Công nghiệp ô tô

Những thách thức và giải pháp công nghệ khi liên kết với camera trong ô tô

Chuyên gia ứng dụng Joe Triggs, và Derek Burke

Hệ thống camera và công nghệ liên kết với camera đang được triển khai ngày càng nhiều trong các ứng dụng trên xe hơi, thiết bị nãy sẽ hỗ trợ người lái và nâng cao trải nghiệm lái xe. Hệ thống camera quan sát phía sau (RVC) truyền thống có một camera đơn đang được thay thế bằng hệ thống khi quét xem xung quanh (SVS) có bốn camera trở lên cung cấp góc nhìn 360 ° của xe. Ghi lái, giám sát điểm mù, tầm nhìn ban đêm, nhận dạng biển báo đường, giám sát chệch làn đường, kiểm soát hành trình thích ứng, phanh khẩn cấp và hệ thống tránh va chạm ở tốc độ thấp đều giúp giảm nguy hiểm cho người lái xe. Để nâng cao trải nghiệm này, máy ảnh cũng đang được giới thiệu cho các ứng dụng đa dạng như giám sát dấu hiệu quan trọng của người lái xe, phát hiện người ngồi trong xe và nhận dạng cử chỉ để giao tiếp với máy của con người (HMI). Sự phát triển trong hệ thống camera ngày nay thậm chí còn cho phép các nhà sản xuất ô tô hình dung lại hình bóng của chiếc xe thông qua việc thay thế các tính năng truyền thống như gương cánh.

Hình 1. Sự phổ biến của camera trên các phương tiện xe hơi ngày nay.

Nhiều ứng dụng máy ảnh đa dạng được liệt kê có chung nguồn gốc trong hệ thống RVC có độ nét tiêu chuẩn (SD) vẫn được sử dụng trong nhiều phương tiện ngày nay. Hệ thống camera SD đã được triển khai thường xuyên trong các ứng dụng ô tô trong hơn một thập kỷ qua, phát triển từ các loại xe cao cấp sang dòng xe rộng hơn để đáp ứng các yêu cầu pháp lý và kỳ vọng của nhiều khách hàng. Các giải pháp video SD mang lại cho các OEM ô tô nhiều lợi ích có giá trị: rủi ro thấp do sự trưởng thành của công nghệ đã được chứng minh trong ngành truyền hình tiêu dùng trong nhiều năm, nhu cầu băng thông thấp dẫn đến khả năng sử dụng cáp và đầu nối rẻ trong khi vẫn duy trì lượng khí thải được kiểm soát, và một loạt các bộ mã hóa và giải mã video hoàn thiện với khả năng xử lý đã được kiểm chứng đối với các video đầu vào có khả năng không ổn định. 

Ngày nay, sự phổ biến của màn hình có độ nét siêu cao (UHD) trong các thiết bị tiêu dùng đang thúc đẩy mọi yêu cầu về màn hình độ nét lớn hơn và cao hơn ở tất cả các loại xe. Mặc dù giải pháp video SD có thể xuất hiện thỏa đáng trên màn hình nhỏ hơn, nhưng người tiêu dùng ngày nay có thể dễ dàng nhận ra những thiếu sót của nó trên màn hình lớn hơn (ví dụ: thiếu chi tiết tần số cao gây ra bởi băng thông hạn chế của video SD hoặc hiện vật màu chéo được giới thiệu khi tách tín hiệu độ chói và độ chói từ một tín hiệu khác trong tín hiệu đã được điều chế). Xu hướng hướng tới màn hình lớn hơn đã dẫn đến việc các OEM ô tô bị thách thức nâng cấp phần còn lại của kiến ​​trúc máy ảnh lên độ nét cao. Một khối xây dựng quan trọng liên quan đến việc giải quyết thách thức này là công nghệ liên kết máy ảnh được chọn để truyền dữ liệu hình ảnh từ máy ảnh đến bộ phận nhận (ví dụ: ECU hoặc màn hình). 

