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從即時運算到軟體定義 自駕車生態系準備就緒
自駕未來可期
[作者 王岫晨]   2021年10月04日 星期一 瀏覽人次: [2474]

在未來的10年或20年,全自動駕駛車輛將不再只存在於科幻小說與奇幻故事之中,而可能是路上尋常的一景。屆時不但不受地理圍欄限制,能開往任何地方,而且任何有經驗的人類駕駛能做的事,5級全自動駕駛車也都能做到。美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)表示,車輛自動化的主要好處是能提高車輛安全性。隨著技術發展,加上汽車製造商朝著完全自動化程序的六個自動化等級步步推進,先進駕駛輔助系統(ADAS)透過提供全面完善的車輛駕駛體驗,持續引領此應用領域。



圖一 : 未來的自駕車,需要倚賴即時運算處理,以及軟體定義與深度學習能力,來因應各種不同的車用情境挑戰。(source:mouser.com)
圖一 : 未來的自駕車,需要倚賴即時運算處理,以及軟體定義與深度學習能力,來因應各種不同的車用情境挑戰。(source:mouser.com)

邁向5級自駕

我們可以預見,5級自動駕駛車(AV)將有可能成為擁有強大車載全面連網的車聯網(V2X)通訊系統的電動車(EV)。為了讓這些5級自動駕駛車按預期運行,它們除了要能與路上的其他車輛無縫通訊之外,還要能同時監控道路環境、自我診斷車載的電子系統,並識別路上每一個潛在危險,同時確保乘客的安全性與舒適度。


儘管未來學家指出全自動5級電動車的未來前景令人興奮,但根據多數汽車專家指出的實際狀況是,要達到這個汽車自動駕駛等級還需要數年,甚至數十年的時間。目前多數新車都具有1級自動整合功能,例如自動跟車系統(ACC)和車道維持輔助系統(LKA),這種能力能幫助緩解駕駛疲勞,並在駕駛稍微偏離車道時使其重返車道。


Mouser指出,汽車製造商正加緊努力,將1級系統整合到真正的2級ADAS之中。2級的自動駕駛車能透過ADAS系統輔助煞車和轉向功能,但仍需駕駛來控制及監控車輛環境,尤其是在安全危急的情況下。


下一個最關鍵的3級躍進同樣也需要駕駛的專注力,但該等級的自動化允許車輛透過攝影機、雷達和光線偵測與測距(lidar)等進階感測器系統完整執行諸如煞車之類的安全關鍵功能,而不需要駕駛過多介入。


自駕車將改變我們生活、工作和玩樂的方式,創造更安全、更節能的道路。事實上,自駕車的運作必須兼顧實用性與安全性,這背後需要仰賴大量的即時運算與機器學習的能力。


為了提供這些革命性的能力,需要極強大的運算能力與大規模生產應用軟體的專業技術。現階段已經有許多廠商持續開發高效能車用運算平台,且軟體定義能力也在自動化車輛中扮演越來越重要的角色。


而放眼自動駕駛技術,也逐漸以更貼近生活面的方式來實現,全球市場研究機構TrendForce預期,符合SAE Leve4的無人自動泊車(AVP)功能,將在2022年開始成為高階車款上配載自動駕駛功能的重要選項,而相關的國際標準也在制定中,對此功能的發展有正面助益。


放眼這種自動泊車功能,會因車輛搭載配備而異,並產生固定與非固定路線、私人與公開停車格等場景限制,停車場的條件也會影響AVP的可用性,包括標示完整性和聯網環境等,執行該功能時人與車的距離則與當地法規有關。


當然這樣的自動泊車能力,也需要大量倚賴即時運算處理,甚至還有軟體定義與深度學習能力,來因應各種不同的車用情境挑戰。最關鍵之處就在於各車廠的技術路線皆不相同,因此運算部分可分為由車端進行運算以及由雲端運算生成泊車路線,然而雲端運算需要有良好的聯網環境方能執行,所以使用上來說,車端即時運算會覆蓋更多使用場景,或也會有兩者兼具的方案,其他如V2X和高精地圖的搭配應用,也會影響自動泊車的應用範圍,預期仍有多種AVP解決方案同時進行中。


