🙌🏼 🤦🏽 🌁 استخلاص المعلومات من أودي A8 🐓 👈🏻 🎹

الدروس التي تعلمتها أودي من تجربة إنشاء A8 ، أول سيارة ذاتية المستوى من المستوى 3 في العالم ، لا تزال صالحة اليوم. إليك ما تعلمناه بعد تفكيك System Plus لـ Audi A8.

أوضح التحليل الأخير لأودي A8 لماذا ، من وجهة نظر تكنولوجية واقتصادية ، من الصعب تحقيق مستوى أعلى من الاستقلالية للمركبات أكثر مما توقعه أي شخص في الأصل. تبقى تجربة أودي مع A8 ذات صلة اليوم.

عندما أصدرت أودي سيارة A8 المحدثة في نهاية عام 2017 ، قدمتها الشركة كأول سيارة من المستوى 3 في تاريخ صناعة السيارات. لا تزال صناعة السيارات بأكملها تعاني من مشاكل تكنولوجية وعدم فهم بنية توليد القيمة ، أي المشاكل التي كانت أودي تواجهها في ذلك الوقت. توفر دراسة System Plus معلومات قيّمة حول العديد من المشكلات:

ما هو المطلوب لإطلاق سيارة من المستوى الثالث؟
ما هو مدرج في مجموعة أجهزة الاستشعار A8؟
ما مقدار قوة الحوسبة التي تحتاجها سيارة من المستوى 3؟
هل جهاز تحكم مساعد السائق المركزي لأودي يسمى zFAS يعتمد على GPU أو SoC أو CPU أو FPGA؟
كم تكلفة zFAS؟

يمكن أن تكون تجربة أودي في تحقيق وظائف المستوى الثالث باستخدام الرقائق التي تم اختبارها بالفعل في تطبيقات أخرى ومتوفرة في السوق مفيدة - خاصة مقارنة بـ Tesla ، التي أصدرت لوحة الكمبيوتر ذاتية القيادة الكاملة بعد ذلك بعامين (2019) ، والتي ستوفر تعتمد أنظمة القيادة بدون طيار بشكل كبير على شريحتين داخليتين

يتضمن إجراء التفكيك System Plus تحليلاً يتجاوز الهندسة العكسية البسيطة وتحديد الأجهزة. تجري الشركة أيضًا "حساب التكلفة العكسي" - تقييم تكاليف الحصول على مكونات محددة وإنشاء منتجات. يظهر الحساب العكسي للتكلفة A8 في System Plus أن 60٪ من تكلفة zFAS (التكلفة الإجمالية المقدرة بـ 290 دولارًا) يتم تحديدها من خلال تكلفة أشباه الموصلات. هذا ليس مفاجئًا ، حيث أن 80-85 ٪ من مكونات السيارات الحديثة هي إلكترونيات. ومع ذلك ، لا يوجد شيء مفاجئ في هذه القيمة.

السعر

قال Romain Fraux ، الرئيس التنفيذي لشركة System Plus Consulting ، إن الصدمة الحقيقية لمصنعي المعدات الأصلية هي أنه لا توجد شركة سيارات مستعدة أخلاقياً لدفع 50 ٪ لكل مكون - تمامًا مثل Nvidia ، فعلت Intel. وشركات أخرى لحلولها الرئيسية القائمة على شرائح. وقد فتح هذا الباب أمام عالم جديد بالكامل لمصنعي المعدات الأصلية للسيارات ، مما دفعهم إلى إعادة التفكير في تكلفة السيارات المؤتمتة للغاية.

لا يشمل تسعير System Plus تكاليف تطوير البرمجيات للمركبات المؤتمتة. ومع ذلك ، فإن استخدام FPGA (Altera Cyclone) داخل zFAS يظهر محاولة أودي لحفظ أصول البرمجيات الخاصة بها التي طورتها بالفعل.

على مدار الـ 18 شهرًا الماضية ، بدأت بعض الشركات المصنعة للمعدات الأصلية الرائدة في التلميح إلى رغبتها في تطوير رقائق السيارات المستقلة الخاصة بها مثل تلك الموجودة في Tesla. هذا النهج يسمح لهم بتحديد مصيرهم من حيث تطوير الأجهزة والبرامج. ومع ذلك ، بالنظر إلى التكلفة العالية لتطوير الرقائق ، من غير الواضح ما إذا كان يجب على مصنعي السيارات OEM القيام بذلك بمفردهم.

