Satu artikel untuk memahami skema reka bentuk aplikasi penderia radar pemanduan autonomi

Penderia ialah komponen utama kereta tanpa pemandu. Keupayaan untuk memantau jarak ke kenderaan di hadapan, di belakang atau ke sisi memberikan data penting kepada pengawal pusat. Kamera optik dan inframerah, laser, ultrasound dan radar semuanya boleh digunakan untuk menyediakan data tentang persekitaran sekeliling, jalan raya dan kenderaan lain. Sebagai contoh, kamera boleh digunakan untuk mengesan tanda di jalan raya untuk memastikan kenderaan berada di lorong yang betul. Ini sudah digunakan untuk memberikan amaran keluar lorong dalam sistem bantuan pemandu (ADAS). Sistem ADAS hari ini juga menggunakan radar untuk amaran pengesanan perlanggaran dan kawalan pelayaran adaptif, di mana kenderaan boleh mengikut kenderaan di hadapan.

Tanpa input pemandu, kereta pandu sendiri memerlukan lebih banyak sistem penderia, selalunya menggunakan berbilang input daripada penderia yang berbeza untuk memberikan tahap jaminan yang lebih tinggi. Sistem penderia ini menyesuaikan diri daripada pelaksanaan ADAS yang terbukti, walaupun seni bina sistem berubah untuk mengurus rangkaian penderia yang lebih luas dan kadar data yang lebih tinggi. ​

​Penggunaan Radar

Dengan peningkatan penggunaan sistem ADAS untuk kawalan pelayaran adaptif dan pengesanan perlanggaran, 24 GHz Kos penderia radar sedang jatuh. Ini kini menjadi keperluan bagi pengeluar kereta untuk mencapai penarafan keselamatan NCAP lima bintang Eropah.

Contohnya, penderia radar BGT24M 24GHz Infineon Technologies boleh digunakan dengan mikropengawal luaran dalam unit kawalan elektronik (ECU) untuk mengubah suai pendikit untuk mengekalkan sentuhan dengan kenderaan di hadapan jarak tetap , berjulat sehingga 20 m, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.

Rajah 1: Sistem penderiaan radar automotif Infineon Technologies.

Banyak sistem radar automotif menggunakan kaedah Doppler nadi, di mana pemancar beroperasi untuk jangka masa yang singkat, dipanggil Selang Ulangan Nadi (PRI), dan kemudian sistem bertukar untuk menerima mod sehingga Yang seterusnya melancarkan nadi. Apabila radar kembali, pantulan diproses secara koheren untuk mengekstrak julat dan gerakan relatif objek yang dikesan.

Kaedah lain ialah menggunakan modulasi frekuensi gelombang berterusan (CWFM). Ini menggunakan frekuensi pembawa berterusan yang berubah dari semasa ke semasa dan penerima sentiasa dihidupkan. Untuk mengelakkan isyarat hantaran daripada bocor ke dalam penerima, antena hantar dan terima yang berasingan mesti digunakan.

BGT24MTR12 ialah penderia silikon germanium (SiGe) untuk penjanaan isyarat dan penerimaan, beroperasi dari 24.0 hingga 24.25 GHz. Ia menggunakan pengayun terkawal voltan asas 24 GHz dan termasuk praskala frekuensi boleh tukar dengan frekuensi keluaran 1.5 GHz dan 23 kHz.

Penapis polifasa RC (PPF) digunakan untuk penjanaan fasa kuadratur LO bagi pengadun penukaran ke bawah, manakala penderia kuasa output dan penderia suhu disepadukan ke dalam peranti untuk pemantauan .

Rajah 2: Penderia radar BGT24MTR12 Infineon Technologies.

Peranti dikawal melalui SPI, direka menggunakan teknologi SiGe:C 0.18 µm, mempunyai frekuensi cutoff 200 GHz dan didatangkan dalam pakej VQFN tanpa plumbum 32-pin.

