u-blox是智能車的關(guān)鍵的技術(shù)？

智能車熱度不斷升溫，對(duì)于以汽車、工業(yè)為主要應(yīng)用市場(chǎng)的M2M模塊業(yè)者而言，是未來業(yè)務(wù)發(fā)展的大利多。 為了搶食相關(guān)商機(jī)，u-blox早在多年前便展開相關(guān)產(chǎn)品線的投資布局，并推出一系列包含高速連網(wǎng)、V2X與定位導(dǎo)航相關(guān)的新一代方案。

汽車電子被視為未來帶動(dòng)科技產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)的主要引擎之一，特別是各式各樣的通訊功能，更被視為是促成汽車智能化的關(guān)鍵。 但在車載通訊市場(chǎng)上，早有一群以模塊產(chǎn)品為主的業(yè)者，靠著提供客戶高度整合的硬件方案和軟件，成為推動(dòng)運(yùn)輸載具智能化的先行者。

總部位于瑞士蘇黎世的u-blox，便是這類模塊業(yè)者中的知名供貨商之一。 以衛(wèi)星定位作為核心技術(shù)的u-blox，很早就在車載設(shè)備市場(chǎng)上占有一席之地。 對(duì)蓄勢(shì)待發(fā)的車聯(lián)網(wǎng)商機(jī)，該公司自然不會(huì)缺席，并且將加大相關(guān)核心技術(shù)的投資，以建立起自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

高速連網(wǎng)進(jìn)駐汽車市場(chǎng)處理器性能不容馬虎

無線通信與定位模塊業(yè)者u-blox日前正式發(fā)表一系列TOBY-L4汽車級(jí)遠(yuǎn)程信息處理模塊，正式將LTE Cat 6聯(lián)機(jī)能力帶入汽車產(chǎn)業(yè)。 該模塊內(nèi)建英特爾(Intel)的Atom X3四核心處理器，并支持載波聚合(CA)功能，可以讓汽車以300Mbit/s的帶寬連上行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。

u-blox蜂窩產(chǎn)品管理總監(jiān)Stefano Moioli(圖1)表示，高速聯(lián)網(wǎng)是未來汽車發(fā)展的必然趨勢(shì)，各大車廠與Tier 1業(yè)者都已經(jīng)將LTE聯(lián)網(wǎng)功能列入其產(chǎn)品發(fā)展藍(lán)圖。 然而，相較于消費(fèi)性電子或智能型手機(jī)，汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)于產(chǎn)品的安全性與可靠性更為重視，因此，針對(duì)汽車環(huán)境所開發(fā)的通訊模塊，必須具備比一般LTE調(diào)制解調(diào)器芯片更強(qiáng)大的處理能力，并通過各種法規(guī)及產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，才能滿足汽車產(chǎn)業(yè)的需求。

圖1 u-blox蜂窩產(chǎn)品管理總監(jiān)Stefano Moioli表示，處理器的效能瓶頸其實(shí)是拖累汽車搭載高速連網(wǎng)功能的主要障礙之一。

以TOBY-L4 LTE Cat 6模塊為例，該模塊內(nèi)建英特爾的Atom X3處理器，效能高達(dá)19,000DMIPS，目的就是要支持調(diào)制解調(diào)器通訊協(xié)議、操作系統(tǒng)與安全等虛擬機(jī)(VM)功能，使汽車業(yè)者的軟件應(yīng)用程序能夠在同一設(shè)備上安全地運(yùn)行各種通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)全面的應(yīng)用程序可擴(kuò)展性，而不用擔(dān)心處理器性能瓶頸。

事實(shí)上，目前專為汽車應(yīng)用所設(shè)計(jì)的LTE通訊模塊，常常都會(huì)遇到處理器效能瓶頸，這也是u-blox為何決定在TOBY-L4模塊內(nèi)采用Atom處理器的原因。 在性能有足夠余裕的情況下，汽車制造商才能享有更大的應(yīng)用開發(fā)空間。

至于在聯(lián)機(jī)能力方面，該模塊除了支持 LTE、UMTS/DC-HSPA+、GSM、SMS和語音(VoLTE、CSFB)形式的數(shù)據(jù)，還可以在攝氏95度的高溫環(huán)境下維持eCall聯(lián)機(jī)至少2分鐘，并支持ERA Glonass。

