从奥迪A8的自动驾驶系统，可以学到啥

从奥迪A8的自动驾驶系统，可以学到啥奥迪A8作为世界上第一台具备L3级自动驾驶的量产车，其开发经验在今天仍然具有现实意义，最新对Zfas的拆解揭示了从技术和经济角度来看，实现更高级别的自动驾驶比任何人最初预期的要难，当前整个汽车行业仍在面对奥迪面临的技术问题和陌生的成本结构。

从systemplus拆解和反向成本计算来看，zFAS中的半导体成本占到60%，约290美元。

但是真正让人震惊，且没有汽车企业做好心理准备的是，汽车企业必须将部件利润的50%用于支付英伟达，英特尔等公司提供的旗舰芯片解决方案。

在过去的18个月中，一些领先的OEM厂商开始暗示他们希望设计自己的自动驾驶汽车芯片（特斯拉）。

这种方法使他们能够在硬件和软件开发方面控制自己的命运。

但是，鉴于芯片设计的高昂成本，目前尚不清楚OEM产商能否更好的解决这一问题。

，在奥迪 A8推出时，其车内技术被称为“自动驾驶的突破”，其特征是车内配备了一个名为Traffic Jam Pilot的系统，启动该系统后,Traffic Jam Pilot可以缓解驾驶员在拥堵路况的麻烦。

但是该想法与“交接问题”(在结束拥堵自动驾驶模式后，奥迪给出了给出的交接时间是10秒钟。

系统会发出视觉和声音提示，要求驾驶员接管)相冲突。

交接问题一直是困扰着L3级别的车辆。

如今，大街上行驶的A8没有一个激活并运行L3级的驾驶功能。

但是这并不是对奥迪的打击，A8向自动驾驶表明了它面临的挑战，行业领导者必须弄清楚各种监管、技术、安全、行为、法律和业务相关的复杂性，然后才能吹捧无人驾驶的未来，这在一定程度上解释了OEM、TierOne、芯片供应商、技术服务公司制定安全标准的势头。

引擎盖下的A8汽车制造商所面临的挑战将不再是提供从0到100 km / h的最快速度或最佳加速，而是确保日益先进的自动驾驶和辅助系统。

这是奥迪A8具有第3级自动驾驶功能的目标，这是第一个使用激光雷达技术的车辆。

A8的传感器套件还包括摄像头、雷达和超声波传感器(如图1)，在拥堵路况下，奥迪A8可以实现自动驾驶，无需驾驶员干预，奥迪规定，驾驶员可以不用将手放置在方向盘上，并且根据当地的法规，可以从事其他活动，例如在车上看电视。

车辆可以执行大多数驾驶任务，但仍需要人工操作。

图1 奥迪A8关键要素Fraux在奥迪A8的创新技术排行榜上写到：“奥迪是首款具有3级自主性的汽车。

安装在奥迪A8上的Traffic Jam Pilot系统负责使用传感器融合技术和世界上第一台激光扫描仪，以60 km / h的速度在高速公路和高速公路上以缓慢的速度行驶。

（注意：到目前为止，此3级功能尚未激活）。

L3级自动驾驶计算平台奥迪A8的自动驾驶系统有有一系列传感器和一个有安波福提供的zFAS控制器组成，zFAS (如图2)一个集中式计算平台作为中央枢纽，用于处理超声波传感器(前，后和侧面)，360环视摄像头，中距雷达及远程雷达和位于车辆前部激光扫描仪。

图2 奥迪A8 在FAS控制器zFAS控制器中的处理芯片zFAS控制器中的平台处理器是Nvidia Tegra K1(如图3)，用于交通信号识别，行人检测，碰撞警告，交通灯检测和车道识别。

具有八层PCB的Tegra K1集成了192个Cuda内核，与当前市场上Nvidia集成到开普勒GPU中支持DirectX 11和OpenGL 4.4的单个SMX模块中的数量相同。

图3 Nvidia Tegra K1英特尔/Mobileye的EyeQ3负责图像处理。

为了满足功耗和性能目标，EyeQ SoC通过使用更精细的几何体进行设计。

在EyeQ3中Mobileye使用40 nm CMOS，而该公司将在第五代SoC EyeQ5中使用7nm FinFET。

每个EyeQ芯片均具有异构的，完全可编程的加速器。

每个加速器类型都针对其自己的算法系列进行了优化。

除了NvidiaTegra K1和Mobileye的EyeQ3，zFAS还采用了Altera Cyclone用于数据预处理以及英飞凌Aurix Tricore用于监视安全操作，Altera Cyclone系列FPGA器件基于1.5V，0.13µm的全层铜SRAM工艺，密度高达20,060个逻辑元件（LE）和288kbit RAM。

英飞凌Aurix架构实现了汽车行业动力总成和安全应用中的性能优化。

TriCore是第一个针对实时嵌入式系统优化的统一单核32位微控制器-DSP架构。

A8的传感器对汽车行业而言，高级驾驶辅助系统已成为所有新车获得更高欧洲NCAP评分的必要条件。

在图1中，我们可以找到奥迪A8中设备的详细列表。

传感器制造商正在开发效率越来越高的雷达传感器，在市场上目前Aptiv，Veoneer，ZF，Valeo，Bosch，Mando，Denso和Ainstein等公司具有雷达传感器。