Đặc điểm trường hợp sử dụng đầu tiên khi chọn công nghệ liên kết camera mới cho một ứng dụng là băng thông cần thiết. Hệ thống camera đa dạng về yêu cầu băng thông. Các hệ thống RVC truyền thống sử dụng độ phân giải video SD yêu cầu băng thông thấp (ví dụ: 6 MHz). Hệ thống SVM, thường được sử dụng ở tốc độ thấp, sử dụng tốc độ làm mới thấp (ví dụ: 30 Hz) để tối đa hóa độ phơi sáng, điều này có thể giới hạn băng thông theo yêu cầu. Hệ thống thay thế gương cánh, hoạt động trên toàn bộ phạm vi tốc độ vận hành của xe, sử dụng tốc độ làm mới cao hơn (ví dụ: 60 Hz hoặc cao hơn) để giảm thiểu độ trễ, đòi hỏi tăng băng thông. Máy ảnh mặt trước cho các ứng dụng lái xe tự động yêu cầu độ phân giải siêu cao (ví dụ: 18+ MPixel) và do đó có yêu cầu băng thông cao hơn. Nhiều công nghệ liên kết camera tồn tại để cung cấp nhiều khả năng băng thông, lựa chọn của chúng bị ảnh hưởng bởi và có thể ảnh hưởng đến một số khía cạnh của hệ thống camera và tổng thể phương tiện.

Hình ảnh chất lượng cao

Chất lượng hình ảnh mà công nghệ liên kết camera cho phép là một yếu tố quan trọng trong thiết kế kiến ​​trúc. Gửi dữ liệu video qua công nghệ liên kết camera không cung cấp đủ băng thông có thể dẫn đến mất tính toàn vẹn của hình ảnh hoặc mất hình ảnh hoàn toàn. Sự suy giảm hình ảnh do công nghệ liên kết máy ảnh gây ra có thể được đánh giá bằng cách đo các yếu tố như độ sắc nét của hình ảnh và độ phân dải.

Hệ thống Cáp thuộc tính

Hệ thống dây cáp hoặc dây cáp hoàn chỉnh của một chiếc xe hiện đại là một trong những bộ phận phức tạp, nặng và khó lắp đặt nhất. Với những chiếc xe trung bình có hệ thống dây điện dài hơn một km, việc sử dụng dây đai cần được cân nhắc nghiêm túc. Đối với đơn đặt hàng đầu tiên, các ứng dụng có yêu cầu băng thông cao hơn (ví dụ: camera phía trước có độ phân giải cực cao cho xe tự hành) và yêu cầu cáp có chất lượng cao. Trọng lượng cáp đã nổi lên như một chủ đề được tăng cường giám sát trong những năm gần đây do tập trung vào việc làm cho ô tô nhẹ trọng lượng hơn và hiệu quả hơn trong nỗ lực tăng phạm vi hoạt động cho các loại xe động cơ đốt trong cũng như xe điện. Đối với các ứng dụng liên quan đến định tuyến phức tạp qua một chiếc xe, bán kính uốn cong được hỗ trợ bởi cáp có thể quan trọng. Đối với các ứng dụng đặt máy ảnh trong phần thân có bản lề (ví dụ: cửa cho hệ thống SVM hoặc nắp cốp cho hệ thống RVC và SVM), độ chắc chắn của dây cáp để mở và đóng chu kỳ là rất quan trọng. Đối với các ứng dụng mà cáp có thể tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt, thậm chí có thể yêu cầu khả năng chống nước tràn vào xe.

Bất kể công nghệ liên kết camera và loại cáp được chọn là gì đi chăng nữa, mỗi cm cáp đều có giá thành và khi tất cả các chi phí của dây đai được đối chiếu, nó có thể dẫn đến dây đai là một trong ba yếu tố đắt nhất của xe.

 Các giải pháp video SD truyền thống, do nhu cầu băng thông thấp, tạo điều kiện cho việc sử dụng cáp nhẹ, điều đó cực kỳ tiết kiệm chi phí. Trong nhiều trường hợp, cáp xoắn đôi (UTP) không được che chắn, tương tự như cáp thường được sử dụng cho các liên kết điều khiển tốc độ thấp như CAN, được sử dụng cho các giải pháp video SD.

