未來(lái)智能汽車(chē)的5大技術(shù)趨勢

據美國交通部稱(chēng)，僅在美國，機動(dòng)車(chē)每年的行駛里程數就超過(guò)了4萬(wàn)億英里。為了理解這一數字所代表的距離，想象一下光從太陽(yáng)到達地球大約需要8 分鐘，但走完美國機動(dòng)車(chē)每年行駛的里程則需要8個(gè)多月。以上統計數據并不代表人們渴望在路上花更多時(shí)間，而是表述汽車(chē)在日常生活中扮演的核心角色。由于角色重要，人們越來(lái)越期待車(chē)輛系統更安全，其提供的個(gè)人化輔助和易用性水平也能像機動(dòng)車(chē)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(chǎng)商提高汽車(chē)、卡車(chē)及其它公路車(chē)輛的智能化水平。例如，雪佛蘭沃藍達(Chevy Volt) 汽車(chē)中使用了近100個(gè)微處理器，共運行約1000萬(wàn)條代碼，使得雪佛蘭沃藍達的軟件運用比波音787夢(mèng)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(dòng)汽車(chē)里，主流的汽車(chē)設計越來(lái)越依賴(lài)更加復雜精細的電子系統。

今天，設計師們可以利用各種日益強大的硬件和軟件技術(shù)來(lái)創(chuàng )建更復雜全面的汽車(chē)解決方案。結合AUTOSAR (AUTomotive Open System Architecture，汽車(chē)開(kāi)放體系結構)等基于標準的平臺，制造商們可以將各種汽車(chē)子系統混合及匹配，滿(mǎn)足特定的成本、性能和功能要求。實(shí)際上，汽車(chē)技術(shù)的進(jìn)步接踵而至，但最顯著(zhù)的進(jìn)步主要以汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域的五種關(guān)鍵趨勢為中心。

技術(shù)趨勢 #1：先進(jìn)駕駛輔助系統 (ADAS)

ADAS基于嵌入式可視技術(shù)，其設計旨在降低駕駛過(guò)程本身中駕駛員的負擔。根據這種概念，可視系統圍繞在車(chē)輛周?chē)?，旨在形成保護車(chē)輛免受駕駛員失誤、道路障礙、其它車(chē)輛和行人等影響的保護罩。利用其視覺(jué)處理能力，這些系統為車(chē)上安全系統提供識別和追蹤信息，實(shí)現車(chē)道偏離告警、防撞、駕駛員疲勞檢測和其它更多保護功能。

嵌入式視覺(jué)系統的識別和實(shí)時(shí)跟蹤能力傳統上需要圖像捕獲和處理技術(shù)領(lǐng)域高度專(zhuān)業(yè)化的知識。如今，很多資源能幫助我們簡(jiǎn)化這些復雜視覺(jué)系統的開(kāi)發(fā)。專(zhuān)業(yè)視覺(jué)處理器、多核CPU和視覺(jué)軟件庫的組合，讓每個(gè)工程師都擁有了復雜視覺(jué)的能力。事實(shí)上，多種開(kāi)發(fā)工具套件，例如安富利的Blackfin嵌入式視覺(jué)啟動(dòng)套件等，都能通過(guò)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(zhù)降低視覺(jué)式系統的準入門(mén)檻。

技術(shù)趨勢 #2：先進(jìn)電機控制

除初級驅動(dòng)電機外，高級汽車(chē)還裝配了驅動(dòng)各類(lèi)油泵、風(fēng)扇、壓縮機、旋轉器、制動(dòng)器和自動(dòng)駕駛裝置的專(zhuān)用電機控制系統。大多數情況下，受效率和控制能力最大化的渴望推動(dòng)，工程師們漸漸舍棄傳統的標量控制系統，轉而采用更復雜的數字矢量控制算法，以提供最大扭矩并且加/減速的速率受控。新興的無(wú)感控制方式進(jìn)一步促成更多高性?xún)r(jià)比解決方案出現，為工程師提供駕馭先進(jìn)級矢量控制方法強大力量的最大化電機能力。

復雜的電機控制方法提供極大靈活性，但對設計師而言充滿(mǎn)挑戰。實(shí)際上，要使矢量控制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(zhuān)業(yè)化的知識，并且在開(kāi)發(fā)周期較短時(shí)往往會(huì )陷入困境。Zynq?-7000 All Programmable SoC/ Analog Devices智能驅動(dòng)套件等開(kāi)發(fā)套件的出現，極大地簡(jiǎn)化了這些技術(shù)的應用(圖1)。智能驅動(dòng)套件包含一整套開(kāi)發(fā)軟件、電機控制參考設計和大氣污染，還包括的Analog Devices數據轉換器和基于A(yíng)RM Cortex-A9 雙核處理器的Xilinx Zynq-7000 All Programmable SoC。

