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隨著全球新車安全評鑒協(xié)會的安全等級和法規(guī)對主動安全功能的要求日益嚴(yán)格，安全性已成為當(dāng)今車輛的一項(xiàng)不可或缺的特性。全球汽車制造商不斷增強(qiáng)其車輛內(nèi)的高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 功能（包括自動緊急制動 (AEB)、自適應(yīng)巡航控制 (ACC) 和高級車道居中），從而滿足這些安全要求并致力于實(shí)現(xiàn)更高水平的自動駕駛。為了支持這些功能并滿足安全法規(guī)，汽車周圍的雷達(dá)傳感器的數(shù)量正在增加。
不斷發(fā)展演進(jìn)的汽車架構(gòu)
汽車系統(tǒng)設(shè)計人員解決 ADAS 功能實(shí)現(xiàn)問題的一個方法是重新考慮電氣和電子系統(tǒng)架構(gòu)的結(jié)構(gòu)和集成。如今的典型架構(gòu)是邊緣架構(gòu)，它由高度智能的雷達(dá)傳感器組成，通過控制器局域網(wǎng)或 100Mb 以太網(wǎng)接口將處理后的數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)?ADAS 電子控制單元 (ECU)。這些傳感器專為高性能而設(shè)計，包含一個處理器以及一個用于執(zhí)行距離、多普勒和角度快速傅里葉變換 (FFT) 的專用加速器，以及用于物體檢測、分類和跟蹤的后續(xù)高級算法。然后，將來自每個邊緣雷達(dá)傳感器的最終物體數(shù)據(jù)發(fā)送到 ADAS ECU。圖 1 展示了邊緣架構(gòu)。
圖 1：邊緣架構(gòu)中的雷達(dá)傳感器連接到 ADAS ECU
邊緣架構(gòu)正在不斷發(fā)展演進(jìn)并讓位于衛(wèi)星架構(gòu)，其中散布在汽車周圍的傳感器感測頭通過高速 1Gb 以太網(wǎng)接口將預(yù)處理的距離 FFT 數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)焦δ軓?qiáng)大的中央 ECU。很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)處理工作將轉(zhuǎn)移到中央 ECU 上（圖 2）。與邊緣架構(gòu)（由單個雷達(dá)傳感器獨(dú)立執(zhí)行所有數(shù)據(jù)處理）不同，衛(wèi)星架構(gòu)可在中央處理器使用經(jīng)過極低限度處理的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)集中式數(shù)據(jù)處理。
圖 2：衛(wèi)星架構(gòu)中連接到中央 ECU 的雷達(dá)傳感器
衛(wèi)星架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
集中處理能夠?qū)崿F(xiàn)有效的傳感器融合算法，從而做出更準(zhǔn)確的決策。如同人腦是根據(jù)雙眼所看到的東西來做出決策，而不是根據(jù)每只眼睛看到的東西獨(dú)立做出決策。原始設(shè)備制造商 (OEM) 可以部署用于提高角分辨率（分布式孔徑雷達(dá)）和最大速度的算法，甚至可以部署機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行對象分類。傳感器輸入與這些算法的融合提高了檢測性能，并產(chǎn)生相對精確的感知圖。對于汽車制造商而言，這意味著自主水平得到提升。對于駕駛員和乘客而言，這意味著汽車更安全。
此外，使用衛(wèi)星雷達(dá)傳感器可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可擴(kuò)展性和模塊化。如果能夠?qū)鞲衅鞣胖迷谄囍車奖愕奈恢?，則可實(shí)現(xiàn)許多 ADAS 應(yīng)用。只需更改傳感器的數(shù)量或配置就可以調(diào)整覆蓋范圍，從而將單個平臺從成本敏感型低端車輛擴(kuò)展到具有不同自主水平的差異化高端車輛。
衛(wèi)星架構(gòu)通過傳感器融合算法和中央 ECU 更大的計算能力增加價值。通過軟件簡化的衛(wèi)星傳感器和差異化特性有助于降低系統(tǒng)復(fù)雜性并提供創(chuàng)造價值的新方法。此外，使用衛(wèi)星雷達(dá)后，汽車制造商可以選擇使用無線軟件更新來提高系統(tǒng)性能并增強(qiáng)安全性。性能、可擴(kuò)展性和簡易性等多重優(yōu)勢共同凸顯了衛(wèi)星架構(gòu)在汽車行業(yè)的突出地位。
專為衛(wèi)星架構(gòu)設(shè)計的雷達(dá)傳感器
德州儀器 (TI) 專為衛(wèi)星架構(gòu)設(shè)計了 AWR2544 片上雷達(dá)傳感器。它具有一個集成的 77GHz 收發(fā)器，配有四個發(fā)送器和四個接收器，可提供更大的距離檢測和更好的性能。它還包括成本優(yōu)化型雷達(dá)處理加速器和吞吐量增強(qiáng)型 1Gbps 以太網(wǎng)接口，用于生成和流式傳輸距離 FFT 壓縮數(shù)據(jù)。該器件符合汽車安全完整性等級 B，并可通過硬件安全模塊提供安全的執(zhí)行環(huán)境。
該器件還采用 TI 的封裝上裝載 (LOP) 技術(shù)而設(shè)計，該技術(shù)可通過印刷電路板 (PCB) 內(nèi)的波導(dǎo)將信號從封裝輻射元件直接傳輸?shù)?3D 天線。圖 3 展示了帶有 3D 波導(dǎo)天線的 AWR2544LOP 評估模塊。
圖 3：AWR2544LOP EVM
在系統(tǒng)層面，LOP 技術(shù)通過增大信噪比提高了性能，簡化了熱管理，通過避免使用昂貴的射頻 PCB 材料降低了成本，并通過在多個傳感器設(shè)計中實(shí)現(xiàn) PCB 重復(fù)使用提高了靈活性。
TI 還提供兼容的安全增強(qiáng)和優(yōu)化的電源管理集成電路，來簡化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。LP87725-Q1 具有三個低噪聲降壓轉(zhuǎn)換器、一個低壓降穩(wěn)壓器和一個負(fù)載開關(guān)（用于為基于 AWR2544 的衛(wèi)星架構(gòu)供電）以及以太網(wǎng)物理層。
結(jié)語
為了滿足不斷提升的自主水平和安全要求，ADAS 應(yīng)用也在不斷發(fā)展。隨著衛(wèi)星架構(gòu)等新架構(gòu)的出現(xiàn)，這些系統(tǒng)中的檢測和處理技術(shù)也必須不斷發(fā)展才能支持新功能。借助 AWR2544 雷達(dá)傳感器等器件，不僅可以讓汽車系統(tǒng)設(shè)計人員靈活地接納這些趨勢，而且有助于打造適合所有人的更安全、更智能的車輛。
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