智能汽車的神經系統

最新 06-13

蔚謀課堂? 智能硬體

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人體內的神經系統將身體的各器官有機的連接起來，形成一個立體的極為複雜的網路，使得人能夠在經常變化的環境中實時感知外部環境的變化，同時也接受內部器官的狀態變化，對身體的各種功能不斷進行迅速而完善的調整。

智能汽車的關鍵系統包含智能決策系統、探測和感知系統、信息顯示系統、娛樂系統、動力系統、底盤系統等。想要實現智能駕駛，就需要這些系統聯動，因此智能汽車也需要類似人體的神經系統來實時傳遞相關信息。

人體內的神經系統包含無數各神經元，一些神經元感知信息之後會發出電位信號，一些神經元可以接受電位信號後執行應激反應，他們之間採用一種或多種解析邏輯。對於智能汽車而言，這種解析邏輯被稱為通訊協議，不同的通訊協議構建不同的神經系統，智能汽車是一種多神經系統融合的整體。

CAN（Controller Area Network）

CAN 匯流排是德國Bosch公司開發的起初用於汽車內部測量和執行部件間進行數據通訊，後來經過逐步完善，1993年ISO正式發布了CAN 協議的國際標準。目前傳統車上大部分都是使用的CAN協議網路，例如底盤系統、動力系統等。

CAN 協議的主要特點：

網路中各節點沒有主從之分，猶如大家在一個圓桌上處於平等地位。信息傳遞的先後次序採用仲裁機制實現，避免通訊堵塞導致信號延遲。

在整車範圍內，通訊速率可達1Mbps。

現在車上使用的通訊傳輸介質多為雙絞線，成本低。

CAN FD (CAN with Flexible Date rate)

CAN FD 可以算是CAN協議的改進型，繼承了CAN匯流排的主要特性，例如雙絞通訊、分散式實時控制、可靠的錯誤校驗機制、仲裁機制等。但是CAN FD 彌補了CAN協議匯流排帶寬和數據場長度上的短板。

CAN FD 縮短了位時間來提高傳輸速率，同時增加數據場的長度提高了傳輸能力，並且採用三種多項式來進行CRC校驗保證數據的可靠性。目前部分車企採用該協議，因為在只需在CAN的基礎上進行少量改動即可實現。

LIN (Local Interconnect Network)

開發LIN 協議的主要目的是為車輛中部分系統提供低成本的解決方案。它採用主從式通訊方式，由一個主節點和一個或多個從節點組成，在座椅、燈光、車門鎖等系統中較常見。每一個請求都必須是主控制器發出，從節點接收並執行。

FlexRay

車載點的空單元（ECU）越來越多，ECU之間傳遞的信息量逐漸增大，對實時性的要求也越來越高，FlexRay專註於這些智能汽車的核心需求，提供了一種高速率和高可靠性的通訊協議。

它主要包含以下主要特點

FlexRay兩個信道上的數據速率最大可達到10Mbps，總數據速率可達到20Mbit/秒，相當於CAN匯流排20倍之多。

FlexRay具備冗餘通信能力，可通過硬體完全複製網路配置並進行進度檢測。可支持匯流排型、星型和混合拓撲結構。

FlexRay可以進行同步和非同步數據傳輸，滿足智能汽車各種系統的需求。

由於FlexRay對硬體的要求較高，導致成本高，目前僅寶馬、賓士、沃爾沃新車型的安全和底盤系統採用此協議，國內OEM新平台設計中也在考慮運用此網路。

Ethernet乙太網

智能汽車不可避免的需要處理大量的圖像和視頻信息，需要內部域控制器之間傳遞快速準確的傳遞大量的數據信息，同時還要處理車與車、車與環境之間的信息，以及需要車輛實時下載大量的音頻和視頻信息為乘客提供愉悅的乘車體驗。這就導致相關的功能系統之間需要有一種可靠的快速的神經系統，現有的網路協議已無法滿足要求。

乙太網是由鮑勃梅特卡夫（Bob Metcalfe）於1973年提出的，採用CSMA/CD（載波監聽多路訪問及衝突檢測）技術，通常使用雙絞線（UTP線纜）進行組網。按帶寬劃分為標準的乙太網(10Mbit/s)、快速乙太網(100Mbit/s)、千兆網(1Gbit/s)和10G（10Gbit/s）乙太網。

乙太網以其絕對的優勢在車輛網路系統中逐步得到應用，尤其是智能駕駛系統和域控制器之間的通訊系統其優點如下。

低成本並且高帶寬

車載乙太網採用非屏蔽雙絞線進行信號傳輸，有助於減少功耗和線束以及布置成本，同時能提供很高的信號傳輸帶寬。

支持不同應用的多種協議和功能

智能車輛需要接收和處理多種信號源，就會涉及到多種信息解析模式，乙太網技術可以遊刃有餘的進行應對。

無線功能

未來汽車與環境的交互越來越密切，除了通過圖像去識別環境外，還需要與環境進行數據交互，因此無線交互必不可少。而車載乙太網的普及將成為車聯網技術發展的催化劑。