汽車電子技術發展成了啥樣？前沿汽車電子技術一覽

汽車電子技術發展成了啥樣？要怎么玩兒轉它？從先進的傳感器到人工智能，汽車正在快速成為最新的電子技術與產品的樂園……

汽車應用領域已經出現了一系列新技術，包括電力系統的改進、非常復雜的遠程信息處理，還有自動駕駛。今天的汽車有更多的電子產品。然而，隨著諸如高級駕駛輔助系統（ADAS）等功能成為標準配置，而不是昂貴的選項，更多的先進功能模塊將會進入尋常百姓家的汽車當中。

通過改進傳感器、處理器和內存、軟件，甚至是需要實時集成的人機接口，使得一些變化正在悄然實現（見圖1）。下面介紹一些最新技術，以及他們與其它技術的關系如何使其在汽車應用環境中更為重要。

圖1. 需要多個重疊的傳感器來提供系統建立情境意識的信息，以實施安全的ADAS支持

1、車用傳感器的進展

汽車應用受益于可以流式傳輸4K視頻的相機，與人工智能（AI）中的機器學習（ML）軟件一起，高清晰度攝像機正用于先進ADAS應用的障礙物和物體識別。這里，更高的分辨率是至關重要的，它也對備份相機有用。

多個攝像機組合使用可以用來提供汽車周圍的鳥瞰圖瑞薩電子的，例如R-Car開發套件將來自4個攝像機的視頻流編組成360度視圖（見圖2）。當在狹窄的地方停車或導航時，這是非常有用的。更先進的ADAS系統突出了可能遇到的沖突的區域。

圖2.瑞薩的R-Car SoC能夠通過將來自4臺攝像機的視頻流編織在一起，在車輛周圍產生360度的鳥瞰圖

最近，有兩種量程傳感器呈現出顯顯著的改進，他們是LiDAR和相控陣雷達。這些都不是什么新技術，但小型化和成本降低的重大進步將影響這些系統的使用時間和地點。

例如，Innoviz （見圖3），LeddarTech，Quanergy和Velodyne是提供3D固態LiDAR系統的公司。這些系統適用于機器人等領域，這些系統越來越小，將有多個單元被隱藏在汽車周圍。

圖3. Innoviz只是提供3D LiDAR技術的許多廠商之一

InnovizOne具有200米的深度精度優于2厘米的范圍。它保持100度~25度的視場，0.1~0.1度的空間分辨率。該設備以超過6 Mpixels/s的3D分辨率提供25幀/秒。

相控陣雷達克服了LiDAR的許多局限性，允許它在雨雪中操作，否則可能會誤導光學系統。雷達可用于補償LiDAR和圖像系統。一些公司正在努力在這一領域提供技術。例如，德州儀器（TI）單芯片毫米波傳感器mmWave可處理傳感器和ADAS應用的76~81 GHz傳感器陣列。

所有這些技術都在多個領域得到了應用，從制造到安全，甚至是3D掃描和打印。

2、軟件進展

目前，AI和ML正在引起興起，因為它們能為ADAS帶來高效的圖像識別，這對于安全的自駕駕駛或增強的駕駛體驗至關重要。AI和ML的基礎技術基于深層神經網絡（DNN）和卷積神經網絡（CNN）。

即使在汽車應用環境中，神經網絡也不會取代常規的軟件應用，而只是解決一些較為困難的問題。結合新的硬件，他們也可以實現實時執行，這在對安全性要求較高的應用程序（如自動駕駛）中是必需的。在這種情況下，多核處理器會發揮重要作用，但GPU能實現更好的工作效果（見圖4）。定制硬件最好，如專門的數字信號處理器（DSP）可以處理機器學習任務。

圖4. 來自Nvidia的Drive PX2是針對汽車應用的最新多核CPU/GPU解決方案

這些解決方案的并行處理性能在設計中的多核和晶體管數增長方面表現良好，即使上級時鐘頻率達到峰值。與更傳統的處理器解決方案相比，定制的解決方案具有較低的功耗。

車載信息娛樂（IVI）系統的進步正在改變司機和乘客的可視化方式，以及如何將智能設備和基于云的應用程序連接到他們的車上。所有汽車制造商均提供基于蜂窩的Wi-Fi汽車熱點。更多的選擇需要更強大和開放的方法。在這方面，GENIVI聯盟促進了與操作系統無關的開放標準。

例如，Linux基金會的汽車級Linux（AGL）是已經得到了廣泛廠商支持的IVI系統。豐田的2018款凱美瑞（見圖5）以及未來的豐田汽車將使用AGL 。

圖5. 豐田的2018款凱美瑞將為其車載信息娛樂（IVI）系統運行汽車級Linux（AGL）

考慮到大量傳感器產生的信息量，以及由AI系統處理和生成的數據和車載網絡中流動的視頻流時，汽車系統上運行的應用程序和任務的數量可能會令人吃驚。在關鍵的安全領域，管理數據分發可以得益于像對象管理組（OMG）數據分發服務（DDS）這樣的標準，可以在整個系統中提供安全、實時的管理數據交換能力。這種方法比在應用程序之間需要較少連接的設計中的點對點解決方案更好。

虛擬機管理程序是另一種常用工具，但不在車輛控制設置中。然而，由于多核解決方案的數量和復雜性，以及將安全和安全關鍵組件與IVI及非關鍵系統相結合的需求，這種變化也在明顯改變著。面向汽車的虛擬機管理程序可從諸如Blackberry QNX Hypervisor，Wind River VxWorks，Green Hills Software INTEGRITY Multivisor （見圖6）和Mentor Graphics的嵌入式管理程序等供應商獲得。

圖6. Green Hills Software的Multivisor提供了1型虛擬機管理程序的虛擬機隔離，在與IVI子系統相同的硬件上承載安全和關鍵子系統的汽車環境中，該虛擬機正在變得越來越普遍

虛擬機管理程序允許對虛擬機（VM）進行分區，從而可以對安全和安全認證進行劃分。這意味著非關鍵組件也不需要相同級別的認證，這需要時間并且非常昂貴。同樣，隨著時間的推移，第三方添加有限的安全和安全相關組件在IVI中變得越來越普遍。

像Blackberry的QNX Hypervisor 2.0，這樣的1型虛擬機管理程序設計的很小巧，具有低內存和性能開銷，但功能對于性能和安全性至關重要（見圖7）。QNX提供具有可配置調度策略的、基于優先級的虛擬CPU（vCPU）。管理程序基于QNX SDP 7.0 RTOS，從而提供細粒度的管理和安全性。QNX Neutrino RTOS是需要安全認證的VM備選方案。QNX OS for Safety已通過ASILD和IEC 61508 SIL3的ISO 26262認證，并已被用于SIL 4認證的EN 50128系統。

圖7. 安全性滲透到汽車環境的各個方面，從制造到安全的空中更新協調和支持這種基礎設施可能是一個挑戰，黑莓公司正在盡力提供一個完整的解決方案