Auf der EUMW 2016 wollen Unternehmen ADAS mit höherfrequenten Lösungen voranbringen

Wie viel Nacktsein ist Ok? © WDR daheim+unterwegs 12 02 2016 HD 720p (November 2018).

Anonim

VON RICHARD COMERFORD, Senior Technical Editor, Elektronische Produkte

Wenn die European Microwave Week 2016 (EUMW 2016 in London in der ersten Oktoberwoche) ein Hinweis darauf war, dass der Begriff "Autofahren" im nächsten Jahrzehnt so archaisch werden könnte wie das "Wählen des Telefons". Die Branche ist in der Prozess der Entwicklung neuer Sensortechnologie für Automobile, die es schließlich einem Auto ermöglichen wird, alle Navigations- und Steuerungsfunktionen zu übernehmen, die benötigt werden, um von einem Ort zu einem anderen zu gelangen. Diese Systeme, die als Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) bezeichnet werden, sollen zunächst den Autofahrern helfen, sicherer zu fahren. Die Funktionen, die ADAS bieten kann, wie automatisches Bremsen, Kollisionsvermeidung und Spurhalteassistenz, sollen als Grundlage für zukünftige selbstfahrende Fahrzeuge dienen.

Die Sensoren, die Entwickler nun für solche Anwendungen testen, lassen sich in vier große Kategorien unterteilen: optische (Kameras), Sonar, Radar und Lidar. Der letzte von ihnen, Lidar, ist dem Radar ähnlich, aber anstelle von Funkwellen, die von einem Objekt reflektiert werden, verwendet Lidar kohärentes Licht von einem Laser. Daher "Lidar" - "Lichtradar" oder "Lichterkennung und Ranging".

Es gab in letzter Zeit eine Menge Aktivität, als Unternehmen sich rühmten, die nächsten großen Automobiltechnologielieferanten zu werden. So kündigte Fujitsu Laboratories Ltd. auf der EUMW 2016 die Entwicklung einer Millimeterwellen-Radartechnologie an, die dazu beitragen soll, das autonome Fahren zwischen Objekten - Autos, Fußgängern, Fahrrädern usw. - mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu realisieren. Erkennung bei relativen Geschwindigkeiten bis zu 200 km / h ist möglich ( Abb. 1 ).

Abb. 1: Mit dem Millimeterwellenradar von Fujitsu können sowohl langsame als auch sich schnell bewegende Objekte in der Umgebung eines Fahrzeugs erfasst werden.

Fujitsu erwartet, dass das Millimeterwellenradar das "Auge" von ADAS sein wird, da es die Schwächen von optischen Kameras in widrigen Umgebungen wie Nacht, Regen, Nebel und Gegenlicht ausgleichen kann. Mehr als nur die konventionelle Nutzung des schmalen 77-GHz-Bandes für die Überwachung vor und hinter Fahrzeugen hat in den letzten Jahren das Interesse an einem peripheren Überwachungsradar zugenommen, das ein breiteres Band von 79 GHz verwendet.

Die neue Technik vermeidet einen Hauptnachteil von frequenzmodulierten Millimeterwellen-Autoradar mit kontinuierlicher Welle (FMCW): Da FMCW-Radar sich Objekten nähert, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen - wie ein Fahrzeug und ein Fußgänger - tendiert er dazu, einen von ihnen zu übersehen. Die Fast-Chirp-Modulation (FCM) von Fujitsu überwindet das Problem, indem die Modulation mit höherer Geschwindigkeit verwendet wird, um eine Erkennung mit besserer Entfernungsauflösung und einem größeren Bereich von Ziel-Objekt-Geschwindigkeiten zu ermöglichen.

Um ein solches System zu implementieren, haben Fujitsus Forscher einen CMOS-basierten Millimeterwellen-Signalgenerator entwickelt, der seine Frequenzen über ein 76- bis 81-GHz-Band modulieren kann ( Abb. 2 ). Kombiniert man diese Schaltung mit einer gleichzeitig entwickelten Vier-Kanal-CMOS-Senderschaltung, um Millimeterwellenstrahlen mit einer Phasenpräzision innerhalb eines Grades zu messen und zu steuern, kann der Benutzer seine Umgebung mit hoher Genauigkeit scannen, beispielsweise mit einer Auflösung von 5 -cm Intervall irgendwo innerhalb eines 10-m-Radius. Die Signalgeneratorschaltung, die die Frequenz des Millimeterwellensignals steuert, liest kontinuierlich die Millimeterwellensignalimpulse ein und zählt sie, legt auf der Grundlage dieser Zählung eine Spannung an die Frequenzsteuerung an und moduliert die Frequenz.

Abb. 2: Fujitsus Millimeterwellen-CMOS-Signalgenerator-Schaltung (a) und Vier-Kanal-CMOS-Senderschaltung (b) versprechen hochpräzises ADAS-Radar.

Es wird erwartet, dass Schaltungen, die im Automobilradar verwendet werden, normalerweise bei Umgebungstemperaturen von bis zu 150 ° C arbeiten, aber bei herkömmlichen CMOS-Signalgeneratoren werden die internen Signale langsamer und die Zählungen werden ungenau. Ohne in der Lage zu sein, ihre Modulationsgeschwindigkeit zu erhöhen, ist die relative Geschwindigkeit, bei der eine Detektion möglich ist, auf ungefähr 50 km / h begrenzt.