Kết nối

Một yếu tố quan trọng khác của dây đai và các mô-đun được kết nối của nó là các đầu nối điện. Ngoài việc kết nối dây đai với mô-đun điều khiển, cảm biến hoặc động cơ, các đầu nối cũng được sử dụng để nối các phần khác nhau của cùng một sợi cáp trong dây đai (đầu nối nội dòng). Các đầu nối trong dòng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô để đơn giản hóa việc xây dựng, lắp đặt và khả năng sử dụng của dây đai. Ví dụ: sử dụng đầu nối nội tuyến rất gần với máy ảnh có nghĩa là nếu máy ảnh bị hỏng, nó có thể được thay thế mà không làm ảnh hưởng đáng kể đến phần còn lại dây đai của xe.

Lựa chọn đầu nối, chung với lựa chọn cáp được mô tả ở trên, có thể là một yếu tố quyết định đáng kể đến chi phí tổng thể của một hệ thống camera. Các hệ thống có độ phân giải cao thường yêu cầu các đầu nối hỗ trợ băng thông cao hơn và do đó giá thành của xe sẽ cao hơn.

Những cân nhắc khác về đầu nối bao gồm dấu chân của đầu nối trên bề mặt PCB và ECU, liệu đầu nối này có cần phải được niêm phong hay chưa được niêm phong và nếu cần mã hóa / khóa màu.

Các giải pháp video SD truyền thống tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng các giải pháp kết nối hiệu quả về chi phí trong đó có cả máy ảnh và ECU hoặc thiết bị đầu (HU). Ví dụ, các tín hiệu video của hệ thống SD video RVC thường được định tuyến vào ECU hoặc HU với các tín hiệu khác (hoặc mạng điều khiển và tín hiệu cung cấp điện cần thiết) trên đầu nối multiin; một liên kết kỹ thuật số thường yêu cầu các đầu nối chuyên dụng, giới thiệu PCB và các ràng buộc đóng gói trên ECU.

Kiến trúc của xe

Kiến trúc của phương tiện liên quan có thể có một số ảnh hưởng đến việc lựa chọn phù hợp công nghệ liên kết camera. Chiều dài của cáp trong các loại xe tiêu chuẩn thường lên đến vài mét và với việc người tiêu dùng có xu hướng hướng tới các loại xe thể thao đa dụng lớn hơn, do đó, chiều dài cáp ngày càng tăng. Một số kiến ​​trúc phương tiện có các tính năng bổ sung có thể đặt ra những thách thức mới về chiều dài cáp, chẳng hạn như hỗ trợ lùi xe moóc để hỗ trợ việc đảo chiều và điều động xe moóc. Xe thương mại là một thách thức kiến ​​trúc khác, trong đó hệ thống camera kéo dài dây cáp đến độ dài tối đa của chúng. Hầu hết các công nghệ liên kết camera có thể hỗ trợ bất kỳ kiến ​​trúc và tính năng nào của phương tiện này, nhưng một số có thể yêu cầu các mô-đun bổ sung như bộ lặp hoặc bộ truyền lại để hỗ trợ chiều dài của cáp.

EMC

Độ bền khi phát xạ điện từ và khả năng miễn nhiễm của giải pháp cáp là một yếu tố quan trọng khác trong quá trình lựa chọn công nghệ liên kết camera vì cáp có thể trở thành ăng-ten trong xe với các kết quả bất lợi cho người dùng. Sự gia tăng của các hệ thống điện và điện tử trong xe đã dẫn đến sự phụ thuộc ngày càng nhiều vào các hệ thống này tồn tại cùng nhau theo một kiểu tương thích. Không được chấp nhận để một hệ thống (ví dụ, một hệ thống RVC) ảnh hưởng hoặc bị ảnh hưởng bởi một hệ thống khác (ví dụ, một động cơ kéo xe điện hoặc cơ cấu ghế điện), khi một trong hai được bật. Vì vậy, điều quan trọng là các giải pháp công nghệ liên kết phải được xem xét về hiệu suất phát thải và miễn nhiễm của chúng trước khi lựa chọn.

