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英飞凌携手生态伙伴打造软硬件相结合的自动驾
作者:admin 发布时间:2021-04-15 次浏览

今年的两会,相较往年,出现了更多关于“自动驾驶”,“智能网联”,”汽车芯片“等提案。工信部发布的《2020人工智能中国专利技术分析报告》显示:截至2020年10月,中国AI专利申请共计达到69.4万,其中自动驾驶占比为12.36%。


很显然,自动驾驶已经是技术进步的下一个风口。我们将从以下3方面详细为您解读高级辅助驾驶系统ADAS: 

ADAS高级辅助驾驶系统发展现状


汽车工程师协会将自动驾驶分为L0-L5 六个级别。为了减少交通事故,汽车行业采用了日渐成熟的驾驶辅助系统。根据来自YOLE的统计,2020年,售出的汽车包括了L0级(无ADAS功能,主要对驾驶员发出预警,如自动紧急制动,盲点预警,车道偏离预警),L1级(辅助驾驶员转向制动/加速,如车道居中自适应巡航控制ACC),以及L2级(辅助驾驶员转向制动/加速,如车道居中,并同时提供自适应巡航控制ACC)。这三个级别是“驾驶员辅助”级别,启动驾驶辅助功能时,驾驶员依然在驾驶。


接下来,从L3-L5就是自动驾驶功能。启动自动驾驶功能时,驾驶员没有驾驶。L3级ADAS的车辆必须能够自主驾驶(但驾驶员随时可以取回控制权)。目前,汽车厂商正在积极面对这一挑战。


ADAS发展面临的挑战


1、 开发成本高


目前,虽然汽车行业在高级安全功能领域取得了值得称赞的进步,但开发这些功能所花费的成本和精力巨大。作为过渡,目前正在在强化L2功能,进入到L2+阶段,而不是完全迈向L3。


车厂可以重新审查当前开发流程,并进一步将方案优化为可重复使用的平台,从而深入到对价格较为敏感的汽车领域。其中,感知是关键,因为如果对车辆周围环境缺少清晰可靠的感知,就不具备制定关键安全决策的基础。


2 、面对处理各式各样的传感器


同时,面临的另一挑战是要对多个传感器进行处理,这些传感器优劣各异、分辨率不同、对下雨等环境变化的反应各不相同,其感知期各有差异,如超声波传感器,毫米波雷达,摄像头,激光雷达等。而传感器融合需整合一系列来自不同传感器的数据,并以一致的格式显示它们,从而提供车辆周围动态静态目标的状态信息。


3、选择适当软件开发平台,支持新型传感器


传感器融合,不仅须与当今汽车行业使用的现有软件平台(如AUTOSAR Classic和Adaptive Platform)及仿真工具无缝集成。将来,还可能出现新型的传感器,因此,更需与工具厂商协同合作,以便快速有效地对任何新型传感器进行配置。


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传感器融合一系列传感器的输入(左),从而感知车辆周围环境提供目标物体输出(右)


如何推动ADAS进一步发展:软硬件相结合


1、软件实现-传感器融合生态系统


利用现有的传感器融合系统,而不是重新创建一个系统来处理上述各类复杂情况,显然是一种较好的方法。BASELABS推出的Create Embedded解决方案提供了一个一致性的开发工作流程,从前期开发到原型设计,一直到量产,为开发者提供一站式支持。


Create Embedded的核心是一个和传感器独立的数据融合算法库,生成可读的C语言源代码,该代码经过编译,可在PC平台上评估执行,或者直接在英飞凌AURIX™汽车微控制器嵌入式环境中使用。使用传统的IPO模型(输入、处理、输出),Create Embedded可以接收来自各类传感器的数据。这个数据融合库可通过Data Fusion Designer进行配置,以供使用。Data Fusion Designer是一个集成了一系列传感器和对象/轨迹接口的图形工具。定制化传感器也可以定义和纳入设计,如有需求,亦可对现有传感器进行扩展。该环境可对任何内容进行灵活配置,从两个传感器到多个不同类型的传感器的完整360°视角设置等。


数据融合处理过程涵盖了多种算法,以支持创建自定义对象融合解决方案,其中包括数值稳定的卡尔曼滤波器、轨迹管理功能、分类融合以及异步传感器测量的同步等。为了确保快速平稳地过渡到嵌入式硬件,C代码采用了具有运行效率和存储效率的设计,同时支持定制化和扩展化创新。它提供了一个独立的解决方案,无需外部库,而且完全符合MISRA C:2012。


输出时,该库将其结果融合到一组称之为环境模型的常用对象中,其中包括位置、速度、方向和加速度等参数,以及对象的大小和分类。这些参数还可以通过自定义参数进行扩展,用以区分解决方案并适应ADAS目标功能。接着,输出会被传递到自动驾驶功能,例如自适应巡航控制(ACC)系统、自动紧急制动(AEB)系统或前向碰撞预警(FCW)系统。