جانب آخر مهم من A8 هو أن أودي كانت الأولى بين جميع مصنعي المعدات الأصلية للسيارات لإطلاق مركبة تجارية على طريق الاستقلال الذاتي.

في وقت إطلاق A8 ، تم تقديم التكنولوجيا داخل السيارة على أنها "اختراقة في مجال القيادة الآلية" مع نظام Traffic Jam Pilot. من المفترض أنه عند تنشيط نظام Traffic Jam Pilot ، يتم تحرير الشخص من الحاجة إلى التحكم في التدفق ، حيث تحتاج غالبًا إلى الغاز والتوقف.

ومع ذلك ، واجهت أفضل الخطط هذه مشكلة نقل السيطرة (لتحذير وإشراك شخص مشتت في موقف عندما لا يتمكن الكمبيوتر من التأقلم) ، والذي تم الإشارة إليه منذ البداية بمفهوم سيارات المستوى الثالث.

اليوم ، تسافر A8 في الشوارع ، ولكن لم تنشط أي من هذه السيارات وتعمل باستقلالية من المستوى الثالث.

ومع ذلك ، هذه ليست مطالبة لأودي. جعل A8 صناعة السيارات تفهم ما كانت تواجهه. يجب على قادة الصناعة التعامل مع جميع التعقيدات التنظيمية والفنية والسلوكية والقانونية والتجارية قبل أن يتمكنوا من الحديث عن مستقبل طوباوي مع مركبات بدون طيار. يفسر هذا جزئياً الاهتمام المتزايد بتطوير معايير السلامة بين مصنعي المعدات الأصلية للسيارات ، واللاعبين الرائدين في السوق ، وموردي الشرائح ، بالإضافة إلى شركات التكنولوجيا والخدمات (مثل Waymo و Uber).

A8 تحت غطاء المحرك

لم يعد التحدي بالنسبة لشركات صناعة السيارات يتمثل في تقديم أقصى سرعة أو تسارع أفضل من صفر إلى 100 كم / ساعة ، ولكن تقديم مساعدة متزايدة للسائق وأنظمة قيادة مستقلة. هذا هو هدف أودي A8 بنظام القيادة المستقل من المستوى الثالث ، وهو أول من استخدم ليدار.

تتضمن مستشعرات A8 أيضًا الكاميرات والرادار وأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية. سوف تتعامل Audi A8 مع القيادة على أكثر الطرق ازدحامًا دون تدخل السائق. تشير أودي إلى أن السائق يمكنه دائمًا إبقاء يديه على عجلة القيادة ، واعتمادًا على القوانين واللوائح المحلية ، يمكنه المشاركة في أنشطة أخرى ، مثل مشاهدة التلفزيون على متن الطائرة. يمكن للسيارة حل معظم المشاكل التي تنشأ على الطريق ، ولكن التدخل البشري ضروري (الشكل 1).

الشكل 1: العناصر الرئيسية لأودي A8

وعلق فرو على قائمة تقنيات A8 المبتكرة في أودي: "أودي هي السيارة الأولى ذات المستوى الثالث من الاستقلالية". يتحمل نظام Traffic Jam Pilot المثبت على أودي A8 مسؤولية القيادة في التدفق البطيء بسرعات تصل إلى 60 كم / ساعة على الطرق السريعة والطرق السريعة ، باستخدام مجموعة من أجهزة الاستشعار وأول ماسحة ليزر في العالم. (ملاحظة: لا تزال هذه الوظيفة من المستوى الثالث غير مفعلة).

المستوى 3 الاستقلالية ومنصة الحوسبة

يمكن أن تؤدي التكنولوجيا الرقمية نفس المهام التي يقوم بها السائق ، مع توفير قدر أكبر من الأمان وراحة الركوب. الهدف على المدى الطويل هو إنشاء طرق ذات شبكات كاملة - شبكة ذكية للسيارات. سيتم تقليل الازدحام المروري والتلوث البيئي ، مما سيؤدي إلى زيادة كبيرة في السلامة.

أصبحت القيادة الذاتية موضوعًا ذا صلة متزايدة في عالم السيارات ؛ على جدول الأعمال أنباء عن التقدم والابتكارات في هذا المجال. يتميز المستوى 3 المستخدم في أودي A8 بالقيادة الآلية للغاية. النظام قادر على إنقاذ السائق من الحاجة إلى التحكم المستمر في الحركة الطولية والعرضية للسيارة.

