未來智能汽車將有5大技術趨勢
時間:2016-08-29 10:13:28 點擊:
據美國交通部稱,僅在美國,機動車每年的行駛裏程數就超過了4萬億英裏。為了理解這一數字所代表的距離,想象一下光從太陽到達地球大約需要8分鍾,但走完美國機動車每年行駛的裏程則需要8個多月。以上統計數據並不代表人們渴望在路上花更多時間,而是表述汽車在日常生活中扮演的核心角色。由於角色重要,人們越來越期待車輛係統更安全,其提供的個人化輔助和易用性水平也能像機動車駕駛員和乘客的手機和平板電腦提供的一樣。 
   
  消費者需求和競爭壓力促使廠商提高汽車、卡車及公路車輛的智能化水平。例如,雪佛蘭沃藍達(ChevyVolt)汽車中使用了近100個微處理器,共運行約1000萬條代碼,使得雪佛蘭沃藍達的軟件運用比波音787夢幻客機、以前的航天飛機和當代的噴氣式戰機還豐富。在這種電動汽車裏,主流的汽車設計越來越依賴更加複雜精細的電子係統。 

  今天,設計師們可以利用各種日益強大的硬件和軟件技術來創建更複雜全麵的汽車解決方案。結合AUTOSAR(AUTomotiveOpenSystemArchitecture,汽車開放體係結構)等基於標準的,製造商們可以將各種汽車子係統混合及匹配,滿足特定的成本、性能和功能要求。實際上,汽車技術的進步接踵而至,但最顯著的進步主要以汽車技術領域的五種關鍵趨勢為中心。 
   
  技術趨勢1:先進駕駛輔助係統(ADAS) 
   
  ADAS基於嵌入式可視技術,其設計旨在降低駕駛過程本身中駕駛員的負擔。根據這種概念,可視係統圍繞在車輛周圍,旨在形成保護車輛免受駕駛員失誤、道路障礙、車輛和行人等影響的保護罩。利用其視覺處理能力,這些係統為車上安全係統提供識別和追蹤信息,實現車道偏離告警、防撞、駕駛員疲勞檢測和更多保護功能。 
   
  嵌入式視覺係統的識別和實時跟蹤能力傳統上需要圖像捕獲和處理技術領域高度專業化的知識。如今,很多資源能幫助我們簡化這些複雜視覺係統的開發。專業視覺處理器、多核CPU和視覺軟件庫的組合,讓每個工程師都擁有了複雜視覺的能力。事實上,多種開發套件,例如安富利的Blackfin嵌入式視覺啟動套件等,都能通過提供構建這些解決方案所需要的全套硬件、軟件和測試功能,顯著降低視覺式係統的準入門檻。 
   
  技術趨勢2:先進電機控製 
   
  除初級驅動電機外,高級汽車還裝配了驅動各類油泵、風扇、壓縮機、旋轉器、製動器和自動駕駛裝置的專用電機控製係統。大多數情況下,受效率和控製能力最大化的渴望推動,工程師們漸漸舍棄傳統的標量控製係統,轉而采用更複雜的數字矢量控製算法,以提供最大扭矩並且加/減速的速率精確受控。新興的無感控製方式進一步促成更多高性價比解決方案出現,為工程師提供駕馭先進級矢量控製方法強大力量的最大化電機能力。 
   
  複雜的電機控製方法提供極大靈活性,但對設計師而言充滿挑戰。實際上,要使矢量控製設計的電機在任何極端情況下能都穩定工作,就需要高度專業化的知識,並且在開發周期較短時往往會陷入困境。Zynq?-7000AllProgrammableSoC/AnalogDevices智能驅動套件等開發套件的出現,極大地簡化了這些技術的應用(圖1)。智能驅動套件包含一整套開發軟件、電機控製參考設計和大氣汙染,還包括最新的AnalogDevices數據轉換器和基於ARMCortex-A9雙核處理器的XilinxZynq-7000AllProgrammableSoC。 
   
  德州儀器(TexasInstruments)采用其基於C2000的PiccoloMCU係列,進一步將電機控製功能壓縮到單芯片解決方案內。德州儀器這些專門的MCU在片上ROM中集成了該公司的InstaSPIN電機控製軟件解決方案,進一步縮短這些複雜應用的開發周期。 
   
  技術趨勢3:引擎/能源管理係統 
   
  人們對更遠行駛距離和更低燃料成本的渴望,提升了在車輛銷售時,每加侖行駛英裏數額定指標的重要性,也刺激引擎管理向高效數字化係統轉化發展。除了在電動和混合動力汽車中提供嚴格安全的電池監控功能,管理係統還為優化燃油或電池能量利用率提供所需的能量監測、分析和控製。 
   
  當在全車分散布設控製係統成為電機控製技術的趨勢時,引擎管理的方式卻是將信息從外設向中央控製器集中。因此,這些管理係統麵對的困難,是將來自動力傳動係統的實時測量數據,與燃料或能量單元使用的複雜模型相協調,以優化整體工作狀態。 
   
  對設計人員而言,一係列廣泛的車用傳感器、數據轉換器和微處理器為這些解決方案提供了主要部件。NXP半導體的MC33975這類的器件配合集成的MCU,可實現多達22路模擬輸入線路向MCU上集成數據轉換器的多路傳輸,進一步簡化設計,降低成本。 
   
  技術趨勢4:圖形化界麵 
   
  汽車設備廠商不斷響應消費者對更強大信息娛樂係統的渴望。目前許多級別的機動車都提供觸摸屏顯示控製台,設置在中控台、扶手、椅背甚至後視鏡上(參見“全新TFTLCD技術塑造未來汽車信娛係統”一文)。這些解決方案的核心中,都使用薄膜晶體管(TFT)LCD提供分辨率、對比度和屏幕尺寸等所需設置的組合。製造商利用車上顯示屏的觸摸功能,為車輛所有者提供“像智能手機一樣”的車輛信娛和控製係統圖形化接口,甚至允許相似的第三方應用程序商店提供範圍更廣的車載式服務。 
   
  半導體製造商做出的回應是越來越多使用LCD和高集成度支持的顯示管理。擁有片上LCD控製的MCU能簡化設計且減少元件數,使得這些越來越重要的汽車功能得以提高可靠性並降低成本。 
   
  技術趨勢5:物聯網的係統中的汽車係統 
   
  因為與交通相關的設施對複雜性和安全性的要求極高,很少有係統應用的處理能力和交互式計算能力能與高檔汽車的水平相匹敵。結合無所不在的社交網絡,也許再沒有應用能提供更大的互連潛力,將智能汽車、卡車和車輛連接到一個物聯網中,能優化車輛性能,實現乘客區內外的最佳用戶體驗。 
   
  正如以上每種趨勢一樣,這種趨勢也利用了芯片製造商的能力,將更強的功能集成到更強大的微處理器中。這種情況下,集成無線連接能力不僅簡化了汽車子係統間的通信,而且也能用於車輛與外部事物相連,如外部網絡、交通控製係統甚至車輛。在物聯網廣泛進入家庭和商業領域的願景下,互連的車輛及其來源豐富的數據將為更多服務提供未開發的潛力,例如預見性維護、性能動態、交通管理以及可能最重要的一點,即增強的安全性和突發狀況響應能力。 
   
  很少有工程領域與汽車電子設計領域一樣必須結合複雜性和安全性考慮。不過,在先進汽車電子的幫助下,製造商正快速提供隱藏了設計複雜性的開發解決方案。反過來,這些現成的解決方案通過更先進的ADAS、電機控製、引擎管理、車內和車外通信,承諾提供更強安全性、更低價格和更高性能。

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