Die neue Technologie nutzt vorhandene Millimeterwellen-CMOS-Designtechnologien und konzentriert sich auf den Block im Signalgenerator, der den größten Einfluss auf den Zählvorgang hat. Durch Hinzufügen einer Funktion zum Block, die Verzögerungen durch Temperaturänderungen ausgleicht, konnte Fujitsu Laboratories einen neuen zeitkompensierenden Impulszähler entwickeln, der selbst bei Temperaturen von 150 ° C genau arbeitet ( Abb. 3 ). Diese Schaltung ermöglicht die weltweit schnellste Modulationsfrequenz von 2 GHz für jede 1 μs im 80-GHz-Band und erreicht die maximale relative Geschwindigkeitserkennung (200 km / h), die von Radar erwartet wird.

Abb. 3: Fujitsu fügt seinen Radarschaltkreisen eine Schaltung hinzu, um impulslesbare Zeitfehler aufgrund steigender Temperaturen zu korrigieren.

Die Fujitsu Laboratories arbeiten derzeit an der Entwicklung eines Radarchips, der einen Hochleistungsprozessor und andere Elemente integriert und die High-End-Funktionalität weiter vorantreibt, mit dem Ziel, diese Technologien ab 2020 nutzbar zu machen.

Ebenfalls auf der EUMW 2016 präsentierte National Instruments eine Technologiedemonstration einer neuen ADAS-Testlösung für Radar im 76-81-GHz-Bereich basierend auf der Millimeterwellen-Frontend-Technologie von NI und dem kürzlich vorgestellten PXIe-5840-Vektorsignal-Transceiver der zweiten Generation (VST). Stefano Concezzi, Vice President der globalen Automobilinitiative bei NI, erklärte: "Angesichts der sich noch immer entwickelnden regulatorischen Anforderungen ermöglicht die Flexibilität dieser Lösung Ingenieuren, ihre Testsysteme schnell an die Herausforderungen neuer Radarszenarien anzupassen."

Da das VST mit bandbasierten, frequenzspezifischen Up-Convertern und Down-Convertern zum Testen des 76-81-GHz-Radarbands mit 1 GHz Echtzeitbandbreite kombiniert wird, kann das System als Millimeterwellen-Vektorsignalgenerator fungieren und Vektorsignalanalysator. Ingenieure können das VST-FPGA mit LabVIEW programmieren, um die ADAS-Testlösung für die Radar-Zielemulation zu verwenden, eine Technik, bei der Prüfgeräte den Radarquerschnitt, die Reichweite, die Radialgeschwindigkeit und den Einfallswinkel eines bestimmten Objekts nachbilden. Dies ist wichtig für das Testen der Software und Hardware eines Radarsystems.

Unmittelbar nach der EUMW 2016 gab Infineon Technologies die Übernahme des niederländischen Fabless-Halbleiterherstellers Innoluce zur Entwicklung von Chip-Komponenten für Hochleistungs-Lidar-Systeme bekannt. Das Unternehmen ist davon überzeugt, dass Lidar, Radar und Kamera die drei Schlüsselsensortechnologien für teilautomatisierte und vollautomatisierte Fahrzeuge sein werden. Mit der Übernahme von Innoluce plant das Unternehmen nun die Bereitstellung von Know-how in allen drei komplementären Sensorsystemen autonomes Fahren.

Infineon zufolge werden die ersten Lidar-Systeme, die in den nächsten Jahren in Premium-Autos eingeführt werden, auf mechanischen Scan-Spiegeln basieren und daher sperrig und ziemlich teuer sein. Um in allen Fahrzeugklassen zum Standard zu werden, müssen Lidar-Systeme halbleiterbasiert sein und damit kompakter, kostengünstiger und robuster werden.

Über dem Horizont

Da Standardsensoren wie Radar, Optik, Ultraschall und Lidar Sichtkontakt haben, können sie Risiken nur in Sichtweite des Fahrzeugs erkennen. Die australische Firma Cohda Wireless arbeitet an einem System, das verborgene Bedrohungen erkennen kann. So kann der Horizont des Bewusstseins über das hinaus erweitert werden, was der Fahrer sehen kann, etwa wenn sich zwei Autos in unübersichtlichen Ecken nähern die Hügelkuppen, oder wenn zwischen ihnen Lastwagen sind.

Cohda hat kürzlich Fahrzeug-zu-Fahrzeug (V2V) und Fahrzeug-zu-Infrastruktur (V2I) - oder V2X-Ausrüstung eingeführt, die es als eine wesentliche Technologie für die nächste Generation von fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) sowie autonomen Fahrzeugen sieht. V2X ist ein kabelloses Sensorsystem, mit dem Fahrzeuge ihre Sensordaten mit anderen Fahrzeugen und Straßenfahrzeugen austauschen können. Die V2X-Technologie von Cohda ist ein Non-line-of-sight-Sensor mit 360 ° -Beurteilung, der eine genaue Satellitenpositionierung mit integrierter Koppelnavigationstechnologie von u-blox verwendet. Basierend auf V2X ermöglicht Cohdas Dedicated Short Range Communications (DSRC) -System beispielsweise die frühzeitige Warnung vor einer drohenden Kollision, entgegenkommendem Verkehr, Anwesenheit von Straßenarbeitern und unsicheren Geschwindigkeiten basierend auf Fahrzeugen in der Nähe.