汽車電子技術(shù)發(fā)展成了啥樣？前沿汽車電子技術(shù)一覽

汽車電子技術(shù)發(fā)展成了啥樣？要怎么玩兒轉(zhuǎn)它？從先進(jìn)的傳感器到人工智能，汽車正在快速成為最新的電子技術(shù)與產(chǎn)品的樂園……

汽車應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了一系列新技術(shù)，包括電力系統(tǒng)的改進(jìn)、非常復(fù)雜的遠(yuǎn)程信息處理，還有自動(dòng)駕駛。今天的汽車有更多的電子產(chǎn)品。然而，隨著諸如高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等功能成為標(biāo)準(zhǔn)配置，而不是昂貴的選項(xiàng)，更多的先進(jìn)功能模塊將會(huì)進(jìn)入尋常百姓家的汽車當(dāng)中。

通過改進(jìn)傳感器、處理器和內(nèi)存、軟件，甚至是需要實(shí)時(shí)集成的人機(jī)接口，使得一些變化正在悄然實(shí)現(xiàn)（見圖1）。下面介紹一些最新技術(shù)，以及他們與其它技術(shù)的關(guān)系如何使其在汽車應(yīng)用環(huán)境中更為重要。

圖1. 需要多個(gè)重疊的傳感器來提供系統(tǒng)建立情境意識(shí)的信息，以實(shí)施安全的ADAS支持

1、車用傳感器的進(jìn)展

汽車應(yīng)用受益于可以流式傳輸4K視頻的相機(jī)，與人工智能（AI）中的機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）軟件一起，高清晰度攝像機(jī)正用于先進(jìn)ADAS應(yīng)用的障礙物和物體識(shí)別。這里，更高的分辨率是至關(guān)重要的，它也對(duì)備份相機(jī)有用。

多個(gè)攝像機(jī)組合使用可以用來提供汽車周圍的鳥瞰圖瑞薩電子的，例如R-Car開發(fā)套件將來自4個(gè)攝像機(jī)的視頻流編組成360度視圖（見圖2）。當(dāng)在狹窄的地方停車或?qū)Ш綍r(shí)，這是非常有用的。更先進(jìn)的ADAS系統(tǒng)突出了可能遇到的沖突的區(qū)域。

圖2.瑞薩的R-Car SoC能夠通過將來自4臺(tái)攝像機(jī)的視頻流編織在一起，在車輛周圍產(chǎn)生360度的鳥瞰圖

最近，有兩種量程傳感器呈現(xiàn)出顯顯著的改進(jìn)，他們是LiDAR和相控陣?yán)走_(dá)。這些都不是什么新技術(shù)，但小型化和成本降低的重大進(jìn)步將影響這些系統(tǒng)的使用時(shí)間和地點(diǎn)。

例如，Innoviz （見圖3），LeddarTech，Quanergy和Velodyne是提供3D固態(tài)LiDAR系統(tǒng)的公司。這些系統(tǒng)適用于機(jī)器人等領(lǐng)域，這些系統(tǒng)越來越小，將有多個(gè)單元被隱藏在汽車周圍。

圖3. Innoviz只是提供3D LiDAR技術(shù)的許多廠商之一

InnovizOne具有200米的深度精度優(yōu)于2厘米的范圍。它保持100度~25度的視場(chǎng)，0.1~0.1度的空間分辨率。該設(shè)備以超過6 Mpixels/s的3D分辨率提供25幀/秒。

相控陣?yán)走_(dá)克服了LiDAR的許多局限性，允許它在雨雪中操作，否則可能會(huì)誤導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)。雷達(dá)可用于補(bǔ)償LiDAR和圖像系統(tǒng)。一些公司正在努力在這一領(lǐng)域提供技術(shù)。例如，德州儀器（TI）單芯片毫米波傳感器mmWave可處理傳感器和ADAS應(yīng)用的76~81 GHz傳感器陣列。

所有這些技術(shù)都在多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用，從制造到安全，甚至是3D掃描和打印。

2、軟件進(jìn)展

目前，AI和ML正在引起興起，因?yàn)樗鼈兡転锳DAS帶來高效的圖像識(shí)別，這對(duì)于安全的自駕駕駛或增強(qiáng)的駕駛體驗(yàn)至關(guān)重要。AI和ML的基礎(chǔ)技術(shù)基于深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）。

即使在汽車應(yīng)用環(huán)境中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也不會(huì)取代常規(guī)的軟件應(yīng)用，而只是解決一些較為困難的問題。結(jié)合新的硬件，他們也可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)執(zhí)行，這在對(duì)安全性要求較高的應(yīng)用程序（如自動(dòng)駕駛）中是必需的。在這種情況下，多核處理器會(huì)發(fā)揮重要作用，但GPU能實(shí)現(xiàn)更好的工作效果（見圖4）。定制硬件最好，如專門的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）可以處理機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。

