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如何通過傳感器融合技術提升自動駕駛水平

2022-07-08 13:38:28 來源:德州儀器

隨著ADAS技術擴展至緊急剎車、前方碰撞警告和避讓以及盲點探測等時間敏感型關鍵應用領域,它可通過結合來自多個傳感器的數據實時提供可靠的決策,從而帶來更安全的自動駕駛體驗。

使用人工智能輔助攝像頭,可識別路標并讓車輛保持行駛在車道標線內,它實現了更加智能與安全的駕駛功能。但是,當攝像頭視野和駕駛人員視野同樣受到霧氣影響時,會發生什么?

攝像頭可能在物體識別方面功能強大,但在惡劣天氣或夜間使用時效果不佳?!?/span>德州儀器高級駕駛輔助系統 (ADAS)總經理Miro Adzan表示,“而雷達卻可以在雨雪或薄霧天氣繼續工作。駕駛輔助系統需要整合多種不同的傳感器,這樣車輛行駛時才能充分利用這些不同技術的優勢?!?/span>

憑借不同類型傳感器的優勢,不僅可以在不同條件或應用之間進行切換,即使是在晴朗的天氣,攝像頭也能更準確地捕捉到物體的細節,而雷達也會更準確地測量物體的距離。

隨著此類系統應用擴展至緊急剎車、前方碰撞警告和避讓以及盲點探測等時間敏感型關鍵應用領域,設計工程師需要將這些不同的信息來源整合到單一畫面中,從而據此做出實時可靠的決策。

德州儀器Jacinto?處理器的總經理Curt Moore表示:“對于自動泊車,您需要結合來自攝像頭、雷達的數據,有時還需要超聲波數據,這樣便可準確了解車輛周圍的情況。單獨使用此類傳感器產生的數據都不夠準確,但如果將它們結合使用,則可以更準確地了解您周圍的空間情況。這樣,您可以安全地將車停在更為狹窄的空間內?!?/span>

汽車傳感器的普及

現在,高級安全系統不再只是高端汽車的專利。近 93%在美國生產的汽車都配備了至少一項ADAS功能。到 9 月份,美國 99% 的新車將標配自動緊急剎車功能。1

這種轉變源于傳感器的成本不斷降低且尺寸越來越小,例如,TI 毫米波雷達傳感器就將整個雷達系統集成到了硬幣大小的芯片中。

Miro表示:“十年前,由于尺寸、成本和復雜性問題,雷達主要用于軍事應用。而如今,雷達即將成為汽車的標配?!?/span>

雖然經濟適用的傳感器的普及開辟了新的應用領域,但也給ADAS工程師帶來了新的挑戰。他們需要設計系統,對所有數據流進行匯總和有效處理,同時滿足嚴苛的性價比和功耗限制要求。

通信方面的挑戰

在單傳感器ADAS系統中,可在傳感器附近預處理物體檢測的數據,這樣便可立即使用這些信息。然而,傳感器融合技術要求將原始的高分辨率數據立即傳輸到中央單元進行處理,從而形成單一、準確的環境模型,幫助車輛避免碰撞。

德州儀器FPD-Link? 產品總經理Heather Babcock表示:“由于所有數據都來自此類傳感器節點,因此需要確保所有數據都進行了同步,這樣,車輛能夠感應您周圍發生的狀況并做出關鍵決策。為了實時傳輸同步數據,必須進行高帶寬、無壓縮的傳輸,因為壓縮數據會造成延遲?!?/span>

我們創建FPD-Link通信協議的初衷是為了將數字視頻流從圖形處理器傳輸到數字顯示器,如今旨在用簡單、易于布線的電纜在數米范圍內傳輸大量未壓縮的數據。

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Heather表示:“您在這一端有一個標準協議以及FPD-Link串行器,該串行器配備非常安全且可靠的專有編碼功能,用于轉換數據流。這與另一端配對的解串器相匹配,該解串器將數據重構為原始格式,并通過TI產品組合支持的各種其他接口協議進行數據傳輸?!?/span>

實現更有效的決策

一旦這些數據到達中央處理器,通常需要使用計算密集型信號處理和深度學習算法,將其整合到汽車周圍環境的統一模型中,所需的電源輸入和熱量輸出也隨之增加。

由于汽車的物理限制,對電池和冷卻功能基礎設施的尺寸和重量有嚴格限制要求,因此ADAS工程師需要專門設計處理器,從而盡可能有效地執行此類任務。

德州儀器的 Jacinto處理器結合了專用的數字信號處理(DSP)和矩陣乘法內核,即便在高達125攝氏度的溫度下,也能以業內超低的可用功率運行。

Curt表示:“將DSP和處理器集成到一個片上系統中具有巨大的優勢。在單獨使用的情況下,它們各自都需要獨立的內存和電源,這會提高系統成本。另一個優勢是將此類操作集成到一個芯片,可以減少延遲?!?/span>

除了節能處理器,德州儀器的汽車電源管理集成電路具有用于傳感器融合、前置攝像頭和域控制器的功能安全性,可提升車輛的整體電源效率和功能。

除了單個器件外,德州儀器整個ADAS產品生態系統是為實現無縫兼容而創建的,汽車制造商可從整體產品組合中進行選擇,該組合可根據其車輛的需求和價位進行擴展。

Miro表示:“我們在所有ADAS藍圖設計環節都考慮到了車輛所面臨的各種挑戰。這樣,我們的客戶可以更輕松地進行系統設計?!?/span>

其他參考資料

·        https://www.aaa.com/AAA/common/AAR/files/ADAS-Technology-Names-Research-Report.pdf


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