قال Fro ، "تتكون أودي A8 من مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار ووحدة تحكم zFAS مع أربعة معالجات تم تجميعها بواسطة Aptiv." zFAS (الشكل 2) هو أول منصة حوسبة مركزية. يعالج الكمبيوتر كوحدة مركزية في الوقت الحقيقي إشارات أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية (الأمامية والخلفية والجانبية) ، والكاميرات بزاوية 360 درجة (مرايا الرؤية الخلفية الأمامية والخلفية والجانبية) ، ورادار متوسط المدى (في أي زاوية) ، وكذلك البيانات من الرادار ماسح ليزر طويل المدى في مقدمة السيارة.

الشكل 2: Aptiv zFAS Controller

حفنة من المعالجات في zFAS

أحد المعالجات التي يتكون منها النظام الأساسي هو Nvidia Tegra K1 ، المستخدم في التعرف على إشارات المرور ، وكشف المشاة ، والتحذير من التصادم ، واكتشاف الضوء والتعرف على الحارة. يحتوي Tegra K1 مع PCBs ذات 8 طبقات على 192 نواة Cuda ، حيث يندمج العديد من Nvidia في وحدة SMX واحدة داخل وحدات معالجة الرسومات Kepler الموجودة حاليًا في السوق (الشكل 3) مع دعم DirectX 11 و OpenGL 4.4.

الشكل 3: نفيديا تيجرا K1

إن وجود معالج قوي للغاية في السيارة له أهمية كبيرة عندما يتعلق الأمر بعدد أجهزة الاستشعار المضمنة فيه. معالج Intel / Mobileye EyeQ3 مسؤول عن معالجة الصور. لتلبية متطلبات الطاقة والأداء ، تم تصميم أنظمة شرائح EyeQ باستخدام ختم أدق. بالحديث عن Eye3 ، يستخدم Mobileye 40 نانومتر CMOS ، في حين أن الشركة ستستخدم 7 نانومتر FinFET أنظمة الجيل الخامس على أساس شريحة EyeQ5. تم تجهيز كل شريحة EyeQ بمسرعات موحدة وقابلة للبرمجة بالكامل ؛ بالإضافة إلى ذلك ، يتم تحسين كل نوع من المسرعات لتناسب مجموعة الخوارزميات الخاصة بها.

الغريب أن Nvidia Tegra K1 و Mobileye EyeQ 3 لا يمكنها التعامل مع جميع مهام ADAS المتوقعة لسيارات المستوى 3. داخل zFAS ، هناك Altera Cyclone لمعالجة البيانات المسبقة و Infineon Aurix Tricore لمراقبة العمليات الأمنية. تعتمد عائلة Altera Cyclone من FPGA على 1.5 فولت ، 0.13 ميكرون ، ذاكرة وصول عشوائي ثابتة من النحاس متعدد الطبقات ، بكثافة تصل إلى 20،060 عنصرًا منطقيًا وتمتلك ما يصل إلى 288 كيلوبت في الثانية من ذاكرة الوصول العشوائي.

تم تصميم بنية Infineon Aurix لتحسين الأداء في محطات الطاقة وأنظمة أمان السيارات. TriCore هي أول بنية موحدة متحكم بها لمعالجة الإشارة الرقمية أحادية النواة 32 بت تم تحسينها للأنظمة المدمجة في الوقت الفعلي.

أجهزة الاستشعار في أودي A8

في عالم السيارات ، أصبحت أنظمة مساعدة السائق المتقدمة أمرًا ضروريًا لجميع السيارات الجديدة التي تريد تصنيف Euro NCAP أعلى. في الصفحة الأولى ، في الشكل 1 ، تمكنا من العثور على قائمة مفصلة بأجهزة Audi A8 التي تم العثور عليها بواسطة System Plus. قال فرو: "يطور المصنعون رادارات أكثر وأكثر كفاءة ، ويمكننا التمييز بين عدد من الشركات في السوق: Aptiv و Veoneer و ZF و Valeo و Bosch و Mando و Denso و Ainstein".

على وجه الخصوص ، على أودي A8 يمكننا أن نرى الجيل الثالث من كاميرا سيارة الرؤية الليلية Autoliv ، وكاميرا Aptiv Lane Assist Front ، و Valeo Scala laser scanner ، و Bosch LRR4 77GHz الرادار طويل المدى ، و Aptiv R3TR 76 GHz كرادار متوسط المدى ، مثبتة إلى اليمين واليسار في مقدمة السيارة وخلفها. "

تتكون كاميرا الرؤية الليلية Autoliv من وحدتين - كاميرا ومعالج عن بعد (الشكل 4). تتكون كاميرا الرؤية الليلية بالأشعة تحت الحمراء أوتوليف من ميكروبولومتر FLIR عالي الدقة 17 ميكرون على أساس أكسيد الفاناديوم ISC0901. يعتمد الجهاز على نهج هندسي مع نظام بصري معقد ونظام معالجة رقمي حديث يعتمد على مجموعة من PPVM وخوارزمية متخصصة.