Để đảm bảo các tác nhân bên trong hoặc bên ngoài không can thiệp vào các hệ thống trong xe, các nhà sản xuất ô tô sẽ kiểm tra tất cả các hệ thống theo tiêu chuẩn EMC cụ thể của họ. Các bài kiểm tra này lần đầu tiên được thực hiện ở cấp độ hệ thống (ví dụ: camera quan sát phía sau hoặc hệ thống quan sát xung quanh). Quá trình thử nghiệm này tốn kém, mất thời gian và đầy thách thức, nhưng đảm bảo rằng mỗi mô-đun đều có độ bền cao trước khi được tích hợp vào xe. Sau khi hoàn tất thành công quá trình kiểm tra cấp hệ thống, nhà sản xuất ô tô cũng phải xác minh hoạt động và hiệu suất của hệ thống trên xe bằng cách kiểm tra khả năng hoạt động của hệ thống khi bị bắn phá bởi các tín hiệu bức xạ công suất cao (miễn nhiễm bức xạ). Nhà sản xuất cũng sẽ đo dải tần thu của tất cả các ăng-ten trên xe (ví dụ: FM, GPS, di động, Wi-Fi, v.v.) để đảm bảo không có tín hiệu gây nhiễu. Giải quyết các vấn đề về EMC ở cấp độ xe có thể tốn kém và mất thời gian.

Những yêu cầu khác

Ngoài các yêu cầu đã nêu ở trên, vô số các những yêu cầu khác đều được hướng dẫn việc lựa chọn công nghệ liên kết camera, chẳng hạn như tính khả dụng của kênh điều khiển, độ chính xác của pixel và xếp hạng ASIL.

Tổng kết

Với việc lựa chọn công nghệ liên kết camera khi thiết kế một hệ thống camera bị ảnh hưởng bởi vô số yếu tố. sự lựa chọn công nghệ liên kết camera cũng ảnh hưởng đến một số khía cạnh của chiếc xe mà nó được tích hợp vào đó. Các hệ thống RVC truyền thống, được xây dựng trên công nghệ video SD, cung cấp cho các OEM ô tô một phương pháp cực kỳ đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí để truyền video trong xe. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, xu hướng người tiêu dùng đã xuất hiện để hiển thị các hệ thống video SD ngày càng ít được chấp nhận trên các màn hình lớn hơn. Sự phát triển về mặt luật pháp và sự kỳ vọng của người tiêu dùng cũng đã kết hợp để tiếp tục tăng số lượng camera trên mỗi chiếc xe được sản xuất mới.

Những xu hướng và sự phát triển này đóng vai trò là nền tảng cho sự xuất hiện của một số công nghệ liên kết camera được sử dụng trong các phương tiện ngày nay trên phạm vi hệ thống camera trong ngành sản xuất ô tô. Công nghệ liên kết camera ngày nay vẫn bao gồm từ công nghệ video SD (ví dụ: CVBS) đã được chứng minh trong các hệ thống SD RVC truyền thống, thông qua công nghệ liên kết tương tự độ nét cao hơn, đến công nghệ liên kết kỹ thuật số. 

Công nghệ video SD chỉ có thể cho phép các ứng dụng băng thông thấp nhưng ngược lại yêu cầu cáp và đầu nối cho nhà đầ tư tiết kiệm chi phí. Công nghệ liên kết kỹ thuật số cho phép các ứng dụng băng thông cao và cung cấp các lợi ích như độ chính xác của pixel, nhưng thường yêu cầu cáp và đầu nối đắt tiền hơn. Công nghệ liên kết tương tự độ nét cao mang đến sự dung hòa giữa hai giải pháp nói trên— cung cấp video độ nét cao qua cáp và đầu nối hiệu quả về chi phí cho giá thành của xe. 

C2B ™ là một trong những công nghệ liên kết tương tự có độ nét cao mang đến cho các OEM ô tô và các nhà cung cấp cấp 1 sự kết hợp hấp dẫn hỗ trợ cho video độ nét cao tuân thủ EMC bằng cách sử dụng cáp và đầu nối tiết kiệm chi phí.

Công nghệ liên kết camera ô tô C2B

C2B là công nghệ truyền video tương tự độ nét cao do Analog Devices đưa ra thị trường.

