Современный автомобиль просто забит электроникой. От базовых удобств, таких как сиденья с электроприводом, окна и зеркала, до новейших передовых систем помощи водителю (ADAS), автомобиль стал главной платформой развития электроники. В этой коллекции электронных систем отсутствует какая-либо форма беспроводной связи с внешним миром.
Да, многие современные автомобили включают в себя беспроводную связь, такую как AM, FM и спутниковое радио; GPS навигация и связь через Bluetooth. Некоторые даже предлагают горячую точку Wi-Fi (хот-спот). Однако автомобили не общаются друг с другом или с какой-либо инфраструктурой. Это пренебрежение вот-вот будет исправлено — на пути к расширению беспроводной связи.
Телематика сегодня, а что же завтра?
Одна из возможностей подключения, появляющаяся в новых автомобилях, — это телематика. Телематика — это в основном просто беспроводная передача данных определенных типов (например, от датчиков). В транспортных средствах телематика обычно передает данные местоположения на основе GPS через сотовую сеть. Она широко используется на грузовиках и в автомобильных парках для отслеживания их местоположения и состояния авто. Он также встречается в автомобилях, но пока еще не получил широкого распространения. Самый известный пример — OnStar от GM. Телематика использует GPS-приемник и базовый мобильный телефон, чтобы сообщать о местонахождении транспортного средства и сигнализировать о происшествиях.
В Европе все новые автомобили после апреля 2018 года должны иметь eCall, услугу, которая предоставляет данные о местоположении используя GPS через сотовую связь. Она сообщает о несчастном случае и оказывает услуги в чрезвычайной ситуации. Эта обязательная функция требует, чтобы все новые автомобили имели блок управления телематикой (TCU) с GPS-приемником, мобильным телефоном и микропроцессором с различными датчиками и органами управления. Такая функция может стать формальным требованием и в США. В будущем блок управления телематикой, несомненно, будет взаимодействовать с другими электронными системами в автомобиле, включая ADAS.
Сегодня типичный блок управления телематикой (TCU) часто может быть реализован с использованием нескольких микросхем (класса микропроцессор), обеспечивающих радиосвязь (сотовый телефон GPS и GSM) и работу устройств ввода / вывода. Обязательным требованием является включение отдельной резервной батареи для работы TCU в случае аварии или ситуации, когда основная батарея автомобиля отключена. Литий-ионный аккумулятор является наиболее подходящим выбором. Добавьте к этому защиту и управление батареями, а также все необходимые регуляторы, зарядные устройства или преобразователи постоянного тока.
Взаимодействие с системой помощи водителю (ADAS) и связь с внешним миром
Хотя ADAS была встроенной опцией для большинства автомобилей в течение многих лет, сегодня она становится стандартным оборудованием. Она хорошо зарекомендовала себя у водителей, которые пользуются автоматическим управлением и оповещениями. Типичная ADAS состоит из резервной камеры, радара для адаптивного круиз-контроля и системы автоматического торможения, большого количества видеокамер и ультразвуковых датчиков, которые реализуют систему контроля полосы движения и других систем предотвращения столкновений. В настоящее время нет связи между телематикой и ADAS.
На горизонте — объединение радиостанций между транспортными средствами (V2V) и между транспортными средствами и инфраструктурой (V2I). Эти подсистемы позволяют машине автоматически общаться с другими транспортными средствами поблизости или связываться с городскими, окружными или федеральными службами, которые могут предоставить полезные данные водителю. Основная цель V2V и V2I — безопасность. V2V предотвратит столкновение автомобилей друг с другом. V2I предоставит водителям информацию о дорожных условиях, строительстве, погоде и дорожном движении, что поможет им избежать задержек в движении и аварий.
Две конкурирующие беспроводные технологии — это связь ближнего действия (DSRC) и V2X на основе сотовой связи, где X относится к другим транспортным средствам, инфраструктуре или другим объектам. DSRC является более старой из двух технологий и основана на технологии Wi-Fi. Это стандарт IEEE 802.11p и использует диапазон ISM 5,9 ГГц. Диапазон составляет около 1000 футов (305 метров) максимум. Система передает ключевую информацию, такую как местоположение автомобиля, направление, скорость, состояние поворота и состояние торможения, 10 раз в секунду. Другие автомобили вблизи получат данный сигнал и реагируют на него. Такая система будет привязана к ADAS, что позволит автоматизировать реакции, чтобы избежать столкновения.
