隨著全球新車安全評鑒協(xié)會的安全等級和法規(guī)對主動安全功能的要求日益嚴(yán)格，安全性已成為當(dāng)今車輛的一項不可或缺的特性。全球汽車制造商不斷增強其車輛內(nèi)的高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 功能（包括自動緊急制動 (AEB)、自適應(yīng)巡航控制 (ACC) 和高級車道居中），從而滿足這些安全要求并致力于實現(xiàn)更高水平的自動駕駛。為了支持這些功能并滿足安全法規(guī)，汽車周圍的雷達傳感器的數(shù)量正在增加。
不斷發(fā)展演進的汽車架構(gòu)
汽車系統(tǒng)設(shè)計人員解決 ADAS 功能實現(xiàn)問題的一個方法是重新考慮電氣和電子系統(tǒng)架構(gòu)的結(jié)構(gòu)和集成。如今的典型架構(gòu)是邊緣架構(gòu)，它由高度智能的雷達傳感器組成，通過控制器局域網(wǎng)或 100Mb 以太網(wǎng)接口將處理后的數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)?ADAS 電子控制單元 (ECU)。這些傳感器專為高性能而設(shè)計，包含一個處理器以及一個用于執(zhí)行距離、多普勒和角度快速傅里葉變換 (FFT) 的專用加速器，以及用于物體檢測、分類和跟蹤的后續(xù)高級算法。然后，將來自每個邊緣雷達傳感器的最終物體數(shù)據(jù)發(fā)送到 ADAS ECU。圖 1 展示了邊緣架構(gòu)。
圖 1：邊緣架構(gòu)中的雷達傳感器連接到 ADAS ECU
邊緣架構(gòu)正在不斷發(fā)展演進并讓位于衛(wèi)星架構(gòu)，其中散布在汽車周圍的傳感器感測頭通過高速 1Gb 以太網(wǎng)接口將預(yù)處理的距離 FFT 數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)焦δ軓姶蟮闹醒?ECU。很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)處理工作將轉(zhuǎn)移到中央 ECU 上（圖 2）。與邊緣架構(gòu)（由單個雷達傳感器獨立執(zhí)行所有數(shù)據(jù)處理）不同，衛(wèi)星架構(gòu)可在中央處理器使用經(jīng)過極低限度處理的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)集中式數(shù)據(jù)處理。
圖 2：衛(wèi)星架構(gòu)中連接到中央 ECU 的雷達傳感器
衛(wèi)星架構(gòu)的優(yōu)點
集中處理能夠?qū)崿F(xiàn)有效的傳感器融合算法，從而做出更準(zhǔn)確的決策。如同人腦是根據(jù)雙眼所看到的東西來做出決策，而不是根據(jù)每只眼睛看到的東西獨立做出決策。原始設(shè)備制造商 (OEM) 可以部署用于提高角分辨率（分布式孔徑雷達）和最大速度的算法，甚至可以部署機器學(xué)習(xí)算法進行對象分類。傳感器輸入與這些算法的融合提高了檢測性能，并產(chǎn)生相對精確的感知圖。對于汽車制造商而言，這意味著自主水平得到提升。對于駕駛員和乘客而言，這意味著汽車更安全。
此外，使用衛(wèi)星雷達傳感器可實現(xiàn)系統(tǒng)可擴展性和模塊化。如果能夠?qū)鞲衅鞣胖迷谄囍車奖愕奈恢茫瑒t可實現(xiàn)許多 ADAS 應(yīng)用。只需更改傳感器的數(shù)量或配置就可以調(diào)整覆蓋范圍，從而將單個平臺從成本敏感型低端車輛擴展到具有不同自主水平的差異化高端車輛。
衛(wèi)星架構(gòu)通過傳感器融合算法和中央 ECU 更大的計算能力增加價值。通過軟件簡化的衛(wèi)星傳感器和差異化特性有助于降低系統(tǒng)復(fù)雜性并提供創(chuàng)造價值的新方法。此外，使用衛(wèi)星雷達后，汽車制造商可以選擇使用無線軟件更新來提高系統(tǒng)性能并增強安全性。性能、可擴展性和簡易性等多重優(yōu)勢共同凸顯了衛(wèi)星架構(gòu)在汽車行業(yè)的突出地位。
專為衛(wèi)星架構(gòu)設(shè)計的雷達傳感器
德州儀器 (TI) 專為衛(wèi)星架構(gòu)設(shè)計了 AWR2544 片上雷達傳感器。它具有一個集成的77GHz 收發(fā)器，配有四個發(fā)送器和四個接收器，可提供更大的距離檢測和更好的性能。它還包括成本優(yōu)化型雷達處理加速器和吞吐量增強型 1Gbps 以太網(wǎng)接口，用于生成和流式傳輸距離 FFT 壓縮數(shù)據(jù)。該器件符合汽車安全完整性等級 B，并可通過硬件安全模塊提供安全的執(zhí)行環(huán)境。
該器件還采用 TI 的封裝上裝載 (LOP) 技術(shù)而設(shè)計，該技術(shù)可通過印刷電路板 (PCB) 內(nèi)的波導(dǎo)將信號從封裝輻射元件直接傳輸?shù)?3D 天線。圖 3 展示了帶有 3D 波導(dǎo)天線的AWR2544LOP 評估模塊。
圖 3：AWR2544LOP EVM
在系統(tǒng)層面，LOP 技術(shù)通過增大信噪比提高了性能，簡化了熱管理，通過避免使用昂貴的射頻 PCB 材料降低了成本，并通過在多個傳感器設(shè)計中實現(xiàn) PCB 重復(fù)使用提高了靈活性。
TI 還提供兼容的安全增強和優(yōu)化的電源管理集成電路，來簡化系統(tǒng)實現(xiàn)。LP87725-Q1 具有三個低噪聲降壓轉(zhuǎn)換器、一個低壓降穩(wěn)壓器和一個負(fù)載開關(guān)（用于為基于 AWR2544 的衛(wèi)星架構(gòu)供電）以及以太網(wǎng)物理層。
結(jié)語
為了滿足不斷提升的自主水平和安全要求，ADAS 應(yīng)用也在不斷發(fā)展。隨著衛(wèi)星架構(gòu)等新架構(gòu)的出現(xiàn)，這些系統(tǒng)中的檢測和處理技術(shù)也必須不斷發(fā)展才能支持新功能。借助AWR2544 雷達傳感器等器件，不僅可以讓汽車系統(tǒng)設(shè)計人員靈活地接納這些趨勢，而且有助于打造適合所有人的更安全、更智能的車輛。
