全球汽車(chē)製造商不斷強(qiáng)化車(chē)輛內(nèi)的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能，藉以達(dá)到安全的評(píng)級(jí)和法規(guī)要求，為了支援先進(jìn)功能並符合安全法規(guī)，車(chē)輛周?chē)睦走_(dá)感測(cè)器數(shù)量不斷增加，而持續(xù)進(jìn)化的車(chē)輛架構(gòu)為汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。
隨?全球新車(chē)評(píng)估計(jì)畫(huà)的安全評(píng)級(jí)和法規(guī)對(duì)主動(dòng)安全功能的要求漸趨嚴(yán)格，在現(xiàn)今的車(chē)輛中，安全性已成為不容妥協(xié)的特性。全球汽車(chē)製造商不斷強(qiáng)化車(chē)輛內(nèi)的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能，包括自動(dòng)緊急煞車(chē)（AEB）、智慧主動(dòng)車(chē)距控制巡航系統(tǒng)（ACC）與進(jìn)階車(chē)道居中等，藉此滿足前述安全要求，並且亦以更高的自動(dòng)駕駛層級(jí)為目標(biāo)。為了支援這些功能並符合安全法規(guī)，車(chē)輛周?chē)睦走_(dá)感測(cè)器數(shù)量不斷增加。
不斷進(jìn)化的車(chē)輛架構(gòu)
汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員因應(yīng)ADAS功能實(shí)作的方式之一，就是重新考量電氣與電子系統(tǒng)架構(gòu)的架構(gòu)與整合。目前一般採(cǎi)用的架構(gòu)為邊緣架構(gòu)，由高度智慧化的雷達(dá)感測(cè)器組成，其會(huì)透過(guò)控制器區(qū)域網(wǎng)路或100 Mb乙太網(wǎng)路介面， 將經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)串流至 ADAS 電子控制單元（ECU）。
這些感測(cè)器旨在實(shí)現(xiàn)高效能，其中包含處理器與通常為專(zhuān)用的加速器，藉此執(zhí)行範(fàn)圍、都卜勒和角度快速傅立葉轉(zhuǎn)換（FFT），以及用於物件偵測(cè)、分類(lèi)與追蹤的後續(xù)高階演算法。隨後，每個(gè)邊緣雷達(dá)感測(cè)器的最終物件數(shù)據(jù)，均會(huì)傳送至ADAS ECU。圖一說(shuō)明邊緣架構(gòu)。
| 圖一 : 邊緣架構(gòu)中的雷達(dá)感測(cè)器連接至 ADAS ECU |
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邊緣架構(gòu)不斷進(jìn)化，並逐漸受到衛(wèi)星架構(gòu)取代，在衛(wèi)星架構(gòu)中，遍佈在車(chē)輛周?chē)母袦y(cè)頭會(huì)透過(guò)高速 1 Gb 乙太網(wǎng)路介面，將經(jīng)過(guò)預(yù)先處理的範(fàn)圍 FFT 數(shù)據(jù)傳送至強(qiáng)大的中央 ECU。大部分的數(shù)據(jù)處理作業(yè)都會(huì)卸載至中央 ECU （圖 二）。
衛(wèi)星架構(gòu)可在中央處理器使用經(jīng)過(guò)最少處理的數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中式數(shù)據(jù)處理，這不同於邊緣架構(gòu)，因?yàn)檫吘壖軜?gòu)則是由個(gè)別雷達(dá)感測(cè)器獨(dú)立處理所有數(shù)據(jù)。
| 圖二 : 衛(wèi)星架構(gòu)中的雷達(dá)感測(cè)器連接至中央 ECU |
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衛(wèi)星架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
集中式處理可實(shí)作有效的感測(cè)器融合演算法，進(jìn)而提升決策準(zhǔn)確度。有一種合適的比喻可說(shuō)明此作業(yè)，那就是人類(lèi)大腦會(huì)根據(jù)來(lái)自雙眼的輸入資訊做出決策，而不是根據(jù)單一眼睛獨(dú)立做出決定。