圖4. 來自Nvidia的Drive PX2是針對(duì)汽車應(yīng)用的最新多核CPU/GPU解決方案

這些解決方案的并行處理性能在設(shè)計(jì)中的多核和晶體管數(shù)增長方面表現(xiàn)良好，即使上級(jí)時(shí)鐘頻率達(dá)到峰值。與更傳統(tǒng)的處理器解決方案相比，定制的解決方案具有較低的功耗。

車載信息娛樂（IVI）系統(tǒng)的進(jìn)步正在改變司機(jī)和乘客的可視化方式，以及如何將智能設(shè)備和基于云的應(yīng)用程序連接到他們的車上。所有汽車制造商均提供基于蜂窩的Wi-Fi汽車熱點(diǎn)。更多的選擇需要更強(qiáng)大和開放的方法。在這方面，GENIVI聯(lián)盟促進(jìn)了與操作系統(tǒng)無關(guān)的開放標(biāo)準(zhǔn)。

例如，Linux基金會(huì)的汽車級(jí)Linux（AGL）是已經(jīng)得到了廣泛廠商支持的IVI系統(tǒng)。豐田的2018款凱美瑞（見圖5）以及未來的豐田汽車將使用AGL 。

圖5. 豐田的2018款凱美瑞將為其車載信息娛樂（IVI）系統(tǒng)運(yùn)行汽車級(jí)Linux（AGL）

考慮到大量傳感器產(chǎn)生的信息量，以及由AI系統(tǒng)處理和生成的數(shù)據(jù)和車載網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)的視頻流時(shí)，汽車系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序和任務(wù)的數(shù)量可能會(huì)令人吃驚。在關(guān)鍵的安全領(lǐng)域，管理數(shù)據(jù)分發(fā)可以得益于像對(duì)象管理組（OMG）數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）這樣的標(biāo)準(zhǔn)，可以在整個(gè)系統(tǒng)中提供安全、實(shí)時(shí)的管理數(shù)據(jù)交換能力。這種方法比在應(yīng)用程序之間需要較少連接的設(shè)計(jì)中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)解決方案更好。

虛擬機(jī)管理程序是另一種常用工具，但不在車輛控制設(shè)置中。然而，由于多核解決方案的數(shù)量和復(fù)雜性，以及將安全和安全關(guān)鍵組件與IVI及非關(guān)鍵系統(tǒng)相結(jié)合的需求，這種變化也在明顯改變著。面向汽車的虛擬機(jī)管理程序可從諸如Blackberry QNX Hypervisor，Wind River VxWorks，Green Hills Software INTEGRITY Multivisor （見圖6）和Mentor Graphics的嵌入式管理程序等供應(yīng)商獲得。

圖6. Green Hills Software的Multivisor提供了1型虛擬機(jī)管理程序的虛擬機(jī)隔離，在與IVI子系統(tǒng)相同的硬件上承載安全和關(guān)鍵子系統(tǒng)的汽車環(huán)境中，該虛擬機(jī)正在變得越來越普遍

虛擬機(jī)管理程序允許對(duì)虛擬機(jī)（VM）進(jìn)行分區(qū)，從而可以對(duì)安全和安全認(rèn)證進(jìn)行劃分。這意味著非關(guān)鍵組件也不需要相同級(jí)別的認(rèn)證，這需要時(shí)間并且非常昂貴。同樣，隨著時(shí)間的推移，第三方添加有限的安全和安全相關(guān)組件在IVI中變得越來越普遍。

像Blackberry的QNX Hypervisor 2.0，這樣的1型虛擬機(jī)管理程序設(shè)計(jì)的很小巧，具有低內(nèi)存和性能開銷，但功能對(duì)于性能和安全性至關(guān)重要（見圖7）。QNX提供具有可配置調(diào)度策略的、基于優(yōu)先級(jí)的虛擬CPU（vCPU）。管理程序基于QNX SDP 7.0 RTOS，從而提供細(xì)粒度的管理和安全性。QNX Neutrino RTOS是需要安全認(rèn)證的VM備選方案。QNX OS for Safety已通過ASILD和IEC 61508 SIL3的ISO 26262認(rèn)證，并已被用于SIL 4認(rèn)證的EN 50128系統(tǒng)。

圖7. 安全性滲透到汽車環(huán)境的各個(gè)方面，從制造到安全的空中更新協(xié)調(diào)和支持這種基礎(chǔ)設(shè)施可能是一個(gè)挑戰(zhàn)，黑莓公司正在盡力提供一個(gè)完整的解決方案