作者：Patrick Mannion，特約編輯

人工智能 (AI)、電氣化和車內(nèi)娛樂(lè)只是汽車正在發(fā)生的一些革命性變化，引發(fā)了對(duì)汽車應(yīng)該如何設(shè)計(jì)和使用的徹底重新思考。它們也促使設(shè)計(jì)師重新思考自己在汽車設(shè)計(jì)鏈中的角色。

從半導(dǎo)體和組件環(huán)境性能的角度來(lái)看，適用相同的規(guī)則，即 AEC-Q100，自 1994 年以來(lái)一直存在。它定義了溫度、濕度和其他可靠性因素。然而，自 1994 年以來(lái)，情況發(fā)生了很大變化，很快，“汽車”手機(jī)將開(kāi)始名副其實(shí)，這在很大程度上要?dú)w功于傳感器集成、人工智能、摩爾定律以及偏遠(yuǎn)地區(qū)的一些人以標(biāo)簽為生圖像，使智能系統(tǒng)更準(zhǔn)確。

例如，準(zhǔn)確的標(biāo)簽可以區(qū)分天空和卡車的側(cè)面。Mighty AI 是一家專注于使用遍布全球的人類團(tuán)隊(duì)確保準(zhǔn)確標(biāo)記的公司。根據(jù)其創(chuàng)始人 S. “Soma” Somasegar 的說(shuō)法，人類在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都將在這個(gè)循環(huán)中發(fā)揮重要作用?！拔覀儾皇窃诮⒁粋€(gè)系統(tǒng)來(lái)玩游戲；我們正在建立一個(gè)拯救生命的系統(tǒng)，”Mighty AI 首席執(zhí)行官 Daryn Nakhuda 說(shuō)。

讓自動(dòng)駕駛汽車在日常使用中相對(duì)安全是一個(gè)有趣的挑戰(zhàn)，它吸引了汽車原始設(shè)備制造商和電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的想象力，并刺激了傳感器、處理和通信方面的創(chuàng)新。

一段時(shí)間以來(lái)，人們認(rèn)為 LiDAR 將成為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車的關(guān)鍵突破性技術(shù)，但現(xiàn)在，開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)意識(shí)到它是所有可能的傳感器輸入的組合，包括聲納、高清攝像頭、LiDAR 和雷達(dá)，所有這些都是為了確保準(zhǔn)確測(cè)距和識(shí)別物體。根據(jù)通用汽車的說(shuō)法，其雪佛蘭 Volt 電動(dòng)汽車 (EV) 的自動(dòng)駕駛版本增加了 40 個(gè)傳感器和 40% 的硬件。

降低該硬件的成本和功耗，特別是對(duì)于高級(jí)圖像處理，是自動(dòng)駕駛汽車的許多關(guān)鍵促成因素之一。為此，Dream Chip Technologies 在世界移動(dòng)通信大會(huì) (MWC) 上宣布了用于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 片上系統(tǒng) (SoC)，該系統(tǒng)可在降低功耗的同時(shí)大大提高性能。

ADAS SoC 是與 Arm、ArterisIP、Cadence、GlobalFoundries (GF) 和 Invecas 合作開(kāi)發(fā)的，是歐盟委員會(huì) ENIAC THINGS2DO 參考開(kāi)發(fā)平臺(tái)的一部分。它是基于格芯的 22FDX 技術(shù)開(kāi)發(fā)的，旨在降低 AI 和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (NN) 處理所需的功率，使其可以嵌入到車輛中而無(wú)需主動(dòng)冷卻技術(shù)，這會(huì)增加重量、尺寸和成本，同時(shí)增加失敗的概率。

SoC 使用 Dream Chip 的圖像信號(hào)處理流水線、Tensilica (Cadence) P6 DSP 和四組 Arm Cortex-A53 處理器，以達(dá)到 1 tera 運(yùn)算/秒 (TOPS) 的速度，而功耗“只有個(gè)位數(shù)”。 ”

分布式與集中式傳感器處理Dream Chip Technologies 的低功耗 SoC 在圖像處理方面的低功耗性能至關(guān)重要，因?yàn)樾枰畲笙薅鹊販p少延遲以避免發(fā)生事故。車輛看得越遠(yuǎn)，越早處理所看到的，車輛就會(huì)變得越安全。然而，如前所述，合理的智能決策需要許多傳感器，這就提出了應(yīng)該在哪里以及如何處理所有這些傳感器輸入的問(wèn)題。

傳感器融合技術(shù)在無(wú)人機(jī)等應(yīng)用中廣為人知，其中陀螺儀、加速度計(jì)和磁力計(jì)的管理方式使得它們各自的優(yōu)勢(shì)得到強(qiáng)調(diào)，而負(fù)面影響則被削弱。對(duì)于具有如此多和不同傳感器的自動(dòng)駕駛汽車，如何做到這一點(diǎn)？

