汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展成了啥樣仓手？要怎么玩兒轉(zhuǎn)它？從先進(jìn)的傳感器到人工智能业踢，汽車(chē)正在快速成為最新的電子技術(shù)與產(chǎn)品的樂(lè)園……

汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了一系列新技術(shù)落怀，包括電力系統(tǒng)的改進(jìn)、非常復(fù)雜的遠(yuǎn)程信息處理种洛，還有自動(dòng)駕駛百览。今天的汽車(chē)有更多的電子產(chǎn)品。然而拔泪，隨著諸如高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等功能成為標(biāo)準(zhǔn)配置笑杯，而不是昂貴的選項(xiàng)，更多的先進(jìn)功能模塊將會(huì)進(jìn)入尋常百姓家的汽車(chē)當(dāng)中谍臀。

通過(guò)改進(jìn)傳感器辱得、處理器和內(nèi)存、軟件盼靠，甚至是需要實(shí)時(shí)集成的人機(jī)接口擂冷，使得一些變化正在悄然實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)圖1）。下面介紹一些最新技術(shù)，以及他們與其它技術(shù)的關(guān)系如何使其在汽車(chē)應(yīng)用環(huán)境中更為重要砂裹。

圖1. 需要多個(gè)重疊的傳感器來(lái)提供系統(tǒng)建立情境意識(shí)的信息贬池，以實(shí)施安全的ADAS支持

1、車(chē)用傳感器的進(jìn)展

汽車(chē)應(yīng)用受益于可以流式傳輸4K視頻的相機(jī)文黎，與人工智能（AI）中的機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）軟件一起惹苗，高清晰度攝像機(jī)正用于先進(jìn)ADAS應(yīng)用的障礙物和物體識(shí)別。這里耸峭，更高的分辨率是至關(guān)重要的桩蓉，它也對(duì)備份相機(jī)有用。

多個(gè)攝像機(jī)組合使用可以用來(lái)提供汽車(chē)周?chē)镍B(niǎo)瞰圖瑞薩電子的劳闹，例如R-Car開(kāi)發(fā)套件將來(lái)自4個(gè)攝像機(jī)的視頻流編組成360度視圖（見(jiàn)圖2）院究。當(dāng)在狹窄的地方停車(chē)或?qū)Ш綍r(shí)，這是非常有用的本涕。更先進(jìn)的ADAS系統(tǒng)突出了可能遇到的沖突的區(qū)域业汰。

圖2.瑞薩的R-Car SoC能夠通過(guò)將來(lái)自4臺(tái)攝像機(jī)的視頻流編織在一起，在車(chē)輛周?chē)a(chǎn)生360度的鳥(niǎo)瞰圖

最近菩颖，有兩種量程傳感器呈現(xiàn)出顯顯著的改進(jìn)样漆，他們是LiDAR和相控陣?yán)走_(dá)。這些都不是什么新技術(shù)晦闰，但小型化和成本降低的重大進(jìn)步將影響這些系統(tǒng)的使用時(shí)間和地點(diǎn)放祟。

例如，Innoviz （見(jiàn)圖3）散烂，LeddarTech巾妖，Quanergy和Velodyne是提供3D固態(tài)LiDAR系統(tǒng)的公司。這些系統(tǒng)適用于機(jī)器人等領(lǐng)域奶堵，這些系統(tǒng)越來(lái)越小衙地，將有多個(gè)單元被隱藏在汽車(chē)周?chē)?/p>

圖3. Innoviz只是提供3D LiDAR技術(shù)的許多廠商之一

InnovizOne具有200米的深度精度優(yōu)于2厘米的范圍。它保持100度~25度的視場(chǎng)啸业，0.1~0.1度的空間分辨率。該設(shè)備以超過(guò)6 Mpixels/s的3D分辨率提供25幀/秒夷著。

相控陣?yán)走_(dá)克服了LiDAR的許多局限性宿柜，允許它在雨雪中操作，否則可能會(huì)誤導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)望星。雷達(dá)可用于補(bǔ)償LiDAR和圖像系統(tǒng)霹补。一些公司正在努力在這一領(lǐng)域提供技術(shù)。例如浸萤，德州儀器（TI）單芯片毫米波傳感器mmWave可處理傳感器和ADAS應(yīng)用的76~81 GHz傳感器陣列十匆。

所有這些技術(shù)都在多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用，從制造到安全，甚至是3D掃描和打印柬赐。

2亡问、軟件進(jìn)展

目前，AI和ML正在引起興起肛宋，因?yàn)樗鼈兡転锳DAS帶來(lái)高效的圖像識(shí)別州藕，這對(duì)于安全的自駕駕駛或增強(qiáng)的駕駛體驗(yàn)至關(guān)重要。AI和ML的基礎(chǔ)技術(shù)基于深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）酝陈。

