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车辆系统两性化 未来智能汽车将有5大技术趋势

发布时间:2019-08-15 01:48编辑:www.33522.com浏览(153)

    据美国交通部称,仅在美国,机动车每年的行驶里程数就超过了4万亿英里。为 了理解这一数字所代表的距离,想象一下光从太阳到达地球大约需要8分钟,但走完美国机动车每年行驶的里程则需要8个多月。以上统计数据并不代表人们渴望在 路上花更多时间,而是表述汽车在日常生活中扮演的核心角色。由于角色重要,人们越来越期待车辆系统更安全,其提供的个人化辅助和易用性水平也能像机动车驾 驶员和乘客的手机和平板电脑提供的一样。 消费者需求和竞争压力促使厂商提高汽车、卡车及其它公路车辆的智能化水平。例如,雪佛兰 沃蓝达(ChevyVolt)汽车中使用了近100个微处理器,共运行约1000万条代码,使得雪佛兰沃蓝达的软件运用比波音787梦幻客机、以前的航天 飞机和当代的喷气式战机还丰富。在这种电动汽车里,主流的汽车设计越来越依赖更加复杂精细的电子系统。 今天,设计师们可以利用各种 日益强大的硬件和软件技术来创建更复杂全面的汽车解决方案。结合 AUTOSAR(AUTomotiveOpenSystemArchitecture,汽车开放体系结构)等基于标准的平台,制造商们可以将各种汽车子系 统混合及匹配,满足特定的成本、性能和功能要求。实际上,汽车技术的进步接踵而至,但最显著的进步主要以汽车技术领域的五种关键趋势为中心。 技术趋势1:先进驾驶辅助系统 ADAS基于嵌入式可视技术,其设计旨在降低驾驶过程本身中驾驶员的负担。根据这种概念,可视系统围绕在车辆周围,旨在形成保护车辆免受驾驶员失误、道 路障碍、其它车辆和行人等影响的保护罩。利用其视觉处理能力,这些系统为车上安全系统提供识别和追踪信息,实现车道偏离告警、防撞、驾驶员疲劳检测和其它 更多保护功能。 嵌入式视觉系统的识别和实时跟踪能力传统上需要图像捕获和处理技术领域高度专业化的知识。如今,很多资源能帮助我 们简化这些复杂视觉系统的开发。专业视觉处理器、多核CPU和视觉软件库的组合,让每个工程师都拥有了复杂视觉的能力。事实上,多种开发工具套件,例如安 富利的Blackfin嵌入式视觉启动套件等,都能通过提供构建这些解决方案所需要的全套硬件、软件和测试功能,显著降低视觉式系统的准入门槛。 技术趋势2:先进电机控制 除初级驱动电机外,高级汽车还装配了驱动各类油泵、风扇、压缩机、 旋转器、制动器和自动驾驶装置的专用电机控制系统。大多数情况下,受效率和控制能力最大化的渴望推动,工程师们渐渐舍弃传统的标量控制系统,转而采用更复 杂的数字矢量控制算法,以提供最大扭矩并且加/减速的速率精确受控。新兴的无感控制方式进一步促成更多高性价比解决方案出现,为工程师提供驾驭先进级矢量 控制方法强大力量的最大化电机能力。 复杂的电机控制方法提供极大灵活性,但对设计师而言充满挑战。实际上,要使矢量控制设计的电 机在任何极端情况下能都稳定工作,就需要高度专业化的知识,并且在开发周期较短时往往会陷入困境。Zynq?- 7000AllProgrammableSoC/AnalogDevices智能驱动套件等开发套件的出现,极大地简化了这些技术的应用。智能驱 动套件包含一整套开发软件、电机控制参考设计和大气污染,还包括最新的AnalogDevices 数据转换器和基于ARMCortex-A9双核处理器的XilinxZynq-7000AllProgrammableSoC。 德州仪器(TexasInstruments)采用其基于C2000的PiccoloMCU系列,进一步将电机控制功能压缩到单芯片解决方案内。德州仪器 这些专门的MCU在片上ROM中集成了该公司的InstaSPIN电机控制软件解决方案,进一步缩短这些复杂应用的开发周期。 技术趋势3:引擎/能源管理系统 人们对更远行驶距离和更低燃料成本的渴望,提升了在车辆销售时,每加仑行驶英里数额定指标的重要性,也刺激引擎管理向高效数字化系统转化发展。除了在电 动和混合动力汽车中提供严格安全的电池监控功能,管理系统还为优化燃油或电池能量利用率提供所需的能量监测、分析和控制。 当在全车分散布设控制系统成为电机控制技术的趋势时,引擎管理的方式却是将信息从外设向中央控制器集中。因此,这些管理系统面对的困难,是将来自动力传动系统的实时传感器测量数据,与燃料或能量单元使用的复杂模型相协调,以优化整体工作状态。 对设计人员而言,一系列广泛的车用传感器、数据转换器和微处理器为这些解决方案提供了主要部件。NXP半导体的MC33975这类的器件配合集成的MCU,可实现多达22路模拟输入线路向MCU上集成数据转换器的多路传输,进一步简化设计,降低成本。 技术趋势4:图形化界面 汽车设备厂商不断响应消费者对更强大信息娱乐系统的渴望。目前许多级别的机动车都提供触摸屏显示控制台,设置在中控台、扶手、椅背甚至后视镜上(参见 “全新TFTLCD技术塑造未来汽车信娱系统”一文)。这些解决方案的核心中,都使用薄膜晶体管LCD提供分辨率、对比度和屏幕尺寸等所需设置 的组合。制造商利用车上显示屏的触摸功能,为车辆所有者提供“像智能手机一样”的车辆信娱和控制系统图形化接口,甚至允许相似的第三方应用程序商店提供范 围更广的车载式服务。 半导体制造商做出的回应是越来越多使用LCD和高集成度支持的显示管理。拥有片上LCD控制的MCU能简化设计且减少元件数,使得这些越来越重要的汽车功能得以提高可靠性并降低成本。 技术趋势5:物联网的系统中的汽车系统 因为与交通相关的设施对复杂性和安全性的要求极高,很少有系统应用的处理能力和交互式计算能力能与高档汽车的水平相匹敌。结合无所不在的社交网络,也许 再没有其它应用能提供更大的互连潜力,将智能汽车、卡车和其它车辆连接到一个物联网中,能优化车辆性能,实现乘客区内外的最佳用户体验。 正如以上每种趋势一样,这种趋势也利用了芯片制造商的能力,将更强的功能集成到更强大的微处理器中。这种情况下,集成无线连接能力不仅简化了汽车子系统 间的通信,而且也能用于车辆与外部事物相连,如外部网络、交通控制系统甚至其它车辆。在物联网广泛进入家庭和商业领域的愿景下,互连的车辆及其来源丰富的 数据将为更多服务提供未开发的潜力,例如预见性维护、性能动态、交通管理以及可能最重要的一点,即增强的安全性和突发状况响应能力。 很少有工程领域与汽车电子设计领域一样必须结合复杂性和安全性考虑。不过,在先进汽车电子的帮助下,制造商正快速提供隐藏了设计复杂性的开发解决方案。 反过来,这些现成的解决方案通过更先进的ADAS、电机控制、引擎管理、车内人机界面和车外通信,承诺提供更强安全性、更低价格和更高性能。

