FPGA在駕駛輔助系統(tǒng)中的關鍵作用

隨著科技的不斷進步，汽車行業(yè)也在不斷演變，而FPGA（可編程邏輯門陣列）的引入給汽車領域帶來了革命性的變化。FPGA作為一種靈活且高性能的“處理器”，已經在汽車行業(yè)找到了廣泛的應用

目前隨著新能源汽車的發(fā)展，智能化成為一個重要的發(fā)展方向，而芯片領域的萬金油-FPGA在發(fā)動機控制單元、輔助駕駛及通信系統(tǒng)（包括車輛對車輛（V2V）通信和車輛對基礎設施（V2I）通信。通過V2V和V2I通信，車輛能夠實現(xiàn)實時交通信息的共享，從而提高交通安全性和效率）等領域都發(fā)揮著重要作用。下面結合發(fā)動機控制單元和輔助駕駛介紹一下FPGA在這兩方面的應用。

發(fā)動機控制單元（ECU）

發(fā)動機控制幾乎從未被認為是獲得更好燃油經濟性的一種方式。但在燃油價格不斷上漲的今天，電子技術可以非常有效地提高燃油經濟性。使用 FPGA 實現(xiàn) ECU 是一個很大的優(yōu)勢，因為它可以很容易地重新配置。

發(fā)動機控制算法，包括點火時機、燃油噴射量和氣門正時等。通過使用FPGA，汽車制造商能夠根據(jù)不同的發(fā)動機類型和駕駛條件來優(yōu)化控制算法，從而提高燃油效率和性能。

基于上面，提出了一種循環(huán)地控制內燃發(fā)動機的方法。該方法包括：維護識別引擎的映射函數(shù)的訓練數(shù)據(jù)；用給定氣缸的自適應數(shù)據(jù)填充緩沖器，其中自適應數(shù)據(jù)是測量給定氣缸的多個操作循環(huán)期間捕獲的映射函數(shù)的輸入和輸出；將映射函數(shù)的訓練數(shù)據(jù)與自適應數(shù)據(jù)相結合；使用最小加權二乘法從組合數(shù)據(jù)集中識別映射函數(shù)；使用映射函數(shù)和當前循環(huán)期間的輸入測量來預測給定汽缸在下一個循環(huán)中的燃燒特征；使用一個或多個致動器在下一循環(huán)中基于給定汽缸的預測燃燒特征來控制發(fā)動機。

傳統(tǒng)發(fā)動機控制單元

上面理論只是控制運行該引擎的一小部分內容。下面參數(shù)和組件有助于更好地控制發(fā)動機。

Injection duration

Injection timing

噴射燃油壓力

低壓燃油泵

點火時間

DBW 閥門

翻滾閥門（Tumble valves）

短/長流道閥門

通常，傳統(tǒng) ECU 具有以下 I/O 設備來運行整個管理系統(tǒng)。

12 個噴油器輸出，可用作輔助輸出

8 個點火輸出

8 個輔助輸出，可驅動高電平或低電平

8 個數(shù)字輸入，具有可配置的內部上拉/下拉電阻

5 個觸發(fā)輸入，可配置為磁阻器或數(shù)字IO

4 VSS 或渦輪速度輸入，可配置為磁阻器或數(shù)字IO

16 個通用模擬輸入，其中 4 個可配置用于溫度傳感，2 個適用于氧氣傳感器

在怠速時，可能會以 14.7:1 左右運行，但在輕負載時，可以比這更精簡地運行，而不會出現(xiàn)發(fā)動機故障。精簡程度取決于許多因素，包括傳動裝置、發(fā)動機燃燒效率等，但 16:1 左右的比率通常是可以接受的。在某些汽車中，輕載時的精簡比可以達到 20:1。上面說明的是采用這種方法意味著可以根據(jù)負載和轉速條件將發(fā)動機總混合比例從 16.5:1 的稀油比例設置到 12.5:1 的濃油比例。智能化意味著動態(tài)去調整這類參數(shù)。

機器學習提供了一種有效的方法來捕獲復雜的循環(huán)燃燒模式，同時避免對底層混合物狀態(tài)和成分的顯式了解（假設選擇了適當?shù)某橄笥成浜瘮?shù)）。雖然機器學習方法有明顯的好處，但一個關鍵問題是機器學習是數(shù)據(jù)驅動的，需要相對大量的數(shù)據(jù)才能充分覆蓋大維空間。

這里推薦一個ECU的開源項目可用于學習相關理論。

駕駛輔助系統(tǒng)

FPGA在駕駛輔助系統(tǒng)中發(fā)揮著關鍵作用，如車道保持輔助、自適應巡航控制和自動緊急制動等。利用FPGA處理實時視頻和傳感器數(shù)據(jù)，汽車能夠識別車道標記和障礙物，以及調整車速和方向以保持安全距離。

目前ASIC在這方面的發(fā)展比較迅速，像英偉達、華為海思等公司都有專用的ASIC。早期在這方面探索的時候FPGA還是有一定的優(yōu)勢的，但是目前沒有了。所以在這里就不過多介紹了，下面的視頻是基于FPGA搭建的智能輔助系統(tǒng)：

完整的系統(tǒng)架構如下：

總結

FPGA為汽車制造商帶來了更高的性能、靈活性和功能。隨著技術的不斷進步，我們有理由期待FPGA在未來汽車技術中的更多創(chuàng)新應用，部分重配置等特點可以實現(xiàn)整合非并發(fā)功能和硬件級容錯的新穎機制。

但是，F(xiàn)PGA在這方面更多的是探索，未來屬于ASIC~

審核編輯：黃飛

?