事實上,隨著車用半導體技術的突飛猛進,汽車廠商及零組件系統廠商都將汽車電子技術應用在汽車設計及製造上,使得汽車能從過去的封閉系統,轉變成能與外界溝通的智慧車輛,智慧車輛發展的目的是為達到所有汽車廠商的共同目標:安全、便利、舒適、環保。


由於廠商致力於研發,帶動各式輔助汽車駕駛人的先進自動駕駛技術的蓬勃發展,使得車廠對於自駕車導入商品化更具信心,而深度學習也在自駕車扮演更為重要的角色,


軟體定義汽車

事實上,隨著行駛哩程數的累積,軟體定義汽車將帶給車主更好的使用經驗。但以軟體為中心的設計方法代表開發典範的改變,以及經久可用的硬體能力。Arm車用市場總監Robert Day指出,軟體定義汽車,讓車界長期認定的「新車交車那刻就是車況的巔峰」的觀念不再適用。在今日,汽車市場的新參與者正在顛覆這個產業鐵律,並向新車買家承諾其用車體驗會越來越好。


軟體定義汽車的吸引力相當明顯。藉由智慧型裝置的使用,消費者已經體驗到智慧型裝置可以輕鬆升級,應用程式及錯誤也可以透過無線方式進行更新與排除。


軟體定義汽車提供車主更細緻、回饋更好的行車體驗。就像消費者早已習以為常的智慧手機軟體更新,在軟體定義汽車的情境下,當車主進入到車內時,就會收到系統通知,提醒車輛的轉向系統已經升級,可提供更精準的操控,或者通知車主ADAS已經載入新的能力可以協助快速道路的駕駛,又或是通知車主根據數千個小時電池充放週期的分析,車輛的續航力已經提升。


對於車輛製造商而言,車輛的差異化將從世代升級、或在銷售通路選擇引擎規格與資訊娛樂系統,轉變成必須在整車的生命週期中一路保持領先的需求。隨著車輛製造商持續優化數百萬行的程式碼來達成比競品更安全、效率更高且更有樂趣的體驗,類似「20XX年度最安全汽車」的頭銜,將成為日常的競爭重點。


軟體定義汽車的價值非常清楚,其中也擁有技術上的挑戰。一輛全新車款,除了設計上必須符合不同區域法規要求的多項強制性功能,還必須提供數百個功能選項。因此,需要一套可以進行大規模的開發、測試與提供各項功能的方法,如此一來,可將干擾與相互依賴性降到最低。


這對已經習慣傳統汽車開發模式的汽車製造商,是相當重大的改變。隨著功能域控制器與區域控制器的導入,現在車輛的硬體架構已出現變化,而它們往往建構在可運行多項功能、威力更強大的即時運算處理器上。


這些威力強大的處理器,目前已可支援這些服務導向的模型;此類模型使用一種持續整合與持續部署的方法,讓車主可以簡便地使用軟體驅動的創新,並以全新的特色與功能,讓愛車功能常保如新。還有一些必須額外強調的複雜因素,例如功能性安全、即時回應與決定性行為,這些都是開發智慧型手機或伺服器等裝置時,不會考量到的參數。


結語


圖二 : 從即時運算到軟體定義,自駕車將擁有全新的應用價值。(source:arm.com)
圖二 : 從即時運算到軟體定義,自駕車將擁有全新的應用價值。(source:arm.com)

面對新一代的自動車輛,即時運算以及軟體定義將是不可或缺的能力,再加上機器學習的能力,將有辦法打造出更具智慧的新一代自駕車輛。基本上,軟體定義汽車需要龐大生態系的支持,包括商業與開源軟體供應商、應用的開發廠商、雲端服務供應商,以及各種工具與服務。而硬體運算處理器製造商也持續為汽車業帶來革命性的進展,並推動持續創新。


這些半導體廠商將多年來在汽車、物聯網、雲端與行動裝置市場領域累積的創新發揚光大。即時運算處理器廠商也在生態系中準備就緒,為汽車打造未來仍然適用的硬體,迎接軟體定義汽車的挑戰,並已做好準備來支援當今車輛的開發與未來的升級。


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