德州儀器 (Texas Instruments) 采用其基于C2000的Piccolo MCU系列，進(jìn)一步將電機控制功能壓縮到單芯片解決方案內。德州儀器這些專(zhuān)門(mén)的MCU在片上ROM中集成了該公司的InstaSPIN電機控制軟件解決方案，進(jìn)一步縮短這些復雜應用的開(kāi)發(fā)周期。

技術(shù)趨勢 #3：引擎/能源管理系統

人們對更遠行駛距離和更低燃料成本的渴望，提升了在車(chē)輛銷(xiāo)售時(shí)，每加侖行駛英里數額定指標的重要性，也刺激引擎管理向高效數字化系統轉化發(fā)展。除了在電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)中提供嚴格安全的電池監控功能，管理系統還為優(yōu)化燃油或電池能量利用率提供所需的能量監測、分析和控制。

當在全車(chē)分散布設控制系統成為電機控制技術(shù)的趨勢時(shí)，引擎管理的方式卻是將信息從外設向中央控制器集中。因此，這些管理系統面對的困難，是將來(lái)自動(dòng)力傳動(dòng)系統的實(shí)時(shí)傳感器測量數據，與燃料或能量單元使用的復雜模型相協(xié)調，以?xún)?yōu)化整體工作狀態(tài)。

對設計人員而言，一系列廣泛的車(chē)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(lèi)的器件配合集成的MCU，可實(shí)現多達22路模擬輸入線(xiàn)路向MCU上集成數據轉換器的多路傳輸，進(jìn)一步簡(jiǎn)化設計，降低成本。

技術(shù)趨勢 #4：圖形化界面

汽車(chē)設備廠(chǎng)商不斷響應消費者對更強大信息娛樂(lè )系統的渴望。目前許多級別的機動(dòng)車(chē)都提供觸摸屏顯示控制臺，設置在中控臺、扶手、椅背甚至后視鏡上(參見(jiàn)“全新TFT LCD技術(shù)塑造未來(lái)汽車(chē)信娛系統”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。制造商利用車(chē)上顯示屏的觸摸功能，為車(chē)輛所有者提供“像智能手機一樣”的車(chē)輛信娛和控制系統圖形化接口，甚至允許相似的第三方應用程序商店提供范圍更廣的車(chē)載式服務(wù)。

半導體制造商做出的回應是越來(lái)越多使用LCD和高集成度支持的顯示管理。擁有片上LCD控制的MCU能簡(jiǎn)化設計且減少元件數，使得這些越來(lái)越重要的汽車(chē)功能得以提高可靠性并降低成本。

技術(shù)趨勢 #5：物聯(lián)網(wǎng)的系統中的汽車(chē)系統

因為與交通相關(guān)的設施對復雜性和安全性的要求極高，很少有系統應用的處理能力和交互式計算能力能與高檔汽車(chē)的水平相匹敵。結合無(wú)所不在的社交網(wǎng)絡(luò )，也許再沒(méi)有其它應用能提供更大的互連潛力，將智能汽車(chē)、卡車(chē)和其它車(chē)輛連接到一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)中，能優(yōu)化車(chē)輛性能，實(shí)現乘客區內外的最佳用戶(hù)體驗。

正如以上每種趨勢一樣，這種趨勢也利用了芯片制造商的能力，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(wú)線(xiàn)連接能力不僅簡(jiǎn)化了汽車(chē)子系統間的通信，而且也能用于車(chē)輛與外部事物相連，如外部網(wǎng)絡(luò )、交通控制系統甚至其它車(chē)輛。在物聯(lián)網(wǎng)廣泛進(jìn)入家庭和商業(yè)領(lǐng)域的愿景下，互連的車(chē)輛及其來(lái)源豐富的數據將為更多服務(wù)提供未開(kāi)發(fā)的潛力，例如預見(jiàn)性維護、性能動(dòng)態(tài)、交通管理以及可能最重要的一點(diǎn)，即增強的安全性和突發(fā)狀況響應能力。

很少有工程領(lǐng)域與汽車(chē)電子設計領(lǐng)域一樣必須結合復雜性和安全性考慮。不過(guò)，在先進(jìn)汽車(chē)電子的幫助下，制造商正快速提供隱藏了設計復雜性的開(kāi)發(fā)解決方案。反過(guò)來(lái)，這些現成的解決方案通過(guò)更先進(jìn)的ADAS、電機控制、引擎管理、車(chē)內人機界面和車(chē)外通信，承諾提供更強安全性、更低價(jià)格和更高性能。