本文來源:智車科技

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地球人都知道,汽車制造商每年都會(huì)增加創(chuàng)新的主動(dòng)安全功能,以減少事故和挽救生命。這些創(chuàng)新通常需要新的傳感器——雷達(dá)、攝像頭、LiDAR(LiDAR)和超聲波傳感器等。而每個(gè)新的傳感器都需要有自己的電源、封裝和數(shù)據(jù)處理。這意味著什么?它們要有自己的安裝位置,還要考慮新增成本。

獨(dú)立傳感器成昨日黃花

軟件功能的快速增長(zhǎng)推動(dòng)了對(duì)更強(qiáng)大計(jì)算的迫切需求。今天的汽車堪稱輪子上的電腦,運(yùn)行的軟件代碼是普通智能手機(jī)的10倍以上,而且還必須更加可靠。

傳統(tǒng)上,傳感器被用來獨(dú)立處理環(huán)境輸入信息。當(dāng)一輛車上只有一兩個(gè)傳感器時(shí),這沒有問題,且獨(dú)立式傳感器更容易在不同的車輛品牌和型號(hào)之間通用。獨(dú)立傳感器包括處理其視野的內(nèi)置計(jì)算能力,可觸發(fā)警告(如前碰撞)或控制基本啟動(dòng)(如自動(dòng)緊急制動(dòng))。

然而,隨著駕駛功能級(jí)別的提高,這種漸進(jìn)式傳感器導(dǎo)入引發(fā)了人們對(duì)如何將其安裝在車輛中,以及如何在其生命周期內(nèi)管理獨(dú)立開發(fā)和碎片化軟件的擔(dān)憂。我們需要一種更好的方法來解決傳感器越來越多的難題。

人們開始求助于傳感器融合,將來自多個(gè)雷達(dá)、LiDAR和攝像頭的輸入?yún)R集在一起,形成車輛周圍環(huán)境的單一模型或圖像能力。更精確的模型、不同傳感器的平衡,使車輛系統(tǒng)可以利用融合的信息支持更智能的行動(dòng)。同時(shí),還可以讓傳感器在精度、速度、距離和成本方面揚(yáng)長(zhǎng)避短。

組合多種傳感方式的傳感器融合 但這樣融合就夠了嗎?還有沒有改進(jìn)的余地?我們往下看。

衛(wèi)星架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生

毋庸置疑,車輛上傳感器越多,融合就越具有挑戰(zhàn)性,但也有更多的機(jī)會(huì)來提高性能。過去,分析傳感器數(shù)據(jù)、確定和跟蹤目標(biāo)的處理能力已經(jīng)打包在攝像頭或雷達(dá)上,由智能傳感器獨(dú)立處理環(huán)境輸入,這意味著利用信息所做的任何決定都只能是單個(gè)傳感器“看到”。

如何解決伴隨當(dāng)今車輛的智能化而出現(xiàn)的問題呢?Aptiv開發(fā)了一種稱為低級(jí)別傳感器融合的技術(shù),創(chuàng)建了一個(gè)效率更高的電氣架構(gòu)——汽車“衛(wèi)星架構(gòu)”。

盡管衛(wèi)星架構(gòu)還沒有被業(yè)界廣泛認(rèn)知,網(wǎng)上也沒有更多資料,但它早在2019年4月即已榮獲《汽車新聞》PACE 2019創(chuàng)新合作伙伴獎(jiǎng),以表彰推動(dòng)未來出行的全球科技公司Aptiv與奧迪在自動(dòng)駕駛衛(wèi)星計(jì)算平臺(tái)上的合作。

典型車輛架構(gòu)是通過多個(gè)電子控制單元(ECU)實(shí)現(xiàn)分布式智能,而衛(wèi)星架構(gòu)計(jì)算平臺(tái)是將傳感器集中在一個(gè)強(qiáng)大的主動(dòng)安全域控制器(DCU)中,留下只包含操作傳感器絕對(duì)必要的硬件——“衛(wèi)星”傳感器(不是接收衛(wèi)星信號(hào)的傳感器,而是像衛(wèi)星樣分布的傳感器),處理和決策則由域控制器管理。這種可擴(kuò)展的安全解決方案大大提高了系統(tǒng)的靈活性、可伸縮性和性能。

