隨著全球新車(chē)安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)的安全等級(jí)和法規(guī)對(duì)主動(dòng)安全功能的要求日益嚴(yán)格，安全性已成為當(dāng)今車(chē)輛的一項(xiàng)不可或缺的特性。全球汽車(chē)制造商不斷增強(qiáng)其車(chē)輛內(nèi)的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 功能(包括自動(dòng)緊急制動(dòng) (AEB)、自適應(yīng)巡航控制 (ACC) 和高級(jí)車(chē)道居中)，從而滿足這些安全要求并致力于實(shí)現(xiàn)更高水平的自動(dòng)駕駛。為了支持這些功能并滿足安全法規(guī)，汽車(chē)周?chē)睦走_(dá)傳感器的數(shù)量正在增加。
不斷發(fā)展演進(jìn)的汽車(chē)架構(gòu)
汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員解決 ADAS 功能實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的一個(gè)方法是重新考慮電氣和電子系統(tǒng)架構(gòu)的結(jié)構(gòu)和集成。如今的典型架構(gòu)是邊緣架構(gòu)，它由高度智能的雷達(dá)傳感器組成，通過(guò)控制器局域網(wǎng)或 100Mb 以太網(wǎng)接口將處理后的數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)?ADAS 電子控制單元 (ECU)。這些傳感器專(zhuān)為高性能而設(shè)計(jì)，包含一個(gè)處理器以及一個(gè)用于執(zhí)行距離、多普勒和角度快速傅里葉變換 (FFT) 的專(zhuān)用加速器，以及用于物體檢測(cè)、分類(lèi)和跟蹤的后續(xù)高級(jí)算法。然后，將來(lái)自每個(gè)邊緣雷達(dá)傳感器的最終物體數(shù)據(jù)發(fā)送到 ADAS ECU。圖 1 展示了邊緣架構(gòu)。
圖 1：邊緣架構(gòu)中的雷達(dá)傳感器連接到 ADAS ECU
邊緣架構(gòu)正在不斷發(fā)展演進(jìn)并讓位于衛(wèi)星架構(gòu)，其中散布在汽車(chē)周?chē)膫鞲衅鞲袦y(cè)頭通過(guò)高速 1Gb 以太網(wǎng)接口將預(yù)處理的距離 FFT 數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)焦δ軓?qiáng)大的中央 ECU。很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)處理工作將轉(zhuǎn)移到中央 ECU 上(圖 2)。與邊緣架構(gòu)(由單個(gè)雷達(dá)傳感器獨(dú)立執(zhí)行所有數(shù)據(jù)處理)不同，衛(wèi)星架構(gòu)可在中央處理器使用經(jīng)過(guò)極低限度處理的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)集中式數(shù)據(jù)處理。
圖 2：衛(wèi)星架構(gòu)中連接到中央 ECU 的雷達(dá)傳感器
衛(wèi)星架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
集中處理能夠?qū)崿F(xiàn)有效的傳感器融合算法，從而做出更準(zhǔn)確的決策。如同人腦是根據(jù)雙眼所看到的東西來(lái)做出決策，而不是根據(jù)每只眼睛看到的東西獨(dú)立做出決策。原始設(shè)備制造商 (OEM) 可以部署用于提高角分辨率(分布式孔徑雷達(dá))和最大速度的算法，甚至可以部署機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行對(duì)象分類(lèi)。傳感器輸入與這些算法的融合提高了檢測(cè)性能，并產(chǎn)生相對(duì)精確的感知圖。對(duì)于汽車(chē)制造商而言，這意味著自主水平得到提升。對(duì)于駕駛員和乘客而言，這意味著汽車(chē)更安全。
此外，使用衛(wèi)星雷達(dá)傳感器可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可擴(kuò)展性和模塊化。如果能夠?qū)鞲衅鞣胖迷谄?chē)周?chē)奖愕奈恢?，則可實(shí)現(xiàn)許多 ADAS 應(yīng)用。只需更改傳感器的數(shù)量或配置就可以調(diào)整覆蓋范圍，從而將單個(gè)平臺(tái)從成本敏感型低端車(chē)輛擴(kuò)展到具有不同自主水平的差異化高端車(chē)輛。
衛(wèi)星架構(gòu)通過(guò)傳感器融合算法和中央 ECU 更大的計(jì)算能力增加價(jià)值。通過(guò)軟件簡(jiǎn)化的衛(wèi)星傳感器和差異化特性有助于降低系統(tǒng)復(fù)雜性并提供創(chuàng)造價(jià)值的新方法。此外，使用衛(wèi)星雷達(dá)后，汽車(chē)制造商可以選擇使用無(wú)線軟件更新來(lái)提高系統(tǒng)性能并增強(qiáng)安全性。性能、可擴(kuò)展性和簡(jiǎn)易性等多重優(yōu)勢(shì)共同凸顯了衛(wèi)星架構(gòu)在汽車(chē)行業(yè)的突出地位。
專(zhuān)為衛(wèi)星架構(gòu)設(shè)計(jì)的雷達(dá)傳感器
德州儀器 (TI) 專(zhuān)為衛(wèi)星架構(gòu)設(shè)計(jì)了 AWR2544 片上雷達(dá)傳感器。它具有一個(gè)集成的 77GHz 收發(fā)器，配有四個(gè)發(fā)送器和四個(gè)接收器，可提供更大的距離檢測(cè)和更好的性能。它還包括成本優(yōu)化型雷達(dá)處理加速器和吞吐量增強(qiáng)型 1Gbps 以太網(wǎng)接口，用于生成和流式傳輸距離 FFT 壓縮數(shù)據(jù)。該器件符合汽車(chē)安全完整性等級(jí) B，并可通過(guò)硬件安全模塊提供安全的執(zhí)行環(huán)境。
該器件還采用 TI 的封裝上裝載 (LOP) 技術(shù)而設(shè)計(jì)，該技術(shù)可通過(guò)印刷電路板 (PCB) 內(nèi)的波導(dǎo)將信號(hào)從封裝輻射元件直接傳輸?shù)?3D 天線。圖 3 展示了帶有 3D 波導(dǎo)天線的 AWR2544LOP 評(píng)估模塊。
圖 3：AWR2544LOP EVM
在系統(tǒng)層面，LOP 技術(shù)通過(guò)增大信噪比提高了性能，簡(jiǎn)化了熱管理，通過(guò)避免使用昂貴的射頻 PCB 材料降低了成本，并通過(guò)在多個(gè)傳感器設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn) PCB 重復(fù)使用提高了靈活性。
TI 還提供兼容的安全增強(qiáng)和優(yōu)化的電源管理集成電路，來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。LP87725-Q1 具有三個(gè)低噪聲降壓轉(zhuǎn)換器、一個(gè)低壓降穩(wěn)壓器和一個(gè)負(fù)載開(kāi)關(guān)(用于為基于 AWR2544 的衛(wèi)星架構(gòu)供電)以及以太網(wǎng)物理層。
結(jié)語(yǔ)
為了滿足不斷提升的自主水平和安全要求，ADAS 應(yīng)用也在不斷發(fā)展。隨著衛(wèi)星架構(gòu)等新架構(gòu)的出現(xiàn)，這些系統(tǒng)中的檢測(cè)和處理技術(shù)也必須不斷發(fā)展才能支持新功能。借助 AWR2544 雷達(dá)傳感器等器件，不僅可以讓汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員靈活地接納這些趨勢(shì)，而且有助于打造適合所有人的更安全、更智能的車(chē)輛。
（來(lái)源：德州儀器）
