FPGA在駕駛輔助系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用

隨著科技的不斷進(jìn)步，汽車行業(yè)也在不斷演變，而FPGA（可編程邏輯門陣列）的引入給汽車領(lǐng)域帶來了革命性的變化。FPGA作為一種靈活且高性能的“處理器”，已經(jīng)在汽車行業(yè)找到了廣泛的應(yīng)用

目前隨著新能源汽車的發(fā)展，智能化成為一個(gè)重要的發(fā)展方向，而芯片領(lǐng)域的萬金油-FPGA在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、輔助駕駛及通信系統(tǒng)（包括車輛對車輛（V2V）通信和車輛對基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）通信。通過V2V和V2I通信，車輛能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)交通信息的共享，從而提高交通安全性和效率）等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。下面結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元和輔助駕駛介紹一下FPGA在這兩方面的應(yīng)用。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）

發(fā)動(dòng)機(jī)控制幾乎從未被認(rèn)為是獲得更好燃油經(jīng)濟(jì)性的一種方式。但在燃油價(jià)格不斷上漲的今天，電子技術(shù)可以非常有效地提高燃油經(jīng)濟(jì)性。使用 FPGA 實(shí)現(xiàn) ECU 是一個(gè)很大的優(yōu)勢，因?yàn)樗梢院苋菀椎刂匦屡渲谩?/p>

發(fā)動(dòng)機(jī)控制算法，包括點(diǎn)火時(shí)機(jī)、燃油噴射量和氣門正時(shí)等。通過使用FPGA，汽車制造商能夠根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)類型和駕駛條件來優(yōu)化控制算法，從而提高燃油效率和性能。

基于上面，提出了一種循環(huán)地控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。該方法包括：維護(hù)識別引擎的映射函數(shù)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)；用給定氣缸的自適應(yīng)數(shù)據(jù)填充緩沖器，其中自適應(yīng)數(shù)據(jù)是測量給定氣缸的多個(gè)操作循環(huán)期間捕獲的映射函數(shù)的輸入和輸出；將映射函數(shù)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)與自適應(yīng)數(shù)據(jù)相結(jié)合；使用最小加權(quán)二乘法從組合數(shù)據(jù)集中識別映射函數(shù)；使用映射函數(shù)和當(dāng)前循環(huán)期間的輸入測量來預(yù)測給定汽缸在下一個(gè)循環(huán)中的燃燒特征；使用一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器在下一循環(huán)中基于給定汽缸的預(yù)測燃燒特征來控制發(fā)動(dòng)機(jī)。

傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元

上面理論只是控制運(yùn)行該引擎的一小部分內(nèi)容。下面參數(shù)和組件有助于更好地控制發(fā)動(dòng)機(jī)。

Injection duration

Injection timing

噴射燃油壓力

低壓燃油泵

點(diǎn)火時(shí)間

DBW 閥門

翻滾閥門（Tumble valves）

短/長流道閥門

通常，傳統(tǒng) ECU 具有以下 I/O 設(shè)備來運(yùn)行整個(gè)管理系統(tǒng)。

12 個(gè)噴油器輸出，可用作輔助輸出

8 個(gè)點(diǎn)火輸出

8 個(gè)輔助輸出，可驅(qū)動(dòng)高電平或低電平

8 個(gè)數(shù)字輸入，具有可配置的內(nèi)部上拉/下拉電阻

5 個(gè)觸發(fā)輸入，可配置為磁阻器或數(shù)字IO

4 VSS 或渦輪速度輸入，可配置為磁阻器或數(shù)字IO

16 個(gè)通用模擬輸入，其中 4 個(gè)可配置用于溫度傳感，2 個(gè)適用于氧氣傳感器

在怠速時(shí)，可能會(huì)以 14.7:1 左右運(yùn)行，但在輕負(fù)載時(shí)，可以比這更精簡地運(yùn)行，而不會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)故障。精簡程度取決于許多因素，包括傳動(dòng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率等，但 16:1 左右的比率通常是可以接受的。在某些汽車中，輕載時(shí)的精簡比可以達(dá)到 20:1。上面說明的是采用這種方法意味著可以根據(jù)負(fù)載和轉(zhuǎn)速條件將發(fā)動(dòng)機(jī)總混合比例從 16.5:1 的稀油比例設(shè)置到 12.5:1 的濃油比例。智能化意味著動(dòng)態(tài)去調(diào)整這類參數(shù)。

機(jī)器學(xué)習(xí)提供了一種有效的方法來捕獲復(fù)雜的循環(huán)燃燒模式，同時(shí)避免對底層混合物狀態(tài)和成分的顯式了解（假設(shè)選擇了適當(dāng)?shù)某橄笥成浜瘮?shù)）。雖然機(jī)器學(xué)習(xí)方法有明顯的好處，但一個(gè)關(guān)鍵問題是機(jī)器學(xué)習(xí)是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，需要相對大量的數(shù)據(jù)才能充分覆蓋大維空間。

這里推薦一個(gè)ECU的開源項(xiàng)目可用于學(xué)習(xí)相關(guān)理論。

駕駛輔助系統(tǒng)

FPGA在駕駛輔助系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如車道保持輔助、自適應(yīng)巡航控制和自動(dòng)緊急制動(dòng)等。利用FPGA處理實(shí)時(shí)視頻和傳感器數(shù)據(jù)，汽車能夠識別車道標(biāo)記和障礙物，以及調(diào)整車速和方向以保持安全距離。

目前ASIC在這方面的發(fā)展比較迅速，像英偉達(dá)、華為海思等公司都有專用的ASIC。早期在這方面探索的時(shí)候FPGA還是有一定的優(yōu)勢的，但是目前沒有了。所以在這里就不過多介紹了，下面的視頻是基于FPGA搭建的智能輔助系統(tǒng)：

完整的系統(tǒng)架構(gòu)如下：

總結(jié)

FPGA為汽車制造商帶來了更高的性能、靈活性和功能。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們有理由期待FPGA在未來汽車技術(shù)中的更多創(chuàng)新應(yīng)用，部分重配置等特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)整合非并發(fā)功能和硬件級容錯(cuò)的新穎機(jī)制。

但是，F(xiàn)PGA在這方面更多的是探索，未來屬于ASIC~

審核編輯：黃飛

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