Được thiết kế ngay từ đầu như một công nghệ liên kết camera ô tô, C2B hỗ trợ truyền video HD từ máy phát sang máy thu với độ phân giải lên đến 2 MPixel (1920 × 1080). C2B được thiết kế để sử dụng công suất băng thông tối đa của cáp và đầu nối UTP thường được sử dụng cho các hệ thống video SD. Kiến trúc bộ cân bằng sáng tạo của C2B cho phép hỗ trợ chiều dài cáp lên đến 30 m mà không cần truyền lại. Để đảm bảo rằng C2B đáp ứng tất cả các yêu cầu của ô tô, nó có một số tính năng tối ưu hóa cho EMC (xây dựng tín hiệu được tối ưu hóa, bộ lọc chống răng cưa, bộ lọc định hình quang phổ) và đạt được lợi ích từ danh tiếng đáng tin cậy của Analog Devices với tư cách là nhà cung cấp thiết bị trong ngành sản xuất ô tô.

C2B là kênh điều khiển có thể xử lý việc truyền tín hiệu I2C ở tốc độ lên đến 400 kHz, tối đa bốn tín hiệu GPIO và tín hiệu ngắt từ mô-đun camera. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho kiến ​​trúc hệ thống không chỉ bao gồm cấu hình cục bộ (đơn vị vi điều khiển (MCU) trong mô-đun camera và MCU trong ECU / HU) mà còn cả cấu hình từ xa (MCU trong ECU / HU cấu hình mô-đun máy ảnh). Bốn GPIO được sử dụng để truyền tín hiệu tĩnh qua liên kết C2B. Hai tín hiệu ngắt được cung cấp cho phép máy phát C2B truyền thông tin trạng thái đến máy thu C2B. C2B áp dụng kiểm tra CRC cho dữ liệu kênh điều khiển và có thể tự động bắt đầu truyền lại nếu xảy rasự cố.

Hình 2. Tổng quan về kiến ​​trúc C2B.

C2B hỗ trợ các tính năng gia tăng giá trị cho khách hàng trong ngành ô tô như chẩn đoán cáp (thu thập thông tin về sự cố xảy ra sự cố chập cáp với pin và chạm đất) và thu thập, tạo, giải mã và truyền số khung hình để cung cấp thông tin chi tiết về tính toàn vẹn của dữ liệu đã truyền. 

Được xác định và thiết kế cho các ứng dụng ngành sản xuất ô tô, C2B sử dụng một số khối để đảm bảo tuân thủ EMC trên cáp UTP và đầu nối không được che chắn với chi phí thấp. Chúng bao gồm loại bỏ tiếng ồn đối với sự không phù hợp khi trở kháng, loại bỏ chế độ chung băng thông rộng (quan trọng khi sử dụng cáp UTP) và định hình phổ của tín hiệu đầu ra để giảm phát thải. C2B được kiểm tra và tuân thủ các tiêu chuẩn EMC cấp thiết bị quốc tế và tiêu chuẩn EMC cấp hệ thống quốc tế (CISPR 25 loại 5 [khí thải], ISO 11452-2 / ISO 11452-4 / ISO 11452-9, ISO 7637-3 [miễn nhiễm] , ISO 10605 [ESD]).

Những tính năng này làm cho C2B trở thành một giải pháp hấp dẫn cho hai ngành sản xuất ô tô: những người vẫn đang sử dụng giải pháp camera SD và đang tìm kiếm con đường nâng cấp rủi ro thấp và những người đã chuyển sang giải pháp camera dựa trên công nghệ liên kết kỹ thuật số và đang tìm kiếm chi phí đường giảm từ công nghệ liên kết tương tự độ nét cao.

Trong đó, không gian ứng dụng C2B mang lại lợi thế về chi phí hệ thống đáng kể so với các công nghệ thay thế bao gồm camera quan sát phía sau, hệ thống camera quan sát xung quanh, gương điện tử và hệ thống giám sát hành khách. Bản chất không mất dữ liệu trực quan đã được xác nhận độc lập của C2B có thể cung cấp hiệu suất độ nét cao tương tự như các công nghệ liên kết kỹ thuật số đồng thời tiết kiệm đáng kể chi phí cấp hệ thống khác.

Hình 3. So sánh các lần chụp khung hình video cho một liên kết kỹ thuật số và với một liên kết C2B.

