汽車行業(yè)的市場(chǎng)增長(zhǎng)正趨向于兩個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域：電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車（EV 和 HEV）的普及以及自動(dòng)駕駛。根據(jù)節(jié)油和減少污染排放的標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車可以被視為新的綠色技術(shù)，同時(shí)提高完整電力傳輸和充電解決方案的效率。

特別是，電子系統(tǒng)中正在發(fā)生的技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)了這些新興技術(shù)的出現(xiàn)，不可避免地涉及電子系統(tǒng)供應(yīng)商并增加了組件和設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域。想一想涉及電源管理、電力電子、電源控制、功率半導(dǎo)體、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元開發(fā)和驗(yàn)證的創(chuàng)新解決方案、涉及硬件和軟件方面的各種解決方案以及駕駛安全解決方案（例如 ADAS）的所有應(yīng)用（高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)）電子系統(tǒng)，用于管理車輛的感知、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制。

介紹

創(chuàng)新車輛必須滿足市場(chǎng)的要求和電動(dòng)汽車的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、安全性和舒適性以及節(jié)能方面的性能要求。對(duì)此，有必要進(jìn)行仿真以優(yōu)化車輛開發(fā)的設(shè)計(jì)階段、測(cè)試感知、規(guī)劃和控制算法以進(jìn)行快速原型設(shè)計(jì)，以驗(yàn)證系統(tǒng)需求，然后分析獲得的數(shù)據(jù)。

自主指南

ADAS（高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)）是先進(jìn)的電子主動(dòng)安全系統(tǒng)，其主要目標(biāo)是預(yù)防道路事故和危險(xiǎn)情況，此外還有安全帶和安全氣囊等被動(dòng)安全系統(tǒng)。因此，ADAS 電子駕駛輔助系統(tǒng)為駕駛提供支持，其主要目標(biāo)是確保安全并最好地處理緊急情況。

這些是集成的智能安全系統(tǒng)，例如自動(dòng)激活擋風(fēng)玻璃刮水器的雨量傳感器、自動(dòng)開啟燈光的暮光傳感器、大燈智能控制、行人檢測(cè)、自適應(yīng)巡航控制以根據(jù)交通情況調(diào)節(jié)速度，稱為自適應(yīng)巡航控制，速度自適應(yīng)、前方碰撞避免、自動(dòng)緊急制動(dòng)、行駛方向監(jiān)控、輔助泊車傳感器、攝像頭檢測(cè)車道保持、變道警告和自動(dòng)道路標(biāo)志識(shí)別。

MATLAB 和 Simulink 用于設(shè)計(jì)和開發(fā)自動(dòng)駕駛汽車

MathWorks 是一家全球領(lǐng)先的工業(yè)領(lǐng)域技術(shù)計(jì)算軟件開發(fā)公司，通過(guò) MATLAB 和 Simulink 軟件為感知設(shè)計(jì)和測(cè)試提供解決方案，以設(shè)計(jì)、模擬和分發(fā)未來(lái)的移動(dòng)性。Simulink 是一個(gè)用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的軟件，與 MATLAB 嚴(yán)格集成。MATLAB 和 Simulink 使參與汽車設(shè)計(jì)的公司能夠加快開發(fā)流程，以創(chuàng)建滿足市場(chǎng)在安全性、舒適性、燃油節(jié)省和性能方面需求的車輛，并符合 AUTOSAR 和 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)。

在汽車領(lǐng)域，MATLAB 和 Simulink 軟件用于設(shè)計(jì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的功能，包括檢測(cè)、路線規(guī)劃、控制以及傳感器融合和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在 3D 環(huán)境中對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)進(jìn)行建模，然后測(cè)試和驗(yàn)證系統(tǒng)通過(guò)創(chuàng)建駕駛場(chǎng)景。因此，借助 MATLAB 和 Simulink，可以使用代碼生成產(chǎn)品自動(dòng)生成用于快速原型設(shè)計(jì)和 HIL（硬件在環(huán)）測(cè)試的 C 代碼。

特別是，MATLAB 軟件為人工視覺、激光雷達(dá)和雷達(dá)處理以及傳感器融合提供了預(yù)定義的算法和傳感器模型?？梢阅M來(lái)自 IMU/GPS 傳感器的測(cè)量并設(shè)計(jì)定位和融合算法來(lái)估計(jì)車輛的方向和位置。使用深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)開發(fā)用于檢測(cè)車輛和行人以及估計(jì)可步行路線的算法。

可以開發(fā)自動(dòng)駕駛功能的控制，例如自動(dòng)緊急制動(dòng) (AEB)、車道保持輔助 (LKA)、自動(dòng)巡航控制 (ACC) 和自動(dòng)泊車輔助。此外，為自動(dòng)駕駛應(yīng)用設(shè)計(jì)具有特征和預(yù)定義塊的特定模型的預(yù)測(cè)控制，用于 ACC、LKA 和避障等場(chǎng)景。使用用戶創(chuàng)建的場(chǎng)景以及雷達(dá)和攝像頭傳感器模型的綜合調(diào)查測(cè)試自動(dòng)駕駛算法，使用Driving Scenario Designer 應(yīng)用程序定義道路網(wǎng)絡(luò)、參與者和傳感器。