    在本届汽车电子峰会上,富士通公司重点展示了基于领先视频处理技术的三维全景系统,吸引了与会专业人士的极大兴趣。这种基于MB86R11“Emerald-L”2D/3D图像SoC的全景视频系统支持前后左右四个摄像头进行汽车周边环境的实时全景视频监测。据悉,MB86R11采用了独特的视频处理算法,四个摄像头采集的图像通过芯片进行视频捕捉、3D绘图后,呈现给驾驶员的是LCD上清楚显示的车周全景图像,实现身临其境的视觉效果,使驾驶员在停车、行车、转弯等条件下都能准确进行周边行车条件的判断。由于芯片本身集成了高性能的图形处理和中央处理器、存储器控制器,通过硬件的方式实现实时的四路视频信息处理,避免了一般视频处理芯片进行大量实时视频信息处理时的性能瓶颈。

    事实上,基于MB86R11实现的全景视频功能不仅仅可以给汽车驾驶带来360度的无障碍视觉效果,强大的视频处理能力还可以实现更多的安全功能。“该方案可以结合智能视频识别技术,实现包括路基识别、分界线识别、各种安全标示识别等主动安全功能。”王钰表示。此外,处理能力超强的视频芯片还可以进行更多的安全应用功能扩展,例如基于指纹识别的防盗功能、影像倒车辅助功能以及行车记录仪,等等。据悉,目前该芯片的汽车全景视觉应用已经可提供完整的参考设计,并实现了包括主动安全功能在内的多种功能开发。