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Mentor Graphics 決定逆向工作，從 5 級(jí)自治開(kāi)始。它的方法稱為 DRS360，它從 LiDAR、雷達(dá)和攝像頭獲取（融合）原始傳感器數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理，以開(kāi)發(fā)出車輛周圍環(huán)境的 360 度實(shí)時(shí)視圖。集中式方法減少了延遲，但確實(shí)需要高級(jí)別的集中處理，Mentor 使用 Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC FPGA 及其先進(jìn)的 NN 算法提供了這種處理。另一種方法是在傳感器本地進(jìn)行圖像、激光雷達(dá)或雷達(dá)處理并將結(jié)果發(fā)送到上游，但這種方法的擴(kuò)展效率不如 DRS360，也沒(méi)有充分利用快速變化和發(fā)展的算法。缺點(diǎn)是單點(diǎn)故障，但內(nèi)置冗余和良好的設(shè)計(jì)可以抵消這一點(diǎn)。

MIPI 聯(lián)盟并沒(méi)有忽視汽車傳感器的重要性，該聯(lián)盟將其在手機(jī)上定義傳感器物理層接口的經(jīng)驗(yàn)帶到了快速發(fā)展的汽車領(lǐng)域。10 月 7 日，它宣布成立 MIPI 汽車工作組 (AWG)，以實(shí)現(xiàn)傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)化，以降低開(kāi)發(fā)成本、縮短測(cè)試時(shí)間并提高可靠性。憑借其在移動(dòng)設(shè)備方面的背景，MIPI 聯(lián)盟也有信心幫助確保高度敏感、關(guān)鍵任務(wù)的汽車應(yīng)用受到 EMI 的影響最小。

加速汽車的電氣化 雖然通常被認(rèn)為是自動(dòng)駕駛汽車的代名詞，但電動(dòng)化以取代內(nèi)燃機(jī) (ICE) 的趨勢(shì)正在以不同的驅(qū)動(dòng)程序以自己的速度發(fā)展。首先，帶有大電池的電動(dòng)汽車被視為一種更可持續(xù)的交通方式。然而，根據(jù) Mentor Graphics 集成電氣系統(tǒng)市場(chǎng)總監(jiān) Dan Scott 的說(shuō)法，這種電池確實(shí)增加了重量，與同等的 ICE 車輛相比增加了 32%。

因此，問(wèn)題在于最大限度地減少重量，這直接適用于電纜、線束和連接器。電動(dòng)汽車的另一個(gè)問(wèn)題是更高的功率要求，對(duì)于典型的 1 KW 電池實(shí)施，400 V 時(shí)的電流高達(dá) 250 A。如此高的電流會(huì)導(dǎo)致更多的熱量產(chǎn)生能量損失，從而推動(dòng)電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向 800 V 電源。這也將減輕電纜重量，其他技術(shù)也將如此，例如去除大功率電纜上的屏蔽層。麥肯錫公司拆掉了八輛電動(dòng)汽車，只是為了看看它們是如何區(qū)分的，功率和熱管理被證明是一個(gè)有趣的因素，但動(dòng)力總成設(shè)計(jì)方法還沒(méi)有趨同（圖 1）。

圖 1：對(duì) 8 輛電動(dòng)汽車的拆解顯示，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式和熱量管理方式存在很大差異。圖片：麥肯錫公司。

然而，Scott 說(shuō)，這需要權(quán)衡取舍，例如 EMC 問(wèn)題?！按送猓瑢?duì)于再生制動(dòng)等問(wèn)題，現(xiàn)在您需要考慮電力電子、電機(jī)控制和電池化學(xué)，因此您必須在不同工具之間共享這些數(shù)據(jù)，”Scott 說(shuō)?！斑@需要更全面的設(shè)計(jì)方法?！?/p>

為此，Mentor 開(kāi)發(fā)了用于汽車和航空航天應(yīng)用的電氣和線束設(shè)計(jì)和布局的 Capital 軟件套件。Capital 的目標(biāo)是保持從車輛概念和電氣架構(gòu)定義到線束制造和車輛維護(hù)的無(wú)縫數(shù)據(jù)流。

“Capital 擅長(zhǎng)管理復(fù)雜的系統(tǒng)，”Scott 說(shuō)?！拔覀冇醒苌皆O(shè)計(jì)，我們可以從中獲取基本架構(gòu)并自動(dòng)生成接線圖?！?雖然 Capital 沒(méi)有選擇所需的特定組件，但 Scott 表示 Mentor 確實(shí)擁有一個(gè)設(shè)計(jì)服務(wù)團(tuán)隊(duì)，可以幫助做出下一級(jí)的設(shè)計(jì)決策。

舒適性和服務(wù)取代性能隨著車輛向自動(dòng)駕駛方向發(fā)展，舒適性、娛樂(lè)性和服務(wù)被視為比性能和道路“感覺(jué)”更具差異化的因素。福特已經(jīng)認(rèn)識(shí)到并支持這種向服務(wù)的遷移，而英特爾長(zhǎng)期以來(lái)一直在推動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)的關(guān)注，無(wú)論是在車輛上還是在其使用上。

車輛的使用方式正在改變商業(yè)模式，年輕用戶更喜歡訂閱模式而不是擁有車輛。此外，他們喜歡消息靈通和娛樂(lè)，這激發(fā)了 Imagination Technologies 宣布其用于高清平視顯示器和信息娛樂(lè)的 PowerVR Series8XT GT8540 四集群 IP。GPU 內(nèi)核可同時(shí)支持多個(gè)高清 4K 視頻流以及多達(dá) 8 個(gè)應(yīng)用程序和服務(wù)。

審核編輯 黃昊宇