Эксперты ADAS размышляют об интеграции датчиков в будущие автомобили

Возможно, никогда не будет одного, единственного и наиболее эффективного способа реализации сенсорной технологии для систем вспомогательного вождения (ADAS) и автономных транспортных средств (AV). Вместо этого магическим числом может быть шесть - как в шести основных соображениях, которые каждый автопроизводитель будет решать, как достичь по-своему, что приведет каждый к созданию своего собственного уникального подхода к интеграции датчиков в будущие автомобили. На заключительном заседании виртуальной конференции AutoSens Brussels 2020 группа экспертов обсудила правильное сочетание датчиков и то, как сделать так, чтобы дизайн никогда не ставил под угрозу безопасность - и наоборот.

Участниками дискуссии были Патрик Денни, старший эксперт по системам технического зрения и усовершенствованным системам помощи водителю в поставщике автомобильных встраиваемых систем Valeo; Поль-Анри Матха, технический руководитель Volvo Car Corp .; Роберт Стед, управляющий директор Sense Media Group; и Карстен Астхаймер, директор дизайнерской фирмы Astheimer Ltd. EE Times Europe также обратился к Пьеррику Боуле, аналитику по технологиям и рынку в Yole Développement (Лион, Франция), чтобы получить информацию о внедрении и использовании различных типов датчиков в автомобильных системах.

Получение правильного числа

Все больше и больше датчиков устанавливаются по всему автомобилю, чтобы заблаговременно решать проблемы безопасности. Сколько датчиков сегодня установлено в автомобилях и сколько нам нужно, чтобы перейти на более высокий уровень автономности? «Если мы примем во внимание датчики для ADAS - ультразвуковой, радар, камеру для зондирования, камеру для просмотра и LiDAR - мы оценим, что автомобиль имеет от 10 до 20 датчиков, в зависимости от типа транспортного средства», - сказал Булай из Йоле EE Times. . Естественно, в автомобилях высокого класса установлено больше датчиков, чем в автомобилях эконом-класса или автомобилях среднего класса по характеристикам и функциям.

Датчики будут иметь решающее значение для разблокировки высоких уровней автоматизации, и ожидается, что количество и типы датчиков будут увеличиваться. «Мы ожидаем, что для этих уровней автоматизации будет установлено от 35 до 40 датчиков», - сказал Булай. «Датчики будут более конкретными, поскольку мы увидим датчики для приложений ближнего, среднего и дальнего действия. Один датчик не сможет охватить все приложения. У каждого приложения или варианта использования будут свои спецификации и требования к датчикам ».

Увеличение количества датчиков - это только верхушка айсберга. Датчики генерируют тонны данных, а системы сильно ограничены вычислительной мощностью. По словам Буле, в будущем ключевой особенностью станет наличие достаточной вычислительной мощности для обработки всех данных, генерируемых этими датчиками. «В то время как типичные системы ADAS, использующие чипы Intel-Mobileye, совершали скачок между 0,25 TOPS [10 × производительность высокопроизводительного ноутбука] и 2,5 TOPS для нового чипа EyeQ4, роботизированные автомобили уже превышают 250 TOPS», - сказал он. В конце концов, «E / E [электрическая / электронная] архитектура транспортного средства должна будет измениться с распределенной архитектуры на централизованную архитектуру с контроллерами домена, способными управлять объединением необработанных данных, поступающих от датчиков».

Так чем больше датчиков, тем лучше? «Некоторые могут так подумать, но количество датчиков в автомобилях не будет увеличиваться бесконечно по причинам стоимости или интеграции», - сказал Буле, который ожидает, что количество датчиков для автоматизации в какой-то момент упадет. «Основное различие будет на уровне программного обеспечения и способности компаний эффективно обрабатывать огромное количество данных. Некоторые OEM-производители, такие как Tesla, до сих пор не используют LiDAR и делают ставку на сочетание датчиков и вычислений искусственного интеллекта для достижения высокого уровня автоматизации ».