在奥迪A8上，我们可以看到Autoliv的第三代汽车夜视摄像头，Aptiv的车道辅助前摄像头，法雷奥Scala激光扫描仪，博世LRR4 77GHz长距离雷达传感器，Aptiv R3TR 76 GHz是中距离雷达。

Autoliv夜视摄像机由摄像头和一个远程处理单元组成(如图4)，其中红外夜视摄像头是由FLIR的17um像素高清钒氧化物微测辐射仪ISC0901组成，该器件是基于复杂的光学系统和FPGA阵列和自定义算法的复杂数值处理系统。

图4 Autoliv的第三代汽车夜视摄像头安波福的车道辅助前置摄像头(如图5)安装在后视镜上，有效距离为80米，拍照速度36张图像/秒。

该相机使用了安森美提供的1.2M像素CMOS图像传感器和8位Microchip PIC微控制器。

zFAS控制单元使用Mobileye EyeQ3处理芯片来管理图像和识别软件。

图5 Aptiv车道辅助前置摄像头的PCB LRR4是一种多模式雷达，带有六个来自博世的固定雷达天线(如图6)。

四个居中排列的天线提供了环境的高速记录，可创建聚焦光束，其孔径角为±6度，并且在相邻车道中的交通干扰最小。

在近场中，LRR4的两个外部天线将视场扩大到±20度，提供5米的范围，能够快速检测进入或离开车道的车辆。

图6 远程雷达传感器安波福的短程雷达传感器由两个发射器通道和四个接收器通道组成，并在76-77 GHz频带内运行，这是汽车雷达应用的标准配置。

PCB使用单片微波集成电路（MMIC）和腔波导，射频（RF）印刷电路板（PCB）基板使用玻璃增强的烃基陶瓷层压板，并且完全不含PTFE(如图7)。

图7 Aptiv R3TR奥迪A8的关键要素是激光雷达。

这是汽车制造商第一次使用激光扫描仪。

它是基于具有旋转镜技术和边缘发射技术中905 nm波长的机械系统的激光雷达。

该设备的射程为150米，水平视场角为145°，垂直视场角为3.2°。

电机控制单元由带有控制驱动器的定子和转子以及用于运动检测的MPS40S霍尔传感器组成。

霍尔效应传感器响应于磁场而改变其输出电压。

这是一个持久的解决方案，因为没有机械零件会随着时间的流逝而磨损。

集成的软件包减少了系统的大小和实现的相对复杂性(如图8)。

图8 激光扫描议激光雷达系统是通过采用测量激光的传输时间来精确测量计时时间(如图9)，最新的发展已经看到了几种多光束激光雷达系统，它们可以生成车辆周围环境的精确三维图像。

图9 测距原理边缘发射激光器是半导体激光器的原始且仍被广泛使用的形式。

它们的谐振长度可以实现高增益。

在该结构内，激光束在典型的双异质结构波导结构中导向。

根据波导的物理特性，有可能获得高光束质量但输出功率有限，或高输出功率但光束质量低(如图10)。

图10 边发射激光二极管激光雷达解决方案中使用的激光器具有3引脚TO型封装，管芯面积为0.27 mm 2 ，如图所示。

激光器的功率为75 W，直径为5.6 mm。

可能是Sheaumann为100 mm晶圆上的激光组件制造的。

调节单元使用雪崩光电二极管（APD）在穿过两个透镜（一个发射和一个接收）之后获取激光束。

APD可能由First Sensor在具有8引脚FR4 LLC封装且管芯面积为5.2 mm 2的 150 mm晶圆上制成（如图11）。

APD是一种高速光电二极管，它使用光子倍增来获得低噪声信号。

APD比PIN光电二极管具有更高的信噪比，可用于各种应用，例如高精度测距仪和低照度检测。

从电子角度来看，APD需要更高的反向电压，并且需要更详细地考虑其与温度有关的增益特性。

图11 雪崩光电二极管（APD）除了用于激光和运动控制的两个单元之外，控制硬件还包括主板，该主板包括Xilinx XA7Z010 SoC双核ARM Cortex-A9、32位STMicroelectronics SPC56EL60L3微控制器以及电源管理系统，其中ADI公司的同步降压稳压器，英飞凌公司的双通道智能高端电源开关，ADI公司的带LDO的三路单片式降压IC 和Allegro公司的三相无传感器风扇驱动器IC。

FlexRay协议支持数据通信。

FlexRay系统由几个电子控制单元组成，每个电子控制单元都带有一个控制器，用于管理对一个或两个通信通道的访问。

估计这种激光雷达技术如果量为10万个，成本可能达到150美元，其中很大一部分与主机板和激光器有关(如图12)。

图12 拆卸的激光扫描仪硬件在激光雷达项目中，跨阻放大器是电子布局中最关键的部分。

低噪声，高增益和快速恢复特性使这些新器件成为汽车应用的理想选择。

为了获得最佳性能，设计人员必须特别注意接口和集成电路，波长和光机械对准的问题。

这些集成电路符合AEC-Q100认证，可满足汽车行业最严格的安全要求。