从软件到运行它的芯片,安全是整个ADAS技术实现过程的核心问题。除了根据ASPICE开发的软件库,Create Embedded还遵循ASIL B ISO 26262:2018的相关要求。此外,它还附有一个安全案例和安全手册,旨在为安全相关环境下的使用提供指导。当在ISO 26262的场景下使用时,Create Embedded的某些组成部分也被视为是需要获得相关认证的软件工具。BASELABS可为这种工具认证提供支持:首先,这些软件工具是根据该标准的相关内容进行开发的;其次,BASELABS提供一个用于工具验证的测试套件。


2、硬件实现-在可靠的芯片英飞凌AURIX™ TC3xx上运行


在开发值得车主信赖的ADAS系统时,Create Embedded传感器融合平台与英飞凌可靠的汽车微控制器AURIX™ TC3xx系列乃天作之合。AURIX™ TC3xx系列基于TriCore™处理内核,后者专为低延迟而设计,是一个成熟的控制和计算架构,而且还具有DSP功能。因而,该微控制器系列非常适合用于对安全性要求颇高的汽车应用,同时它还具有一个开发生态系统,能够应对复杂多变的需求。其核心在于其确定性,可确保及时制定ADAS决策,从而提供符合驾驶情况的数据。


出类拔萃的中断处理、快速的上下文切换和中断响应时间对于确保一个可扩展、可重复使用的平台的确定性、鲁棒性以及最重要的安全性而言至关重要。这也是行业标准应用内核与真正的嵌入式应用需求的不同之处:虚拟内存上下文切换、缓慢的中断处理以及缓存线路丢失都会导致延迟,进而引发不确定性行为,甚至难以确定最坏情况下的执行时间。 


在AURIX™ TC397(300 MHz,1 /6核)上测试的应用示例包括3R1C(3x雷达,一个摄像头),它支持30条轨迹。AURIX™仅负责传感器融合,无需借助其他SoC。该测试用例的实现所需RAM约少于20 KB,所需的ROM少于60 KB。更大的配置,例如更多的传感器,更多的轨迹,或更多的测量可以分布到多个CPU核。


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3R1C和5R1C ADAS传感器配置示例


对于该类应用的软件开发人员和集成商而言,一流的调试支持可能最有帮助。内核内部及其外围具有广泛的观察点,可通过高速跟踪,调查软件问题,并检查是否满足时序要求。


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AURIX™微控制器为开发人员提供丰富的器件内部工作访问入口及业内最佳的硬件跟踪功能


驾驶员需要保证,根据他们的认知,这类辅助系统每次都能正常工作。AURIX™所采用的方法提供了一个整体芯片安全概念。这些概念包括使用反逻辑反核的高级锁步CPU概念、中央安全管理单元(SMU),以及为存储器、外围器件和全局寄存器提供三层访问保护。微控制器在裸片上的布局采用了外围器件冗余和空间分离等方法,还使用了独具创新的监控和保护机制。这种布局也是安全概念的关键。


实际上, AURIX™生态系统的安全性根深蒂固。首先,在产品设计阶段执行ISO 26262的方法来避免系统性故障,之后深入分析IP级故障模式,且在产品生产阶段严格遵守设计规则。车辆电子系统的电子控制单元(ECU)处在环境状况非常恶劣的状态里 ,因此,我们通过双面孔金属化冗余、多点电源和冗余内部模块,来应对糟糕的环境。电磁兼容性(EMC)是汽车设计人员的另一个关注重点。得益于高效的片上电容去耦、时钟调制技术和灵活的I/O驱动器扩展,尽管AURIX™的性能在过去十年提高了12倍,核心频率也翻了一翻,但是EMC的对外辐射却只有原来的十分之一。


故障发生时,由于采用了冗余触发器形式的修复机制或内存交换概念,AURIX™可以从故障或部分软件更新中恢复,因此系统有可能从故障中恢复过来。最后,通过中央SMU的成熟信号机制,应用程序可以稳固的采取下一步措施,并标记故障状况。AURIX™还具有完全可配置的失效模式、影响及诊断分析(FMEDA)安全文档,该文档为客户进行详尽的安全分析提供所需的相关数据和信息。


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安全措施、出色的锁步架构和三层访问保护为安全性至关重要的ADAS应用提供了可靠的处理平台。


随着车辆自动驾驶能力的提高,另一个愈发引人关注的问题是网络安全和防止外部攻击。同样,AURIX™系列产品通过硬件安全功能实现了软件安全。硬件安全模块(HSM)提供可配置的闪存,用于存储加密密钥和关键数据,此外还有真随机数发生器(TRNG)和硬件加密加速器(AES、ECC、HASH、SHA)。


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随着将乘客人身安全责任转移到ADAS,AURIX™内部的安全机制可以防止网络攻击


尽管ADAS功能对于普通消费者而言仍然比较新颖,但它们在汽车开发领域早已非常成熟,因此是时候开始考虑对某些方面进行标准化。十分复杂的传感器数据融合就是其中一方面。而借助软硬件相结合的方法,所需开发时间大大减少,相应所需的开发人员也减少,同时显著降低与ADAS重要组成部分有关的项目风险。


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