評(píng)委們認(rèn)為,Aptiv的系統(tǒng)集成能力加上與奧迪的強(qiáng)大合作實(shí)現(xiàn)的衛(wèi)星計(jì)算平臺(tái)將推動(dòng)行業(yè)更高級(jí)別的合作,這是走向更先進(jìn)自動(dòng)駕駛所必需的。

改變游戲規(guī)則,產(chǎn)生諸多效益

衛(wèi)星架構(gòu)不僅優(yōu)化了高級(jí)安全功能,同時(shí)有助于降低成本、重量和復(fù)雜性。它使OEM有了更多的選擇,能夠設(shè)計(jì)出更時(shí)尚、更人性化的汽車。隨著車輛的自動(dòng)化程度越來越高,其效益也將不斷增加。

衛(wèi)星架構(gòu)的一些具體好處如下:·提高感知性能,增加數(shù)據(jù)共享:Aptiv采用低級(jí)別傳感器融合方法將來自多個(gè)傳感器和傳感模式的智能集中共享,域控制器中的主動(dòng)安全程序有更多機(jī)會(huì)提高性能;甚至可以應(yīng)用人工智能(AI)來提取有用信息,否則這些信息將被丟棄。AI可以從中學(xué)習(xí),有助于解決客戶面臨的具有挑戰(zhàn)性的極端案例。此外,由于域控制器不需要等待傳感器處理數(shù)據(jù),所以衛(wèi)星架構(gòu)減少了延遲,加快了決策過程。集中組合來自多種類型傳感器和傳感器位置輸入的能力也為AI和機(jī)器學(xué)習(xí)提供了最可靠的數(shù)據(jù)集。綜合起來,這些感知性能的改進(jìn)創(chuàng)造了一個(gè)豐富的環(huán)境模型,這對(duì)于提供先進(jìn)的安全功能至關(guān)重要。

·傳感器可擴(kuò)展性:由于處理是在中央域控制器中進(jìn)行,隨著自動(dòng)化級(jí)別的提高,添加衛(wèi)星傳感器也更簡(jiǎn)單,成本更低。雖然一輛具有L0或L1主動(dòng)安全功能的汽車可能只有一個(gè)前向雷達(dá)和一個(gè)前向攝像頭,但L2+車輛通常會(huì)增加360度環(huán)繞雷達(dá)和視野,偶爾還會(huì)增加一個(gè)LiDAR,從而增加8個(gè)或更多傳感器。

·靈活的雷達(dá)和攝像頭布放:衛(wèi)星雷達(dá)比傳統(tǒng)智能傳感器小70%,可以靈活地布放在車輛周圍,特別是空間昂貴的區(qū)域。雷達(dá)可以安全地放置在車身面板后面,或更容易封裝在前格柵后面,而不會(huì)影響車輛美觀。同樣,衛(wèi)星攝像頭比智能攝像頭更小、更輕,不易受到熱影響,更易于封裝在車內(nèi),比如安裝在后視鏡后面。

·減少車輛重量:在車輛性能方面,車越輕越好。衛(wèi)星架構(gòu)通過消除諸如電源、外殼和支架等冗余部件減輕了重量。與傳統(tǒng)高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)相比,系統(tǒng)的總體質(zhì)量減輕了30%。

·散熱:處理器會(huì)產(chǎn)生熱量,重新定位中央控制器可以解決與車輛中分布的多個(gè)發(fā)熱設(shè)備相關(guān)的熱管理挑戰(zhàn)。

·簡(jiǎn)化電氣架構(gòu):將傳感器輸入集中到單個(gè)域控制器中,簡(jiǎn)化了車輛的電氣/電子架構(gòu),這意味著域控制器可以升級(jí),而無需對(duì)整個(gè)架構(gòu)進(jìn)行重大更改。

·降低保修和維修成本:采用衛(wèi)星架構(gòu),傳感器中一些最昂貴的部件(涉及處理的部件)可位于車輛中央,而不是位于角落或格柵等最脆弱的區(qū)域。這意味著降低了小事故造成的維修成本。