Moioli指出，對(duì)汽車應(yīng)用而言，安全永遠(yuǎn)是最主要的考慮。 因此，原本為智能型手機(jī)所開發(fā)的LTE數(shù)據(jù)芯片很難直接沿用到汽車產(chǎn)業(yè)。 這也是u-blox能夠在車用通訊模塊市場(chǎng)上穩(wěn)居業(yè)界領(lǐng)先群的關(guān)鍵原因之一。 u-blox對(duì)車規(guī)的嚴(yán)謹(jǐn)要求有很深的理解，且由于掌握核心技術(shù)，因此能在模塊中添加許多安全功能，例如可信賴的執(zhí)行環(huán)境、硬件加密加速器、隨機(jī)數(shù)生成器等。

除了專為汽車需求量身打造的設(shè)計(jì)外，在制造方面，TOBY-L4模塊的生產(chǎn)流程也完全符合汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)范。 該模塊在通過ISO/TS 16949認(rèn)證的工廠制造，符合涵蓋汽車安裝系統(tǒng)的ISO 16750標(biāo)準(zhǔn)，芯片組本身也通過AEC Q-100認(rèn)證。

V2X蓄勢(shì)待發(fā) 模塊方案降低導(dǎo)入難度

除了寬帶連網(wǎng)外，車間(V2V)乃至車對(duì)萬物(V2X)通訊也是汽車應(yīng)用領(lǐng)域的熱門議題，且相關(guān)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展多年，即將進(jìn)入市場(chǎng)導(dǎo)入階段。

u-blox V2X產(chǎn)品策略總監(jiān)Costas Meimetis(圖2)表示，V2X通訊對(duì)于實(shí)現(xiàn)智能車是非常關(guān)鍵的技術(shù)，且在歐盟、美國(guó)政府的支持下，汽車業(yè)者導(dǎo)入V2X技術(shù)的時(shí)程已經(jīng)非常明確。 以美國(guó)為例，美國(guó)運(yùn)輸部已經(jīng)決定在2019年正式推出相關(guān)強(qiáng)制規(guī)定，要求新出廠的汽車陸續(xù)搭載V2X，預(yù)期到2023年，所有在美國(guó)境內(nèi)販賣的新車都必須搭載V2X，以提升行車安全性、降低部必要的燃料浪費(fèi)。

圖2 u-blox V2X產(chǎn)品策略總監(jiān)Costas Meimetis認(rèn)為，隨著歐美政府將把V2X列為新車強(qiáng)制搭載的標(biāo)準(zhǔn)配備，相關(guān)市場(chǎng)需求爆發(fā)可期。

除了新車出廠時(shí)必須強(qiáng)制搭載V2X功能，Meimetis也預(yù)期，由于使用中的車輛為數(shù)眾多，因此V2X設(shè)備的后裝市場(chǎng)(After Market)規(guī)模不容小看。 不過，這個(gè)市場(chǎng)上主流的產(chǎn)品未必是專用車機(jī)，支持DSRC技術(shù)的智能型手機(jī)，也可以扮演類似車機(jī)的角色。 但光是前裝市場(chǎng)，相關(guān)系統(tǒng)的預(yù)估市場(chǎng)規(guī)模在2025年時(shí)便高達(dá)250億美元。

為了進(jìn)行市場(chǎng)布局，u-blox早在2014年便開始透過購并和研發(fā)投資取得相關(guān)技術(shù)，先后一共購并了Antcor、Lesswire、Cohda等公司的相關(guān)技術(shù)資產(chǎn)，并發(fā)展出自己的Vera-P1模塊。 目前該模塊所使用的802.11p芯片方案來自恩智浦(NXP)，搭配的軟件則是由u-blox與眾多生態(tài)系統(tǒng)伙伴一起提供。

Meimetis表示，與直接使用芯片進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)相比，采用模塊方案最大的好處在于產(chǎn)品開發(fā)速度快，而且能夠與下一代芯片方案無縫接軌，因?yàn)閡-blox在進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，會(huì)將產(chǎn)品升級(jí)的路徑做好妥善規(guī)劃。