即使在汽車(chē)應(yīng)用環(huán)境中床玻，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也不會(huì)取代常規(guī)的軟件應(yīng)用，而只是解決一些較為困難的問(wèn)題沉帮。結(jié)合新的硬件锈死，他們也可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)執(zhí)行，這在對(duì)安全性要求較高的應(yīng)用程序（如自動(dòng)駕駛）中是必需的穆壕。在這種情況下待牵，多核處理器會(huì)發(fā)揮重要作用，但GPU能實(shí)現(xiàn)更好的工作效果（見(jiàn)圖4）粱檀。定制硬件最好洲敢，如專(zhuān)門(mén)的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）可以處理機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。

圖4. 來(lái)自Nvidia的Drive PX2是針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用的最新多核CPU/GPU解決方案

這些解決方案的并行處理性能在設(shè)計(jì)中的多核和晶體管數(shù)增長(zhǎng)方面表現(xiàn)良好牙饲，即使上級(jí)時(shí)鐘頻率達(dá)到峰值摆采。與更傳統(tǒng)的處理器解決方案相比，定制的解決方案具有較低的功耗舀鼎。

車(chē)載信息娛樂(lè)（IVI）系統(tǒng)的進(jìn)步正在改變司機(jī)和乘客的可視化方式选从，以及如何將智能設(shè)備和基于云的應(yīng)用程序連接到他們的車(chē)上。所有汽車(chē)制造商均提供基于蜂窩的Wi-Fi汽車(chē)熱點(diǎn)园桑。更多的選擇需要更強(qiáng)大和開(kāi)放的方法麦咪。在這方面，GENIVI聯(lián)盟促進(jìn)了與操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)塔端。

例如娄勒，Linux基金會(huì)的汽車(chē)級(jí)Linux（AGL）是已經(jīng)得到了廣泛廠商支持的IVI系統(tǒng)。豐田的2018款凱美瑞（見(jiàn)圖5）以及未來(lái)的豐田汽車(chē)將使用AGL 媒湖。

圖5. 豐田的2018款凱美瑞將為其車(chē)載信息娛樂(lè)（IVI）系統(tǒng)運(yùn)行汽車(chē)級(jí)Linux（AGL）

考慮到大量傳感器產(chǎn)生的信息量馋奠，以及由AI系統(tǒng)處理和生成的數(shù)據(jù)和車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)的視頻流時(shí)，汽車(chē)系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序和任務(wù)的數(shù)量可能會(huì)令人吃驚舒贼。在關(guān)鍵的安全領(lǐng)域丰吐，管理數(shù)據(jù)分發(fā)可以得益于像對(duì)象管理組（OMG）數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）這樣的標(biāo)準(zhǔn)，可以在整個(gè)系統(tǒng)中提供安全琳钉、實(shí)時(shí)的管理數(shù)據(jù)交換能力势木。這種方法比在應(yīng)用程序之間需要較少連接的設(shè)計(jì)中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)解決方案更好蛛倦。

虛擬機(jī)管理程序是另一種常用工具，但不在車(chē)輛控制設(shè)置中啦桌。然而溯壶，由于多核解決方案的數(shù)量和復(fù)雜性，以及將安全和安全關(guān)鍵組件與IVI及非關(guān)鍵系統(tǒng)相結(jié)合的需求震蒋，這種變化也在明顯改變著茸塞。面向汽車(chē)的虛擬機(jī)管理程序可從諸如Blackberry QNX Hypervisor，Wind River VxWorks查剖，Green Hills Software INTEGRITY Multivisor （見(jiàn)圖6）和Mentor Graphics的嵌入式管理程序等供應(yīng)商獲得钾虐。

圖6. Green Hills Software的Multivisor提供了1型虛擬機(jī)管理程序的虛擬機(jī)隔離，在與IVI子系統(tǒng)相同的硬件上承載安全和關(guān)鍵子系統(tǒng)的汽車(chē)環(huán)境中笋庄，該虛擬機(jī)正在變得越來(lái)越普遍

虛擬機(jī)管理程序允許對(duì)虛擬機(jī)（VM）進(jìn)行分區(qū)效扫，從而可以對(duì)安全和安全認(rèn)證進(jìn)行劃分。這意味著非關(guān)鍵組件也不需要相同級(jí)別的認(rèn)證直砂，這需要時(shí)間并且非常昂貴计侯。同樣，隨著時(shí)間的推移蜀梢，第三方添加有限的安全和安全相關(guān)組件在IVI中變得越來(lái)越普遍傻当。

像Blackberry的QNX Hypervisor 2.0，這樣的1型虛擬機(jī)管理程序設(shè)計(jì)的很小巧颗用，具有低內(nèi)存和性能開(kāi)銷(xiāo)堤型，但功能對(duì)于性能和安全性至關(guān)重要（見(jiàn)圖7）。QNX提供具有可配置調(diào)度策略的类繁、基于優(yōu)先級(jí)的虛擬CPU（vCPU）教物。管理程序基于QNX SDP 7.0 RTOS，從而提供細(xì)粒度的管理和安全性撞浪。QNX Neutrino RTOS是需要安全認(rèn)證的VM備選方案糊争。QNX OS for Safety已通過(guò)ASILD和IEC 61508 SIL3的ISO 26262認(rèn)證，并已被用于SIL 4認(rèn)證的EN 50128系統(tǒng)炭央。