衛(wèi)星攝像頭將視覺處理從邊緣傳感器移開 ·簡(jiǎn)化生命周期管理:單點(diǎn)智能簡(jiǎn)化了軟件和固件的更新和增強(qiáng)。集中式軟件更容易通過“空中傳送”(OTA)進(jìn)行更新,并且域控制器硬件可以根據(jù)需要隨時(shí)間進(jìn)行升級(jí)。這使得系統(tǒng)能夠在其生命周期內(nèi)輕松地進(jìn)化和改進(jìn)。

撲克牌vs口香糖

Aptiv高級(jí)副總裁兼高級(jí)安全與用戶體驗(yàn)總裁David Paja表示,目前大多數(shù)系統(tǒng)都將計(jì)算能力集成到傳感器中,從源頭處理信息,即所謂的“邊緣計(jì)算”,這使得每個(gè)傳感器的構(gòu)建和損壞時(shí)的更換成本都很高。

David Paja領(lǐng)獎(jiǎng) 高效和可擴(kuò)展的自動(dòng)駕駛衛(wèi)星計(jì)算平臺(tái)有助于實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全。它是如何運(yùn)作的呢?利用衛(wèi)星架構(gòu)和高速、高可靠性網(wǎng)絡(luò),在車輛周圍戰(zhàn)略性部署各種傳感器,包括攝像頭、雷達(dá)、LiDAR和車輛到基礎(chǔ)設(shè)施的能力。新架構(gòu)將處理及智能從單個(gè)傳感器中分離出來,不是將信息發(fā)送到高性能中央計(jì)算平臺(tái),而是將其集中到采用強(qiáng)大域控制器的衛(wèi)星架構(gòu),改變了過去這類傳感器獨(dú)立做出很多決定的做法,從而提高性能、重用性和可更新性,同時(shí)使傳感器更小、更具成本效益、更輕、更易于封裝在車輛中。重量和體積的減少也消除了傳感器散熱問題,使車輛設(shè)計(jì)具有更大靈活性。在一個(gè)應(yīng)用中,創(chuàng)新技術(shù)將攝像頭的占位面積從一副撲克牌大小縮小到一包口香糖大小。

David Paja說:“與奧迪合作開發(fā)的自動(dòng)駕駛衛(wèi)星計(jì)算平臺(tái)使我們的客戶能夠應(yīng)用簡(jiǎn)化的傳感器來擴(kuò)展功能,實(shí)現(xiàn)高級(jí)安全自動(dòng)化。它確實(shí)將改變行業(yè)的游戲規(guī)則者?！?/p>

該平臺(tái)包括中央計(jì)算機(jī)、感知系統(tǒng),以及高速、高可靠性電源和數(shù)據(jù)分配等功能,為配備車外先進(jìn)主動(dòng)安全系統(tǒng),增強(qiáng)車內(nèi)用戶體驗(yàn)提供更智能、更安全和更集成的解決方案。

包括域控制器、區(qū)域控制器的中央計(jì)算機(jī) 該平臺(tái)可以從基本的ADAS擴(kuò)展到L4自動(dòng)駕駛車輛,以滿足不斷提高的自動(dòng)駕駛級(jí)別和復(fù)雜性要求。這一概念對(duì)Aptiv客戶的車輛架構(gòu)產(chǎn)生了革命性的影響。

安全從ADAS做起

Aptiv以實(shí)現(xiàn)更安全、更環(huán)保、更互聯(lián)的未來為使命,而先進(jìn)安全技術(shù)的普及首當(dāng)其沖。Aptiv認(rèn)為,在一個(gè)94%的事故都是由于駕駛員失誤造成的世界上,ADAS可以幫助完全避免事故的發(fā)生。安全出行解決方案的普及意味著高級(jí)安全功能(如自動(dòng)緊急制動(dòng)或車道偏離/盲點(diǎn)警告)要廣泛可用,而不限于高檔車輛。

那么,ADAS應(yīng)該怎么做?看看Aptiv的回答:

憑借其開發(fā)和提供感知系統(tǒng)的豐富經(jīng)驗(yàn),Aptiv將ADAS分成了幾個(gè)階段:·基本ADAS:在L1和L2,車輛都配備了ADAS功能,但關(guān)鍵是駕駛員精神和身體的投入,換句話說:大腦負(fù)責(zé)任務(wù),眼睛盯著道路。通過一些L1和L2 ADAS技術(shù),駕駛員可暫時(shí)將手或腳從方向盤或踏板上移開,但最終駕駛員仍必須隨時(shí)可以控制車輛。在這一級(jí)別,Aptiv能夠在交叉口場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)符合NCAP的自動(dòng)緊急制動(dòng)。由于采用靈活的衛(wèi)星架構(gòu),它可以通過軟件無縫地添加到客戶的車輛計(jì)劃中。

·中級(jí)ADAS:為了無縫地?cái)U(kuò)展和添加高級(jí)L2產(chǎn)品的功能(如自動(dòng)換道),Aptiv的附加組件已覆蓋靈活的衛(wèi)星架構(gòu),并添加了更復(fù)雜的軟件。從基礎(chǔ)到高級(jí)的一系列解決方案都可以在單一車輛平臺(tái)上提供,而無需進(jìn)行重大硬件更改。

·高級(jí)ADAS:在L2之后,衛(wèi)星架構(gòu)繼續(xù)擴(kuò)展,以支持更多的特性和功能。在車輛上添加傳感器以提供更完整的環(huán)境視圖,并結(jié)合了更先進(jìn)的算法,以便在復(fù)雜情況下理解和正確控制車輛。在某些情況下,駕駛員可以長(zhǎng)時(shí)間地將腳從踏板上移開,手離開方向盤,但眼睛仍應(yīng)注視路面,其大腦在需要時(shí)可以接管控制權(quán)。

·從ADAS到自動(dòng)化:除了技術(shù)方面的問題,系統(tǒng)可承受性也必須考慮。隨著越來越多自動(dòng)駕駛解決方案進(jìn)入市場(chǎng),對(duì)消費(fèi)者來說,讓這些系統(tǒng)足夠?qū)嵒菔鞘袌?chǎng)接受的關(guān)鍵,而添加功能和特性會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)成本增加。不過,在充分發(fā)揮這些先進(jìn)安全系統(tǒng)好處的同時(shí),將成本降到最低點(diǎn)是眾望所歸。在L2+/L3-階段,Aptiv可以提供成熟的雷達(dá)和視覺功能,而無需增加昂貴的LiDAR。

在公路/交通堵塞輔助駕駛方面,針對(duì)L2+系統(tǒng),Aptiv增加了一個(gè)駕駛員感應(yīng)攝像頭和其他復(fù)雜的軟件算法,從而實(shí)現(xiàn)了公路輔助功能;而在堵車輔助駕駛方面,Aptiv為L(zhǎng)3增加了自動(dòng)駕駛計(jì)算平臺(tái)和更復(fù)雜的軟件,啟用堵車駕駛功能是讓駕駛者“忘卻”駕駛?cè)蝿?wù)的第一步,走向真正的L3自動(dòng)化。

下一個(gè)級(jí)別的自動(dòng)駕駛將有越來越多的軟件功能。隨著向L4邁進(jìn),人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),特別是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),可以使自動(dòng)駕駛車輛像人類一樣工作,在實(shí)現(xiàn)先進(jìn)安全性前提下,最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。

基于大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟件根據(jù)一定的概率做出決定 值得一提的是,作為傳感器融合領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者,Aptiv通過組合大量衛(wèi)星傳感器(包括視覺和LiDAR),通過低級(jí)別融合創(chuàng)建了一個(gè)車輛周圍環(huán)境的穩(wěn)健模型。衛(wèi)星架構(gòu)方法具有高度可擴(kuò)展性,適合多種車型和市場(chǎng),充分利用了車輛大腦和神經(jīng)系統(tǒng)方面的優(yōu)勢(shì)。衛(wèi)星架構(gòu)中的產(chǎn)品可根據(jù)客戶的需求進(jìn)行調(diào)整,無論是完全集成的硬件和軟件解決方案、支持軟件的ADAS,還是單獨(dú)的軟件功能,都不在話下。

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