次世代GNSS 誤差低于1公尺

在目前的汽車電子系統(tǒng)中，全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng)(GNSS)被歸類為資通訊娛樂(Infotainment)系統(tǒng)，因此在精準(zhǔn)度、可靠度方面的要求，不如安全氣囊、引擎控制等系統(tǒng)嚴(yán)謹(jǐn)。 但隨著駕駛自動(dòng)化的程度越來越高，為了確保車輛行駛安全，汽車導(dǎo)航跟衛(wèi)星定位功能勢(shì)必將面臨更嚴(yán)格的安全規(guī)范。

u-blox共同創(chuàng)辦人暨執(zhí)行副總裁Daniel Ammann(圖3)表示，隨著輔助駕駛系統(tǒng)不斷演進(jìn)，自動(dòng)化程度越來越高，GNSS在對(duì)駕駛輔助系統(tǒng)中所扮演的角色，將變得更為關(guān)鍵。 舉例來說，當(dāng)車輛在高速公路上行駛，準(zhǔn)備要下交流道時(shí)，駕駛輔助系統(tǒng)必須要靠精準(zhǔn)度更高的GNSS來引導(dǎo)車輛逐漸切到外側(cè)車道。 在這個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中，GNSS的誤差必須控制在1公尺內(nèi)，否則駕駛輔助系統(tǒng)很難判斷目前車輛到底是在內(nèi)側(cè)或外側(cè)車道，進(jìn)而發(fā)出正確的控制命令。

圖3 u-blox共同創(chuàng)辦人暨執(zhí)行副總裁Daniel Ammann指出，在智能車時(shí)代，衛(wèi)星定位將成為攸關(guān)行車安全的重要技術(shù)，相關(guān)驗(yàn)證也會(huì)變得更嚴(yán)格。

事實(shí)上，雖然駕駛輔助系統(tǒng)或未來的全自駕系統(tǒng)會(huì)整合攝影機(jī)、雷達(dá)、光達(dá)等傳感器，但這些感測(cè)手段只能取得車輛與其他對(duì)象之間的相對(duì)位置信息，如果要取得車輛在地表的絕對(duì)位置，還是只能仰賴GNSS。 因此，在需要用到車輛絕對(duì)位置信息的應(yīng)用場(chǎng)景，例如車輛要下交流道，或是能提供運(yùn)輸服務(wù)的自駕車，都必須使用比目前更精準(zhǔn)的GNSS。 這也是目前u-blox正在積極研發(fā)的方向。

除了精準(zhǔn)度更高之外，GNSS的可靠度也必須進(jìn)一步升級(jí)，才能滿足全自駕系統(tǒng)的需求。 在全自駕系統(tǒng)中，雖然系統(tǒng)可以從各種傳感器取得所需的數(shù)據(jù)，但傳感器本身提供的數(shù)據(jù)若一致性(Integrity)、可靠度有問題，自駕系統(tǒng)所做的判斷一定會(huì)受到影響。 因此，在第四級(jí)或第五級(jí)自駕系統(tǒng)中，GNSS不但是必備功能，而且很可能要符合ISO 26262 ASIL-B等級(jí)以上的規(guī)范。

對(duì)GNSS技術(shù)開發(fā)商而言，要滿足未來自駕車的安全需求，是很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。 因?yàn)镚NSS本質(zhì)上是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)所發(fā)展出來的技術(shù)，而且衛(wèi)星定位的訊號(hào)很容易受到地形地貌的影響，例如在高樓林立的都會(huì)區(qū)，都市峽谷所帶來的多重路徑(Mutipath)效應(yīng)，就會(huì)嚴(yán)重影響GNSS的定位結(jié)果。

有鑒于此，u-blox正在研發(fā)基于新算法與支持多重協(xié)議、多頻段接收的次世代GNSS解決方案。 根據(jù)u-blox目前的實(shí)地測(cè)試結(jié)果，新一代GNSS方案即便是在都會(huì)地區(qū)，誤差通常也不會(huì)超過1公尺。

Ammann透露，倘若研發(fā)工作進(jìn)展順利，今年底前這款產(chǎn)品就會(huì)正式發(fā)表，以便趕上汽車制造商與Tier 1業(yè)者的產(chǎn)品開發(fā)時(shí)程。