 Hình 4. So sánh các lần chụp khung hình video cho liên kết kỹ thuật số so với liên kết C2B.

Kết luận

C2B cung cấp cho các nhà sản xuất ô tô một giải pháp công nghệ liên kết hấp dẫn có thể được sử dụng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc nâng cấp giải pháp camera SD hiện có lên HD hoặc để tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển hệ thống sử dụng công nghệ liên kết kỹ thuật số để giảm chi phí hệ thống. Thông tin về công nghệ C2B và các sản phẩm có sẵn trong các ứng dụng ô tô có thể được tìm thấy tại www.analog.com/c2b hoặc bằng cách liên hệ với văn phòng kinh doanh Analog Devices tại địa phương. Bảng đánh giá cho bộ phát C2B (ADV7992) và bộ thu C2B (ADV7382 / ADV7383) có sẵn từ Thiết bị tương tự để đẩy nhanh quá trình điều tra công nghệ và tạo mẫu hệ thống. Trong quá trình tạo mẫu hệ thống, bảng đánh giá bộ phát C2B có thể được sử dụng làm nguồn C2B nếu phát triển bộ thu, trong khi bảng đánh giá bộ thu C2B có thể được sử dụng làm bộ chìm C2B nếu phát triển camera.

Giới thiệu về các tác giả

Joe Triggs là người quản lý ứng dụng của Nhóm Cảm biến và Kết nối ngành sản xuất Ô tô (ACS) trong Đơn vị Kinh doanh Ô tô của Analog Devices. Nhóm ACS hỗ trợ các công nghệ cảm biến trên cabin của C2B, A2B và Analog Devices, chẳng hạn như phát hiện thực hành và thời gian bay. Anh ấy lấy bằng đại học (B.Eng.) Từ Đại học College của Cork vào năm 2002 trước khi tiếp tục hoàn thành bằng M.Eng tại Đại học Limerick vào năm 2004. Anh ấy đã hoàn học Thạc sĩ Kỹ thuật số của mình tại Trường Kinh doanh Kemmy của Đại học Limerick vào năm 2012. Có thể liên hệ với anh ấy tại địa chỉ: joe.triggs@analog.com.

Derek Burke là người quản lý ứng dụng cho Nhóm Sản phẩm Video IPC tại Analog Devices (Limerick, Ireland). Anh gia nhập Analog Devices vào năm 2010 với tư cách là kỹ sư ứng dụng cao cấp, hỗ trợ khách hàng ngành ô tô, thiết kế các sản phẩm video tương tự, kỹ thuật số và APIX. Trước khi gia nhập ADI, anh đã làm việc hai năm với tư cách là kỹ sư ứng dụng nền tảng tại Intel, hỗ trợ các nền tảng truyền thông và có tám năm tại Avocent (Emerson) với tư cách là kỹ sư thiết kế phần cứng, phát triển hệ thống mở rộng KVM. Anh tốt nghiệp Học viện Công nghệ Limerick với bằng kỹ sư điện tử. Có thể liên lạc với anh ấy tại địa chỉ: derek.burke@analog.com.

Liên hệ:

Electronic Components Electronic Components
Hanoi
Arrow Electronics Asia (S) Pte. Ltd.
Belink Office – 9h Floor – Diamond Flower Tower,
Hoang Dao Thuy Street, Thanh Xuan District, Hanoi, Vietnam, 100000
Ho Chi Minh City – 17A, Dang Tran Con Street
Arrow Electronics Asia (S) Pte. Ltd.
3rd Floor, GTL Building, 17A
Dang Tran Con Street Ben Thanh Ward, District 1, HCMC, Vietnam, 700000
P +84 24 7303 3886
F +84 4 3943 7208
E sales.vietnam@arrowasia.com

MAP

P +84 28 3823 4407
F +84 8 3 528 5401
E sales.vietnam@arrowasia.com

MAP

Quảng cáo

Bài viết mới

Share This
IA VIETNAM - Đăng ký nhận tạp chí miễn phí

Điền thông tin của bạn và gửi về cho chúng tôi, IA Vietnam sẽ tư vấn và gửi cho bạn. Cảm ơn bạn đã hợp tác cùng chúng tôi

    X
    NHẬN TẠP CHÍ