Walau bagaimanapun, seni bina kenderaan autonomi sedang berubah. Daripada menjadi setempat kepada ECU, data daripada pelbagai sistem radar di sekeliling kenderaan disalurkan kepada pengawal berprestasi tinggi pusat yang menggabungkan isyarat dengan isyarat daripada kamera dan mungkin penderia laser lidar.

Pengawal boleh menjadi pemproses tujuan am berprestasi tinggi dengan unit kawalan grafik (GCU), atau tatasusunan get boleh diprogramkan medan di mana pemprosesan isyarat boleh dikendalikan oleh perkakasan khusus. Ini memberi penekanan yang lebih besar pada peranti antara muka hadapan analog (AFE) yang mesti mengendalikan kadar data yang lebih tinggi dan lebih banyak sumber data.

Jenis penderia radar yang digunakan juga berubah. Sensor 77 GHz menyediakan julat yang lebih panjang dan resolusi yang lebih tinggi. Penderia radar 77 GHz atau 79 GHz boleh dilaraskan dalam masa nyata untuk menyediakan penderiaan jarak jauh sehingga 200 m dalam lengkok 10°, contohnya untuk mengesan kenderaan lain, tetapi ia juga boleh digunakan untuk penderiaan 30° yang lebih luas sehingga 30 m Lengkok julat bawah. Frekuensi yang lebih tinggi memberikan resolusi yang lebih besar, membolehkan sistem penderia radar membezakan antara berbilang objek dalam masa nyata, seperti mengesan ramai pejalan kaki dalam arka 30°, memberikan pengawal kenderaan autonomi lebih masa dan lebih banyak data.

Penderia 77 GHz menggunakan transistor bipolar germanium silikon dengan frekuensi ayunan 300 GHz. Ini membolehkan satu sensor radar digunakan dalam pelbagai sistem keselamatan seperti amaran ke hadapan, amaran perlanggaran dan brek automatik, dan teknologi 77 GHz juga lebih tahan terhadap getaran kenderaan, jadi kurang penapisan diperlukan.

Rajah 3: Kes penggunaan yang berbeza untuk penderia radar dalam kenderaan autonomi yang disediakan oleh NXP.

Penderia digunakan untuk mengesan jarak, kelajuan dan azimut kenderaan sasaran dalam sistem koordinat kenderaan (VCS). Ketepatan data bergantung pada penjajaran sensor radar.

Algoritma penjajaran sensor radar dilakukan semasa kenderaan beroperasi pada frekuensi melebihi 40 Hz. Ia mesti mengira sudut penjajaran dalam masa 1 milisaat berdasarkan data yang disediakan oleh penderia radar serta kelajuan kenderaan, kedudukan penderia pada kenderaan dan sudut penunjuknya.

Alat perisian boleh digunakan untuk menganalisis data penderia yang dirakam yang ditangkap daripada ujian jalan bagi kenderaan sebenar. Data ujian ini boleh digunakan untuk membangunkan algoritma penjajaran sensor radar yang menggunakan algoritma segi empat sama untuk mengira sudut salah jajaran sensor berdasarkan pengesanan radar mentah dan kelajuan kenderaan hos. Ini juga menganggarkan ketepatan sudut yang dikira berdasarkan baki penyelesaian segi empat sama.

02 Seni Bina Sistem

Hujung hadapan analog seperti Texas Instruments’ AFE5401-Q1 (Rajah 4) boleh digunakan untuk menyambungkan penderia radar ke Selebihnya sistem automotif ditunjukkan dalam Rajah 1. AFE5401 mengandungi empat saluran, setiap satu mengandungi penguat hingar rendah (LNA), penyamaan boleh pilih (EQ), penguat perolehan boleh atur cara (PGA) dan penapis anti-aliasing, diikuti dengan isyarat analog-ke-digital berkelajuan tinggi 12-bit daripada 25 penukar MSPS (ADC) setiap saluran. Empat output ADC dimultiplekskan pada bas keluaran 12-bit, selari, serasi CMOS.