Объективно, «одни OEM-производители будут работать лучше, чем другие с меньшим количеством датчиков, и разница будет на уровне программного обеспечения и вычислений», - добавил он.

Оптимизация микса

В один момент автомобиль может проезжать под большим голубым небом, а в следующий - под ливнем. Датчики должны быть постоянно доступны для измерения и мониторинга переменных. Эффективный способ повышения доступности - развертывание избыточных датчиков для компенсации возможных сбоев. «Должно быть несколько способов взглянуть на окружающую среду», - сказал Денни из Valeo во время панельной сессии. «Когда вы находитесь в полной темноте или у вас ужасные погодные условия, вам нужны различные способы и функции для совместной работы».

Датчики помогают в ситуациях, когда человеческое зрение находится в невыгодном положении, а разнообразие датчиков делает автомобиль надежным в любых погодных и световых условиях. «Камеры хороши в дневное время», - сказал Булай, тогда как ночью, в тумане или под дождем «другие датчики не будут« слепыми »[как камеры], и автомобиль все равно сможет двигаться, даже если он в деградированном режиме ».

Обеспечение правильного размещения

Так же, как и человеческие чувства, датчики должны быть расположены в стратегическом месте, чтобы постоянно передавать информацию об окружающем автомобиле. Но есть технические ограничения на то, где могут быть размещены датчики. Например, конденсат в фаре может помешать работе LiDAR. В снежную или холодную погоду мороз может привести к неисправности датчика. Инфракрасные датчики не могут видеть сквозь стекло и не могут быть размещены за лобовым стеклом. Точно так же закрашивание ультразвукового датчика может изменить его акустические свойства, сказал Денни.

Энергопотребление датчиков также является ключевой проблемой, сказал Мата из Volvo. «Каждый датчик потребляет от 1 до 10 Вт. Если вы добавите все датчики для функций ADAS, вы сможете достичь 100 или 200 Вт и до 4 г CO ₂ . Приходится снижать энергопотребление. [Например], возможно, датчик не будет работать постоянно ».

Еще одно ограничение, которое следует учитывать, - это регулирование температуры. По словам Мата, за лобовым стеклом температура может достигать 90 ° C, и соответствующие датчики могут отсутствовать. «Если вы разместите их в другом месте, например, в фарах, у нас есть системы охлаждения, но это сложно и дорого».

По словам участников дискуссии, моделирование и тесты на вождение могут помочь определить наилучшее положение датчика.

Прежде всего, как сказал Буле из Йоле, «положение датчиков тесно связано с вариантами использования, на которые ориентированы OEM-производители. Судя по тому, что мы видим в настоящее время на транспортных средствах, которые используют LiDAR для автоматизированного вождения по шоссе, LiDAR находится в центре, почти выровненном с камерой ADAS и радаром дальнего действия. Для других случаев использования, таких как парковка или вождение по городу, расположение этих блоков LiDAR будет другим, и предполагается, что они будут сбоку или по углам транспортных средств ».

Эстетическая интеграция

«В настоящее время автомобили Volvo оснащены датчиками 20 типов», - сказал Мата. Многие из них полностью скрыты. Например, на Volvo XC90 передняя камера парковки находится в решетке радиатора, а боковые камеры расположены в каждом наружном зеркале, а камера заднего вида расположена над регистрационным знаком. «Мы можем интегрировать датчики и сделать их красивыми», - сказал Мата.

Фронтальная камера в Volvo XC90 (Источник:Volvo)

Но обязательно ли нам нужно скрывать датчики? Разве это не особенность?

По мнению Астхаймера, если автомобиль представляет собой интеллектуальный продукт, он должен выглядеть так же, как и «все не следует прятать». Датчики достаточно малы, чтобы их можно было полностью интегрировать, и теперь они почти незаметны. Однако по мере того, как мы приближаемся к полной автономии, когда автомобили управляют самостоятельно, некоторые датчики «должны быть очень заметными». 360 ° LiDAR должен иметь полную видимость, и его позиция не приемлет никаких компромиссов.