這些軟件的實(shí)施允許使用運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法定位和規(guī)劃行駛路線，并使用 IMU 和 GPS 傳感器數(shù)據(jù)估計(jì)車輛的位置和方向?；诜抡娴臏y(cè)試允許您使用駕駛場(chǎng)景設(shè)計(jì)器應(yīng)用程序檢查自動(dòng)駕駛算法，該應(yīng)用程序允許您加載預(yù)定義的場(chǎng)景，包括 EuroNCAP，或構(gòu)建新場(chǎng)景，從統(tǒng)計(jì)相機(jī)和雷達(dá)模型中生成檢測(cè)并在 MATLAB 或模擬鏈接。可以使用參考應(yīng)用程序和 3D 環(huán)境為自動(dòng)駕駛和 ADAS 功能開發(fā)虛擬測(cè)試場(chǎng)。車輛模型配備了一個(gè)虛擬攝像頭，可在仿真階段將圖像發(fā)送到 Simulink。

您可以在 Simulink 中分析信號(hào)來(lái)測(cè)試車道檢測(cè)算法，并且由于虛幻引擎編輯器中的場(chǎng)景自定義，可以更靈活地創(chuàng)建和模擬場(chǎng)景，這將允許您測(cè)試自動(dòng)駕駛駕駛和 ADAS 功能全面。在設(shè)計(jì)自動(dòng)駕駛汽車時(shí)，盡量減少汽車的復(fù)雜性，這些系統(tǒng)包含各種復(fù)雜的系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)周圍環(huán)境、規(guī)劃路線以及控制轉(zhuǎn)向和速度，作為自動(dòng)駕駛汽車縱向控制開發(fā)的一部分，如制動(dòng)和加速控制?？v向控制系統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制算法通常是手動(dòng)編碼的。但是，使用 MATLAB 和 Simulink 進(jìn)行基于模型的設(shè)計(jì)更快、更高效。

圖1：自動(dòng)駕駛出租車系統(tǒng)概覽

從這個(gè)意義上講，MATLAB 和 Simulink 用于加速自動(dòng)駕駛功能的開發(fā)，包括感知、規(guī)劃和控制功能，在 Simulink 中執(zhí)行仿真以測(cè)試、集成和優(yōu)化這些功能，這要?dú)w功于以編程方式生成的場(chǎng)景，并最大限度地?cái)U(kuò)大覆蓋范圍。在不同的道路、環(huán)境和交通條件下進(jìn)行測(cè)試，而無(wú)需求助于昂貴的車輛原型。

此外，由于基于模型的設(shè)計(jì)，甚至在構(gòu)建實(shí)際車輛原型之前，就可以使用這些模擬來(lái)對(duì)電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)的權(quán)衡進(jìn)行研究，以確定基本組件（如電池和牽引電機(jī)）的尺寸。用戶可以利用快速控制原型、模型驗(yàn)證和生產(chǎn)代碼生成，快速?gòu)母拍畹皆?，再到電?dòng)汽車主要控制器的生產(chǎn)，如車輛控制單元（VCU）、電機(jī)控制單元（ MCU）和電池管理系統(tǒng)（BMS）。

b-plus 的 BRICK 系統(tǒng)

ADAS BRICK 測(cè)量平臺(tái)由創(chuàng)新移動(dòng)領(lǐng)域的領(lǐng)先公司 b-plus 開發(fā)，專為高帶寬傳感器和控制單元的數(shù)據(jù)采集而設(shè)計(jì)。該平臺(tái)的采集速度為 8 Gbit/s，與 BRICK STORAGE 附加組件結(jié)合使用時(shí)，可提供高達(dá) 32 TByte 的記錄內(nèi)存。使用 BRICK MI 插件，還可以集成客戶特定的 PCI Express 卡，獲得緊湊的機(jī)架配置，針對(duì)車輛中的小空間進(jìn)行了優(yōu)化。

圖 2：Brick 系統(tǒng)

信息的復(fù)雜性和密度需要可靠且高效的驗(yàn)證過(guò)程。這種具有高數(shù)據(jù)處理能力、可擴(kuò)展注冊(cè)存儲(chǔ)器和穩(wěn)健設(shè)計(jì)的解決方案非常適合集成到測(cè)試車輛中，以對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行可靠驗(yàn)證。

電動(dòng)牽引車解決方案

ES910 原型設(shè)計(jì)和接口模塊由 ETAS 開發(fā)，ETAS 是汽車領(lǐng)域創(chuàng)新解決方案和服務(wù)的領(lǐng)先公司，用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的開發(fā)和驗(yàn)證，將高處理性能與所有常見的 ECU（電子控制單元）接口結(jié)合在一起，結(jié)構(gòu)緊湊和堅(jiān)固的住房。它專為在開發(fā)環(huán)境和獨(dú)立模式下使用而設(shè)計(jì)。

CAN 和 LIN 接口確保 ES910 模塊與車輛總線的連接。兩個(gè) CAN 接口都支持高速和低速 CAN，并且可以單獨(dú)配置。該模塊的核心由 NXP PowerQUICC 處理器組成，該處理器具有雙精度浮點(diǎn)算法，非常適合快速緊湊的原型設(shè)計(jì)應(yīng)用。微處理器、RTA-OSEK 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和集成的非易失性 RAM (NVRAM) 的功能允許模擬系統(tǒng)級(jí)行為。

圖 3：原型模塊和 ES910 接口

結(jié)論

電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛正在從根本上改變移動(dòng)和運(yùn)輸方式的傳統(tǒng)概念，基于傳感器和電子控制系統(tǒng)（如 ADAS 和仿真軟件和建模）可獲得的高安全性和可靠性標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。電動(dòng)汽車仍然會(huì)有很多驚喜，挑戰(zhàn)主要集中在降低功率損耗、更高能效、高開關(guān)頻率、小部件、高水平的安全標(biāo)準(zhǔn)，只有通過(guò)測(cè)試、驗(yàn)證和測(cè)試才能實(shí)現(xiàn)，以制造新一代車輛完全能夠識(shí)別其他車輛的三維。

審核編輯 黃昊宇