الشكل 4: كاميرا Autoliv الجيل الثالث للرؤية الليلية للسيارة

تم تثبيت الكاميرا الأمامية Aptiv Lane Assist على مرآة الرؤية الخلفية ولها نطاق 80 مترًا بتردد 36 إطارًا / ثانية. تستخدم الكاميرا مستشعر صور CMOS بدقة 1.2 ميجابكسل يوفره On Semiconductor وجهاز تحكم دقيق PIC 8 بت من Microchip. توفر وحدة التحكم zFAS التحكم في البرامج لمعالجة الصور والتعرف عليها باستخدام رقاقة معالجة Mobileye EyeQ3 (الشكل 5).

الشكل 5: Aptiv Lane Assist كاميرا أمامية لوحة الدوائر لوحة الدوائر

LRR4 هو رادار متعدد الأوضاع بستة هوائيات ثابتة من Bosch. توفر أربعة هوائيات موجودة في المركز تسجيلًا عالي السرعة للبيئة ، مما يخلق شعاعًا مركّزًا بزاوية فتحة قدرها ± 6 درجات مع الحد الأدنى من التداخل مع حركة المرور في الممرات المجاورة. في المجال القريب ، يقوم هوائيان خارجيان LRR4 بتوسيع مجال الرؤية إلى ± 20 درجة ، مما يوفر مدى 5 أمتار مع القدرة على اكتشاف المركبات التي تدخل المسار أو تغادره بسرعة (الشكل 6).

تين. 6: مستشعر الرادار بعيد المدى (الصورة: System Plus).

يتكون مستشعر رادار Aptiv قصير المدى من جهازي إرسال وأربع قنوات استقبال ويعمل في نطاق التردد GHz 77-76 ، وهو معيار لرادارات السيارات. تستخدم لوحة الدائرة دائرة متكاملة متجانسة الميكروويف (MMIC) ومرنان دليل الموجة. على الركيزة من لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) للترددات الراديوية (PCB) ، يتم استخدام صفائح أساسها هيدروكربون خزفي مقوى بالسيراميك ولا تحتوي على PTFE (الشكل 7 و 8).

الشكل 7: نظرة عامة على رادار قصير المدى R3TR 76 جيجاهرتز Aptiv الشكل 8: لوحة إلكترونيات رادار قصير المدى 763 جيجاهرتز Aptiv R3TR

تكنولوجيا ليدار

عنصر أساسي في أودي A8 هو الليدار. هذه هي المرة الأولى التي تستخدم فيها شركة تصنيع ماسحة ليزر. يعتمد هذا الليدار على نظام ميكانيكي مع مرآة دوارة وطول موجة 905 نانومتر ويستخدم تقنية الإشعاع عند الحواف. يبلغ مدى الجهاز 150 مترًا بزاوية عرض 145 درجة أفقيًا و 3.2 درجة رأسيًا. يتكون جهاز التحكم في المحرك من الجزء الثابت والدوار مع محرك تحكم ومستشعر Hall MPS40S لكشف الحركة. يغير مستشعر القاعة جهد الخرج استجابة للمجال المغناطيسي. هذا حل طويل الأمد ، حيث لا توجد أجزاء ميكانيكية يمكن أن تبلى بمرور الوقت. تقلل الدائرة المتكاملة من حجم النظام والتعقيد النسبي للتنفيذ (الشكل 9 ، 10 ، 11).

تعتمد أنظمة Lidar على زمن الرحلة (ToF) ، مما يسمح بقياس دقيق للأحداث المرتبطة بالوقت (الشكل 12). سمحت التطورات الأخيرة بإنشاء عدة أنظمة ليدار متعددة المسارات تشكل صورة دقيقة ثلاثية الأبعاد للبيئة المحيطة بالسيارة. يتم استخدام هذه المعلومات لتحديد مناورات القيادة الأكثر ملاءمة.