原始設(shè)備製造商 （OEM） 可部署用於提高角解析度 （分散式孔徑雷達(dá)） 的演算法、最大速度的演算法，甚或是用於物件分類(lèi)的機(jī)器學(xué)習(xí)演算法。將融合的感測(cè)器輸入與前述演算法相互結(jié)合後，即可提升感測(cè)性能，並產(chǎn)生相對(duì)精確的感知圖。對(duì)汽車(chē)製造商而言，這代表自主程度更高。對(duì)駕駛與乘客而言，這代表車(chē)輛更加安全。
此外，使用衛(wèi)星雷達(dá)感測(cè)器可提升系統(tǒng)可擴(kuò)展性和模組化特性。由於可將感測(cè)器安置在車(chē)輛周?chē)鼮楸憷奈恢茫虼丝蓪?shí)現(xiàn)許多的ADAS應(yīng)用。只要變更感測(cè)器數(shù)量或感測(cè)器配置，即可調(diào)整涵蓋的程度，因此可將具成本效益的低階車(chē)輛單一平臺(tái)，擴(kuò)充至具有不同自主性程度且與眾不同的頂級(jí)車(chē)輛。
衛(wèi)星架構(gòu)可透過(guò)感測(cè)器融合演算法，以及中央ECU所具備的更強(qiáng)大運(yùn)算功能，增添價(jià)值。簡(jiǎn)化的衛(wèi)星感測(cè)器，以及透過(guò)軟體所實(shí)現(xiàn)的差異化，可協(xié)助降低系統(tǒng)複雜性，並提供創(chuàng)造價(jià)值的新方法。此外，使用衛(wèi)星雷達(dá)也讓汽車(chē)製造商可選擇使用無(wú)線軟體更新，藉此提升系統(tǒng)性能並強(qiáng)化安全性。前述多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，包括性能、可擴(kuò)展性和簡(jiǎn)單性等，都是讓衛(wèi)星架構(gòu)能在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中擁有卓越地位的推手。
專(zhuān)為衛(wèi)星架構(gòu)設(shè)計(jì)的雷達(dá)感測(cè)器
TI 專(zhuān)門(mén)為衛(wèi)星架構(gòu)設(shè)計(jì)了AWR2544 晶片內(nèi)建雷達(dá)感測(cè)器。其採(cǎi)用具有四個(gè)發(fā)射器和四個(gè)接收器的整合式77- GHz 收發(fā)器，可提供更高的範(fàn)圍偵測(cè)功能和更佳的性能。此外也包含成本最佳化的雷達(dá)處理加速器，以及輸送量經(jīng)強(qiáng)化的1-Gbps乙太網(wǎng)路介面，以產(chǎn)生並串流範(fàn)圍FFT 壓縮數(shù)據(jù)。此產(chǎn)品符合汽車(chē)安全完整性等級(jí) B，並且可透過(guò)硬體安全性模組提供安全的執(zhí)行環(huán)境。
此產(chǎn)品亦採(cǎi)用 TI 的封裝發(fā)射（LOP）技術(shù)設(shè)計(jì)，因此可透過(guò)印刷電路板 （PCB） 內(nèi)的波導(dǎo)，直接將訊號(hào)從封裝輻射元件傳輸至3D天線。圖三所示為具有 3D 波導(dǎo)天線的 AWR2544LOP 評(píng)估模組。
就系統(tǒng)層級(jí)而言，LOP技術(shù)可透過(guò)更高的訊號(hào)雜訊比提升性能、簡(jiǎn)化熱管理、避免使用昂貴的 RF PCB 物料以降低成本，同時(shí)還可在多個(gè)感測(cè)器設(shè)計(jì)中重複使用 PCB，加以提升靈活性。
TI也提供相容、經(jīng)安全強(qiáng)化且最佳化的電源管理積體電路，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)實(shí)作。LP87725-Q1 具備三個(gè)低雜訊降壓轉(zhuǎn)換器、一個(gè)低壓降穩(wěn)壓器和一個(gè)負(fù)載開(kāi)關(guān)，可為以 AWR2544 為基礎(chǔ)的衛(wèi)星架構(gòu)供電，此外亦具備乙太網(wǎng)路實(shí)體層。
結(jié)論
ADAS應(yīng)用不斷進(jìn)化，以跟上不斷提升的自主性程度和安全需求。隨著衛(wèi)星架構(gòu)等新架構(gòu)問(wèn)世，這類(lèi)系統(tǒng)中的感測(cè)與處理技術(shù)也必須一併進(jìn)化，以支援新功能。在汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員採(cǎi)用這些趨勢(shì)時(shí)，如AWR2544雷達(dá)感測(cè)器等產(chǎn)品即可提供靈活性，並協(xié)助打造更安全、更智慧的車(chē)輛。
（本文由德州儀器提供）