Система C-V2X похожа, но она использует существующую сотовую связь для соединения V2V. C-V2X основан на современных стандартах сотовой связи LTE и будет также использовать полосу частот 5,9 ГГц. Он включает в себя функцию под названием PC5, которая обеспечивает прямое подключение V2V в дополнение к сотовой связи. Общий диапазон больше, чем у DSRC. Она также будет прикреплена к ADAS, что позволит автоматизировать торможение или рулевое управление, чтобы избежать столкновений.
Системы V2V и V2I не были утверждены правительством США, хотя это должно произойти в будущем. На данный момент DSRC и C-V2X конкурируют за принятый стандарт. C-V2X может стать абсолютным победителем, учитывая текущие дискуссии в отрасли. Тем временем, автомобильная индустрия рассматривает роль будущей беспроводной системы 5G. Какова ее роль, если таковая имеется? Система C-V2X включает путь перехода к стандарту 5G, когда тот появится.
Секрет успеха ADAS
Ключом к ожидаемым характеристикам ADAS являются датчики на транспортном средстве и способность системы правильно интерпретировать эти входные данные и преобразовывать их в предупреждающие сигналы или действия (рисунок ниже). Основными датчиками сегодня являются радар и видеокамеры. Датчики обнаружения и измерения освещенности (LiDAR) в настоящее время слишком дороги, но ожидается, что в ближайшие годы цены и размеры значительно снизятся. На приведенном ниже рисунке показаны ультразвуковые датчики и инфракрасные (ИК) камеры.
Каждый датчик видит окружающую среду по-своему. Радар и LiDAR видят в темноте, сквозь дождь и снег, а видеокамеры — нет. Но видеокамеры видят более подробно и в цвете. ИК-камеры могут видеть в темноте. Комбинация разных датчиков и камер обеспечивает избыточность аппаратуры, но обеспечивает разнообразие для создания картины, максимально приближенной к реальности.
Выходы этих датчиков должны быть объединены и интерпретированы для извлечения данных, которые они предоставляют. Стандартные процессоры обеспечивают некоторую предварительную обработку данных с датчиков, тем не менее, для понимания входных данных необходим более продвинутый анализ. Это работа блока слияния датчиков (данных с датчиков), который по своей сути является мощной вычислительной машиной, которая включает в себя DSP, искусственный интеллект и машинное обучение. После анализа в режиме реального времени система предоставляет предупреждения, помощь или действия в виде торможения или процессов управления. Теперь добавьте к этому системные коммуникационные входы от радиостанций V2V и V2I, что потребует дополнительную обработку. Общий результат будет более мощным помощником водителя, а также основой для создания полностью автономного автомобиля.
Автономные автомобили
Автономные транспортные средства (AV) будут использовать все существующие подсистемы ADAS, а также некоторые новые версии. И связь V2X будет частью этого. Разработка автономного автомобиля была безумной идеей, но большинство признаков указывают на полное развертывание и принятие ее через некоторое время. Улучшения в датчиках, таких как LiDAR, картографирование и обработка силами искусственного интеллекта, все еще необходимы для обеспечения безопасности автономного автомобиля. Электроника будет решающим фактором успеха автономного автомобиля, а возможность подключения станет основной необходимостью в безопасности автономных транспортных средств. Не забывайте, что использование аудио-видео также включает в себя большую вычислительную мощность, более низкое энергопотребление и более быстрое взаимодействие между транспортными средствами.
Производители полупроводниковых приборов работают над улучшением цифровых микросхем для улучшения сетевых подключений в автомобиле, таких как Ethernet, для повышения вычислительной мощности и совершенствования управления питанием транспортных средств. Основное внимание уделяется видео датчикам и соответствующей им вычислительной мощности. Интеграция большего количества этих устройств в более крупные системы на кристалле (SoC) значительно улучшит не только производительность, но и сократит расходы. Примером является объединение видеокамер с более высоким разрешением с микросхемами RISC и DSP на кристалле, как в TDAxx SoC от Texas Instruments. Пройдет некоторое время, прежде чем появятся автономные автомобили. В то же время, ADAS продолжает улучшаться, улучшая безопасность и прокладывая путь для автономного вождения автомобилей.
Оставьте комментарий