    作为传统消费和工业电机控制方案的全球主要供应商,富士通在新能源汽车电机控制上也走在了前列,其32位电机控制MCU MB91F267NA已经取得不少成功应用。日前,富士通再次针对新能源汽车对电机控制的独特需求,发布了3款电动汽车电机控制MCU MB91580系列。作为高性能32位闪存嵌入微控制器的FR家族成员,该系列产品可广泛应用于电动汽车和混合动力汽车的电机控制。该系列节能汽车驱动电机控制芯片拥有专用嵌入旋转变压器感应器接口,能够开拓性地控制电动汽车和混合动力汽车中使用的三相电机。

    常规汽车电子成本比重为17%,混合动力电子成本在40%左右,而纯电动汽车的电子元器件占整车的成本将增加到60%,电子电路对于整车功能、性能和成本的影响将起决定性作用。“新能源车的电控技术更复杂,整车厂必须进行复杂的功能逻辑开发、算法研究和基于模型的仿真测试,这些对于我们来说都面临挑战,希望方案提供商给予更多的技术支持。”会场一位来自国内某知名汽车厂商的技术研发负责人坦率提出了自己困惑。

    高性能电机控制系统通常包括核心伺服功能、运动描述和主机通信功能,对处理器的处理能力提出了很高的要求。而MB91580系列内置高性能CPU内核,集成在160DMIPS高性能CPU内的专用浮点运算单元利用内置外设功能生成的信息处理向量转换和PID控制运算,该特性通过实现进一步快速反馈控制可以改善电机运行和降低能耗。

    图2:电机控制MCU融合了六大安全保障特性。

    高效率、低成本地实现高转矩汽车电机的控制过程极具挑战性。MB91580系列通过集成关键外设功能实现了降低系统成本、高速反馈控制,达到改善电机运行和低能耗的目的。MB91580集成的主要功能特性还包括:具有高精度检测电流和电机位置的12位A/D转换器和R/D转换器,R/D转换器检测电角度,与检测三相电流的A/D转换器同步;集成专用计算电路,因此可自动计算内置R/D转换器检测到的电角度的正弦和余弦值。“除了解决方案本身的性能特性外,电机控制相关算法也非常关键。富士通可以提供包括成熟的180度变频控制在内的各种核心关键算法,因此在新能源汽车的电机控制领域具有特殊的技术优势。”王钰指出。

    如何降低新能源汽车成本成为汽车行业人士关注的共同话题,而作为占据纯电动车成本60%以上的半导体器件非常关键。“我们已经推出和即将推出的多款方案特别注意了低成本设计,例如我们即将推出的高压MCU产品将集成高压输出,可以直接输出40V、60V或80V高压,使包括门窗、雨刮等电机控制的方案设计更加简单化、低成本。”王钰表示。除了高压MCU,富士通还通过在产品中实现更多的功能集成来降低成本,例如在最新的电机控制MCU中就集成了传感器接口和控制功能,将模拟电路技术与Flash MCU集成,在高压MCU中将集成电池管理功能,等等。

    知名调研机构iSuppli指出,一线供应商在为汽车开发系统时,必须满足三大关键条件,其中之一是必须支持视频显示和反馈。事实上,近年来汽车电子领域最具吸引力且成长最快的部分为基于显示终端的车载信息娱乐系统以及虚拟仪表系统。这些电子系统需要高性能的视频图像处理能力,要求高速进行大量实时成像数据的复杂处理。“富士通非常重视这块业务市场,目前富士通占有该领域全球领先的市场份额。”王钰指出。

    视频技术提升用户体验和安全特性

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    中国汽车行业继续稳坐全球汽车产销量第一的“宝座”,但随之而来的却是一连串的社会问题:原油对外依存度超过50%的国际公认安全警戒线;汽车尾气占城市废气超过65%…..新为全球解决传统能源汽车带来的环境问题和能源问题提供了最佳的机会,成为全球持续关注的热点。在近日举行的中国汽车电子高峰论坛上,基于新能源汽车的电子设计也成为热点话题。

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