几年一直针对潜在购车者进行消费者意见调查，并发现一般购车者虽然对全自动驾驶、市区自动跟车或自动停车等先进的智能车功能感兴趣，但真的愿意为此多付一点钱的消费者，比例却一直低于三成 ，特别是在自驾车陆续涉入几起交通事故之后，即便肇事责任归属不在自驾车，消费者对自驾功能的信心跟兴趣还是明显下滑。

对汽车制造商而言，由于一般消费者不愿为这些先进功能多掏出一点钱，因此汽车制造商导入相关技术的态度不会太主动，毕竟这些先进功能跟必要的感测技术都会垫高车辆的生产制造成本，导致车辆售价变贵。 比较可能的情境是，当某家领导车商打响第一枪，在新车上搭载了某项功能，其他车厂为了与其竞争，才会被迫跟进，推出搭载类似功能的车款。

换句话说，汽车产业目前固然正面临前所未有的技术革命，但新车导入这些新技术的速度显然不会太快。 如何在恰到好处的时间推出搭载新功能的车款，对汽车业者来说是个大考验。 对相关传感器供货商来说，要做到自驾车的生意，耐心是必要条件。