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自駕感知

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邁向Level 3+自動駕駛 電源/雷達/感知設計更精進

目前市面上搭載先進駕駛輔助系統(ADAS)的車款,多處於Level 1、Level 2的階段,例如道路偏移警示系統(LDWS)、盲點偵測等功能是屬於Level 1,而ACC自動巡航系統和自動煞車等應用則歸類於Level 2。然而,在強化行車安全以及提升消費者體驗的驅動之下,全球車廠與Tier 1車電相關業者,無不勠力邁向Level 3以上的自駕等級,而ADAS功能的突破、升級,將是促成此一發展目標實現的重要關鍵;為此,產官學各界紛紛朝汽車電源架構、雷達、感知系統等方面著手,以提升ADAS性能,並早日實現Level 3以上的自駕車 汽車元件日益增加 電源設計須更注意 茂宣企業應用工程經理陳俞阡(圖1)表示,汽車電子系統設計十分複雜,特別是自動駕駛車輛(或是ADAS的車輛),因當中結合了許多數位和類比元件。像是自動駕駛除了要搭載中央運算平台,在平台之外還須連接許多閘道器(Gateway),並搭配許多感測器,如雷達、影像感測器、光達等;同時,還有著許多連網元件以實現車聯網。因有著這麼多樣功能和元件,使得現今的自動駕駛車輛產生大功率需求,且必須強化EMI防護,避免元件間相互干擾,影響到中央運算系統、閘道器等對資料收集的精確度和分析判斷。 圖1 茂宣企業應用工程經理陳俞阡表示,汽車電子系統結合了許多數位和類比元件,因此EMI防護十分重要。 為此,ADI備有Silent Switcher 2 LT8640S、LT8643S和LT8650S同步降壓穩壓器,具備可將EMI輻射降到最低的Analog Devices第二代Silent Switcher架構,並使用旁路電容器、接地平面、銅柱和其他可將所有快速電流迴路最佳化的元件組合,可在高切換頻率下高效運作。42V/6A穩壓器的靜態電流為2.5µA,1MHz下的效率高達96%,可以提供快速、乾淨且低過充的切換邊,即使是在高切換頻率下亦能夠實現高效運作和高降壓率。 陳俞阡進一步指出,隨著節能減碳意識興起,電動車和油電混合車也持續成長,使得自動駕駛的電動車和油電混合車在電源設計上,除了有著上述的挑戰之外,另一個挑戰便是目前許多車款都採用48V/12V汽車雙電池系統。 換言之,目前採用48V/12V汽車雙電池系統的電動車或油電混合車,車上既有12V的電池,同時也有48V的電池,所以在進行設計時,必須考量到能量要能夠從48V傳輸到12V,反之亦然;而若電池放電,則需要雙向電力傳輸來為電池充電,使得控制器必須能夠非常精確地控制充電電流,避免損壞電池。 基於此一需求,ADI也擁有多相位同步降壓或升壓控制器LTC3871,可在12V和48V電路板網路之間,提供了雙向DC-DC控制和電池充電。其可操作於降壓模式(從48V匯流排至12V匯流排)或升壓模式(從12V至48V)。任一模式可利用一個施加的控制訊號按需求配置。且其多達12個相位,可並聯和異相定時,以將高電流應用(高達250A)的輸入和輸出濾波要求降至最低。 打造自駕車輛 雷達/聯網是關鍵 是德科技應用工程部資深專案經理蘇千翔(圖2)表示,自動駕駛發展一直以來都備受矚目且有著龐大的商機,目前有95%的意外事故都是人為造成,而汽車產業之所以會如此積極推動自駕發展,最主要的原因便在於希望透過自駕車,大幅降低交通意外事故。 圖2 是德科技應用工程部資深專案經理蘇千翔指出,自動駕駛車輛其中一項關鍵元件是車用雷達。 而要打造自動駕駛車輛,其中一項關鍵元件便是車用雷達,有了車用雷達(及其他感測器),自駕車才能夠全面掌握周遭環境。蘇千翔指出,目前雷達主要是進行障礙物檢測或是盲點檢測,其代表著車子的感知能力,透過雷達獲取周遭環境資料後再送到中央系統進行分析、判讀。也因此,車用雷達的性能、精確度以及可靠性對自駕車而言至關重要。 因此,是德科技推出新的增強型Keysight E8740A汽車雷達訊號分析與產生解決方案。此一方案基於高效能實體層儀器,可為每個待測雷達設計提供同級中最有效的射頻(RF)和毫米波效能驗證,並具備易於使用的直覺式操作介面,能以更高效率進行測試,且還可產生各種真實條件,以解決任何潛在的汽車雷達干擾問題。 簡而言之,ADAS和自動駕駛汽車發展愈來愈迅速,而實現自動駕駛車輛需倚賴大量的感測器,有鑑於此,是德科技將持續投入資源,以實現全面協助開發人員克服雷達設計和效能驗證挑戰的目標。 另一方面,車聯網也是自動駕駛另一重點發展方向,蘇千翔表示,V2X通訊是一種汽車通訊系統,可將來自感應器和其他來源的資訊,透過高頻寬、低延遲、高可靠度的鏈路進行傳播,有助於推動完全自動駕駛的未來發展。C-V2X透過蜂巢式網路與雲端服務(如導航和車載資訊娛樂系統)進行通訊,並且透過直接連接將汽車與所有裝置相連,包括裝置(V2V)、行人(V2P)、基礎設施(V2I),以及網路(V2N)互連。 不過,目前C-V2X面臨的最大挑戰之一是跟上最新標準,該標準要求測試解決方案必須與C-V2X要求的最新發展保持同步,包括未來的5G NR版本。因此,是德科技推出新的蜂巢式V2X(Cellular Vehicle-to-everything)和先進的車載乙太網路解決方案,以因應不斷演進的產業標準並確保元件之間的互通性。 此一工具套件能夠在射頻、協定和應用層測試方面,跟上不斷演進的C-V2X標準解決方案,其5G NR V2X平台基於3GPP第16版標準,可因應未來規範並保護投資,加速新技術的部署,進而實現先進的安全功能。 自駕車輛要上路 實際模擬不可少 為了降低肇事率,確保駕駛安全(特別是未來人口老化越來越明顯),自駕車發展勢在必行。自動駕駛車輛的核心技術包括感知/定位、決策規劃、車輛動態控制等,除了這些技術之外,還有一項不容忽視的要素便是整車測試驗證。 車輛研究測試中心(ARTC)研發處經理許文賢(圖3)說明,自動駕駛實車上路之前,一定要進行所謂的模擬驗證,以確保安全性。因為某些突發狀況在真實道路上較難測試,譬如說行人不會三不五時的突然竄出衝到馬路上;因此,自駕車實車上路前勢必要先進行各種情況的模擬驗證,以確保車輛上路後能夠因應各種突發狀況。 圖3 車輛研究測試中心(ARTC)研發處經理許文賢說明,模擬驗證是自駕車上路前不可缺少的步驟。 據悉,自駕層級提升所面臨的測試問題包括:符合不同標準的測試環境(NHTSA、ISO、Euro NCAP等)、如何確保產品基本性能、測試數據的代表性、更嚴謹的測試方法、如何產生更多樣/貼近實務的測試情境、測試數據是否足夠、如何加快測試時程、如何驗證感測資訊的準確度,以及系統的強健性(Faultinjection)等。 因應這些測試需求,車輛中心有著SAE Level 0~5駕駛模擬驗證方案,包括Model In The Loop(MiL)、Software...
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