3婴鞭、車(chē)內(nèi)通信的進(jìn)展

目前，CAN和LIN仍然是汽車(chē)采用的主流控制總線熙掺，但CAN-FD靠抑、FlexRay、MOST和以太網(wǎng)也在混合使用适掰，其中一些是IVI系統(tǒng)的一部分，ADAS傳感器連接也被添加到這些應(yīng)用組合中荠列。

RJ-45插孔和CAT5和CAT6在在引擎蓋下类浪，很難被發(fā)現(xiàn)，而OPEN Alliance SIG的100BASE-T1和1000BASE-T1采用了更簡(jiǎn)單的接線方式。IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)在IEEE 802.3bw-2015條款96中包含100BASE-T1费就，其允許具有以太網(wǎng)連接的常規(guī)微處理器接線诉瓦。

目前，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）正在汽車(chē)中使用力细，至少在音頻和多媒體同步的IVI方面是這樣睬澡。TSN實(shí)際上開(kāi)啟了專(zhuān)為汽車(chē)應(yīng)用的音視頻橋接（AVB）支持。

圖7. 安全性滲透到汽車(chē)環(huán)境的各個(gè)方面眠蚂，從制造到安全的空中更新協(xié)調(diào)和支持這種基礎(chǔ)設(shè)施可能是一個(gè)挑戰(zhàn)煞聪，黑莓公司正在盡力提供一個(gè)完整的解決方案

然而，并不是所有的汽車(chē)通信都需要接線逝慧。Wi-Fi接入點(diǎn)讹荣，以及蜂窩鏈路等無(wú)線通信功能已經(jīng)可以在這里設(shè)置了，而且還將會(huì)有更多通信方式被采用保跨。車(chē)對(duì)車(chē)（V2V）和車(chē)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）是V2x組合的一部分合杜，旨在改進(jìn)ADAS，并為自動(dòng)駕駛提供更多的環(huán)境信息强媚。

關(guān)于V2X的討論很熱断迁，全球各地的很多城市也正在進(jìn)行測(cè)試部署，這種測(cè)試通常是智慧城市建設(shè)的一部分捞幅，它提供從交叉路口檢測(cè)和智能停車(chē)位到尋找停車(chē)位或提供車(chē)輛跟蹤的諸多信息迎硼。

4、用戶界面的進(jìn)展

如果擁有更好的顯示效果搬混，則IVI和ADAS系統(tǒng)就能更好的工作古贡。許多已被證明，而且在其他應(yīng)用領(lǐng)域流行的技術(shù)拾点，如OLED签党，正在進(jìn)入概念車(chē)當(dāng)中，以提供曲面顯示功能勃痴，以及更好的觀看體驗(yàn)谒所。

頭戴式顯示器（HUD）正變得越來(lái)越普遍，也越來(lái)越復(fù)雜沛申，其能在更大的空間中提供更多的信息劣领。

圖8. 德州儀器的DLP3000-Q1數(shù)字微鏡器件（DMD）和芯片組已獲得汽車(chē)認(rèn)證，可提供12度視角

TI將其DLP技術(shù)應(yīng)用到了HUD（見(jiàn)圖8）铁材。其DLP3000-Q1數(shù)字微鏡器件（DMD）和芯片組已獲得汽車(chē)認(rèn)證尖淘。可提供12度視野的平臺(tái)無(wú)需光源著觉，不需要偏光源村生，這意味著系統(tǒng)不會(huì)與具有偏光鏡片的眼鏡發(fā)生沖突惊暴。

我們一直在談?wù)撍械母呖萍歼M(jìn)入汽車(chē)，然而趁桃，低端技術(shù)與一些高科技支持相結(jié)合辽话，可以為用戶提供一個(gè)有趣的解決方案，如Mpow Universal HUD（見(jiàn)圖9）卫病。它使用智能手機(jī)顯示信息油啤，使用與其他HUD相同的實(shí)現(xiàn)方法。應(yīng)用程序可以基于智能手機(jī)中的傳感器顯示速度膏娃。這與車(chē)載HUD不同党纱，30美元的成本是一道很難逾越的門(mén)檻。

圖9. Mpow Universal HUD使用智能手機(jī)驅(qū)動(dòng)HUD

5篓释、結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)正在成為最復(fù)雜的消費(fèi)類(lèi)設(shè)備垄坡，在具有4個(gè)輪子和一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的底盤(pán)上操控方向盤(pán)并不太容易，未來(lái)采璧，一些汽車(chē)將會(huì)失去方向盤(pán)琼葫，那時(shí)，我們會(huì)體驗(yàn)到一種全新的駕駛樂(lè)趣馋顶。

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