Rajah 4: Empat saluran dalam hujung hadapan analog radar AFE5401 Texas Instruments boleh digunakan untuk berbilang penderia.

Untuk sistem kos rendah, Peranti Analog AD8284 menyediakan hujung hadapan analog dengan pemultipleks pembezaan empat saluran (mux) yang boleh digunakan dengan penguat perolehan boleh atur cara Tunggal -pra penguat hingar rendah (LNA) saluran yang dikuasakan oleh (PGA) dan penapis anti-aliasing (AAF). Ini juga menggunakan saluran terus-ke-ADC tunggal, semuanya disepadukan dengan penukar analog-ke-digital (ADC) 12-bit tunggal. AD8284 juga mengandungi litar pengesan tepu untuk mengesan keadaan voltan lampau frekuensi tinggi yang sebaliknya akan ditapis oleh AAF. Julat perolehan saluran analog ialah 17 dB hingga 35 dB dalam kenaikan 6 dB, dan kadar penukaran ADC adalah sehingga 60 MSPS. Bunyi voltan rujukan input gabungan untuk keseluruhan saluran ialah 3.5 nV/√Hz pada perolehan.

Output AFE disalurkan kepada pemproses atau FPGA seperti IGLOO2 Microsemi atau Fusion atau Intel's Cyclone IV. Ini membolehkan FFT 2D dilaksanakan dalam perkakasan menggunakan alat reka bentuk FPGA untuk memproses FFT dan menyediakan data yang diperlukan tentang objek sekeliling. Ini kemudiannya boleh dimasukkan ke dalam pengawal pusat.

Cabaran utama untuk FPGA ialah mengesan berbilang objek, yang lebih kompleks untuk seni bina CWFM daripada pulse Doppler. Satu pendekatan ialah mengubah tempoh dan kekerapan tanjakan dan menilai cara frekuensi yang dikesan bergerak melalui spektrum dengan kecuraman tanjakan frekuensi yang berbeza. Memandangkan tanjakan boleh berubah dalam selang 1 ms, beratus-ratus perubahan boleh dianalisis sesaat.

Rajah 5: Bahagian hadapan radar CWFM digunakan dengan FPGA Intel.

Percantuman data daripada penderia lain juga boleh membantu, kerana data kamera boleh digunakan untuk membezakan gema yang lebih kuat daripada kenderaan daripada gema yang lebih lemah daripada orang, serta jenis anjakan Doppler yang dijangkakan.

Pilihan lain ialah radar berbilang mod, yang menggunakan CWFM untuk mencari sasaran pada jarak yang lebih jauh di lebuh raya, dan radar Doppler nadi jarak dekat untuk pengesanan pejalan kaki di kawasan bandar yang lebih mudah.

03 Kesimpulan

Pembangunan sistem sensor ADAS untuk kenderaan autonomi sedang mengubah cara sistem radar dilaksanakan. Beralih daripada pengelakan perlanggaran yang lebih mudah atau kawalan pelayaran adaptif kepada pengesanan menyeluruh merupakan cabaran yang ketara. Radar ialah teknologi penderiaan yang sangat popular yang diterima secara meluas dalam kalangan pengeluar kereta dan oleh itu merupakan teknologi untuk pendekatan ini. Menggabungkan penderia 77 GHz frekuensi lebih tinggi dengan CWFM berbilang mod dan seni bina Doppler denyut dan data daripada penderia lain seperti kamera juga menimbulkan cabaran yang ketara kepada subsistem pemprosesan. Menangani cabaran ini dengan cara yang selamat, konsisten dan kos efektif adalah penting untuk pembangunan berterusan kenderaan autonomi.

Atas ialah kandungan terperinci Satu artikel untuk memahami skema reka bentuk aplikasi penderia radar pemanduan autonomi. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!