الشكل 9: الماسح الضوئي بالليزر (الصورة: System Plus)

الشكل 10. داخل الماسح الضوئي بالليزر

الشكل 11: رسم تخطيطي للماسح الضوئي بالليزر

الشكل 12: الرسم البياني الوظيفي لوقت الرحلة (الشكل: مكسيم مدمج)

ليزر إشعاع الحافة هو شكل أصلي ولا يزال يستخدم على نطاق واسع من أشباه الموصلات. طولها الرناني يسمح بتحقيق مكاسب عالية. عادة ما يتم توجيه شعاع الليزر داخل الهيكل إلى نظام دليل موجي مزدوج متجانس. اعتمادًا على الخصائص الفيزيائية للدليل الموجي ، من الممكن تحقيق خرج بجودة شعاع عالية ، ولكن قدرة خرج محدودة أو طاقة خرج عالية ، ولكن جودة شعاع منخفضة (الشكل 13).

شكل 13: حافة ليزر ديود

يحتوي الليزر المستخدم في نظام lidar على عبوة من نوع TO ذات 3 سنون بمساحة مصفوفة 0.27 مم 2 ، كما هو موضح في الشكل. 13. قوة الليزر 75 واط وقطرها 5.6 ملم. قال فرو: "ربما تم صنعه من قبل Sheaumann لمكونات الليزر على لوحة 100 مم". يستخدم الجهاز المطابق صمامًا ضوئيًا لانهيارًا جسيمًا (APD) لاستقبال شعاع الليزر بعد المرور عبر عدستين - واحدة إرسال واستقبال. وقالت فراو: "من المحتمل أن يكون جهاز APD مصنوعًا من أول جهاز استشعار على لوحة 150 مم مع حزمة FR4 ذات 8 سنون ومساحة اتصال 5.2 مم (الشكل 14)".

APD هو صمام ضوئي عالي السرعة يستخدم مضاعف ضوئي لإنتاج إشارة منخفضة الضوضاء. يحقق APD نسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل من الصمام الثنائي الضوئي PIN ، ويمكن استخدامه في مجموعة واسعة من التطبيقات (مثل محددات المدى عالية الدقة وكاشفات الإضاءة المنخفضة). من وجهة نظر إلكترونية ، تتطلب APD جهدًا عكسيًا أعلى ونظرًا أكثر تفصيلاً لخصائص الكسب التي تعتمد على درجة الحرارة.

الشكل 14: الثنائي الضوئي الانهيار الجليدي (APD)

بالإضافة إلى وحدتي تحكم بالليزر والحركة ، تتكون معدات التحكم أيضًا من لوحة رئيسية تتكون من معالج ثنائي النواة ARM Cortex-A9 Xilinx XA7Z010 SoC ، متحكم STMicroelectronics SPC56EL60L3 32-bit ونظام إدارة الطاقة يتكون من منظم متزامن للتنزيل من ADI ، وهو تعزيز ذكي ثنائي القناة مفتاح الطاقة من Infineon ، رقاقة تنحى ثلاثية متجانسة مع LDO من ADI وسائق ذو ثلاث مراحل مستشعر المروحة من Allegro. يوفر بروتوكول FlexRay تبادل البيانات. يتكون نظام FlexRay من عدة وحدات تحكم إلكترونية ، كل منها مجهز بوحدة تحكم تتحكم في الوصول إلى قناة اتصال واحدة أو قناتين.

يمكن أن يصل حساب تكلفة نظام Lidar واحد بحجم> 100،000 وحدة / سنة إلى 150 دولارًا أمريكيًا ، بينما يرتبط جزء كبير منه بلوحة الوحدة الرئيسية والليزر (الشكل 15).

الشكل 15: معدات الماسح الضوئي بالليزر المفككة

في مشروع يستخدم lidars ، يعد مكبر الصوت transimpedance أهم جزء من النظام الإلكتروني. ضجيج منخفض ومكاسب عالية واستعادة سريعة تجعل الأجهزة الجديدة مثالية لتطبيقات السيارات. لتحقيق أقصى أداء ، يجب على المصممين إيلاء اهتمام خاص لإقران وتكامل الدوائر وأطوال الموجات والمحاذاة الميكانيكية البصرية. تلبي هذه الدوائر المتكاملة أكثر متطلبات سلامة السيارات صرامة وفقًا لمؤهلات AEC-Q100.

حول ITELMA

- automotive . 2500 , 650 .

, , . ( 30, ), -, -, - (DSP-) .

, . , , , . , automotive. , , .

اقرأ المزيد من المقالات المفيدة:

[تنبؤات] نقل المستقبل ( آفاق قصيرة المدى ، متوسطة المدى ، طويلة المدى )
أفضل المواد لاختراق السيارات مع DEF CON 2019-2020
[] Motornet —
16 , 8
open source
McKinsey: automotive
…