Что еще более важно, Астхаймер подчеркнул необходимость совместной работы дизайнеров и инженеров, чтобы сделать датчики идентичными автомобилю. Deliver-E, прототип электромобиля, разработанный совместно Warwick Manufacturing Group (WMG), Уорикским университетом и Astheimer, объединяет камеры по бокам автомобиля и размещает LiDAR на видном месте в задней части автомобиля. / P>

Отвечая на вопрос о целесообразности концентрации датчиков во внешнем модуле, Боулай сослался на Smart Corner Magneti Marelli, который может вмещать такие датчики, как LiDAR, радары, камеры и ультразвуковые устройства, а также функции светодиодного освещения, такие как адаптивный луч и цифровая обработка света. «OEM-производителям было бы проще интегрировать эти модули в процессе производства, но в случае аварии стоимость ремонта или замены этих модулей для страхования или потребителей будет чрезвычайно высокой», - сказал он. «Необходимо найти баланс между интеграцией, ремонтопригодностью и стоимостью».

Снижение когнитивной перегрузки

Человеко-машинный интерфейс (HMI) не только связывает водителя и автомобиль, но и связывает водителя с внешним миром. Риск состоит в том, что водитель отвлечется на все функции и упустит важную информацию о вождении.

Электрический грузовик Volta Trucks 'Zero (Источник:Volta Trucks)

Участвуя в разработке электрического грузовика Volta Trucks Zero для доставки грузов, Астхаймер осознал важность повышения бдительности водителя. «В Лондоне, хотя на тяжелые транспортные средства приходится менее 4% общего трафика, они несут ответственность за более чем 50% смертей уязвимых участников дорожного движения, то есть пешеходов и велосипедистов», - сказал он. Этому есть две основные причины:отсутствие прямой видимости и когнитивная перегрузка.

«Когнитивная перегрузка - серьезная проблема, - сказал Астхаймер. «Нам необходимо убедиться, что ЭБУ [электронные блоки управления] и CAN [сеть контроллеров] могут считывать правильные сигналы и отображать информацию наиболее четким и упрощенным способом, будь то тактильный, звуковой или визуальный».

Обеспечение безопасности

Ссылаясь на комментарий группы на более ранней конференции AutoSens, Стед спросил участников дискуссии, является ли «обеспечение безопасности прохладным» ключом к продаже подключенных автомобилей.

«Мы ведем бизнес безопасно, - сказал Мата. «Наши клиенты хотят безопасности, а мы можем обеспечить безопасность только с помощью датчиков. Поэтому нам нужно делать красивые автомобили с датчиками ».

Следует рассмотреть еще одно измерение. Пользователи должны понимать уровень интеллекта своих автомобилей, чтобы сохранять бдительность по отношению к участникам дорожного движения и их окружению. «Делая продукт более безопасным и безопасным, вы отдаляете водителя от того, что делает автомобиль», - сказал Астхаймер. «Добавляя уровень автономности автомобилю, вы помогаете водителю в простых вещах, но усложняете выполнение сложных. Водитель больше не внимателен, поскольку автомобиль делает все больше и больше ».

По словам Астхаймера, очень важно, чтобы датчики и обратная связь с ними помогали водителю сохранять осведомленность о том, что происходит, «а не просто изолировать его от внешнего мира».

<час /> Новая книга, Руководство AspenCore по датчикам в автомобилестроении:заставляем автомобили видеть и думать заранее , с участием ведущих мыслителей в области безопасности и автомобилестроения, возвещает о прогрессе отрасли и определяет остающиеся проблемы инженерного сообщества. Теперь он доступен в книжном магазине EE Times.

>> Эта статья изначально была опубликована на нашем дочернем сайте EE Times.