KONICA MINOLTA

Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Elektronika pro zvýšení bezpečnosti malých městských elektromobilů

Pro kategorii malých městských elektromobilů s omezeným dojezdem je podstatná pořizovací cena. Tato auta budou pravděpodobně sloužit v rodinách jako druhé malé vozidlo určené pro nákupy, popř. cesty do práce. Pro taková vozidla je stále určující velikost a cena baterií. Pro to, aby baterie mohly být co nejmenší a co nejdostupnější, je nutné minimalizovat hmotnost celého vozidla. Vzhledem k tomu, že karoserie takových elektromobilů je proto ve srovnání s klasickými malými městskými automobily se spalovacím motorem vpředu menší a vylehčená, klesá pasivní bezpečnost řidiče a spolujezdce. Toto relativní snížení pasivní bezpečnosti řidiče a spolujezdce v malých elektromobilech je vhodné kompenzovat elektronikou.

Tento článek stručně popisuje přístup k návrhu této elektroniky v projektu ENIAC-2011-2-304603 IDEAS, který koordinuje česká firma IMA, s. r. o. Partnery v projektu jsou VUT Brno/Ceitec, UTIA AV ČR, v. v. i., spolu s firmami Bitron, ST Microelectronic a Micron z Itálie a dalšími partnery z Polska a Řecka.

Elektronika zajišťující zvýšení pasivní bezpečnosti posádky pracuje se signály z několika kamer a ultrazvukových senzorů. Zpracování těchto signálů (s datovým tokem řádově v gigabitech za sekundu) vyžaduje použití víceprocesorových systémů nebo specializovaných heterogenních architektur kombinujících několikajádrové procesory s heterogenními akcelerátory na jednom čipu. Akcelerátory jsou ve fázi prototypů implementovány v podobě programovatelných obvodů FPGA. Nedílnou součástí všech těchto řešení je nutnost připojení pamětí, které dovolují paralelní vícenásobný zápis a čtení s vysokou datovou rychlostí a spolehlivostí i při extrémních pracovních podmínkách ve vozidle (teplota, otřesy).

V současnosti jsou do malých kompaktních vozidel se spalovacím motorem montovány systémy ABS (Anti-lock Braking System) a ESP (Electronic Stability Program), které mají významný dopad na zmenšení počtu nehod a na bezpečnost osob. Tyto systémy by měly být standardní součástí všech malých městských elektromobilů. Podle výzkumu financovaného německým sdružením pojišťoven je systém ESP v případě kompaktních vozidel se spalovacím motorem schopen zabránit 25 až 35 % všech nehod, které by vedly k vážným zraněním posádky.

Vyspělejší systémy kategorie ADAS (Advanced Driver Assistant System), jako jsou adaptivní tempomat ACC (Adaptive Crui­se Control) a asistent pro nouzové brzdění EBA (Emergency Break Assistant), jsou schopny nebezpečí nehod dále snížit. Optimistické odhady předpokládají, že jen v Itálii počet elektromobilů vzroste z očekávaných 1,5 milionu registrovaných vozidel s elektrickým pohonem v roce 2016 na 2,8 milionu v roce 2020. Tato malá vozidla by přitom měla být potenciálně vybavena pokročilými systémy ADAS.

V současnosti jsou vyvíjeny další systémy pro pokročilou podporu řidiče. Jde o asistent při změně jízdního pruhu (lane change assistant), systém pro varování před kolizí (collision avoidance system), inteligentní přizpůsobení rychlosti (intelligent speed adaptation), kameru pro noční vidění (night vision), systém ochrany chodců (pedestrian protection system), systém pro detekci únavy řidiče (driver drowsiness detection) a asistent nouzového zastavení (emergency stop assistant). Vzdálenější vizí je u všech těchto systémů možnost převzít úlohu řidiče v některých dobře definovaných situa­cích (na dálnici) a v krizových situacích (náhlá mozková nebo srdeční příhoda), které vedou k dočasně plně autonomnímu řízení vozidla.

Příspěvek UTIA k projektu IDEAS

V rámci projektu IDEAS se ÚTIA AV ČR zabývá charakterizací čtyř moderních vývojových desek firmy Xilinx. Jde o karty SP 605, ZC702, ML605 a KC705. Výsledky této charakterizace jsou uvedeny v tab. 1. Parametry karet dokumentují významné rozdíly (až dvacetinásobné) v dostupných datových tocích pro zpracování videa s rozlišením HD v pokročilých systémech ADAS. Podle těchto ověřených parametrů odborníci nyní vybírají nejvhodnější platformu pro další vývoj konkrétních zařízení.

Poděkování

Vývoj je podporován projektem ENIAC-2011-304603 IDEAS spolu s institucionální podporou MŠMT 7H12002, 7H12003, 7H12004.

Jiří Kadlec, UTIA AV ČR v. v. i.(kadlec@utia.cas.cz)

Tab. 1. Přehled karet Xilinx, se kterými UTIA pracuje v projektu IDEAS   

SP605: platforma UTIA EdkDSP

 

1. Procesor, sběrnice

MicroBlaze, sběrnice PLB, 32bitová, 75 MHz

     Podporované operační systémy

1. PetaLinux, bez MMU, TCP-IP, p-threads, file system

2. TCP-IP, XilKernel, p-threads, file system

3. Raw UDP, standalone, file system, Xilinx ISE 14.2

2. Procesor, sběrnice

MicroBlaze, sběrnice AXI-4, 32bitová, 75 MHz

     Podporované operační systémy

1. LwIP, TCP-IP, XilKernel

2. LwIP, raw UDP, standalone

Vývojové nástroje

Xilinx ISE 14.4, Eclipse SDK

Akcelerátor FPGA (UTIA)

EdkDSP FP accelerator, 111 MHz, 850 Mflop

Video

DVI, 1 920 × 1 080 i60, RGB 888

Šířka pásma video DDR

pouze čtení z DDR3, 2,4 Gb/s

ZC702: platforma UTIA EdkDSP

 

Procesor, sběrnice

ARM Cortex-A9, AXI-4, 666 MHz

Podporované operační systémy

1. Ubuntu Linux, MMU, file system

2. Raw UDP, standalone

Vývojové nástroje

Xilinx ISE 14.4, Eclipse SDK

Akcelerátor FPGA (UTIA)

EdkDSP FP accelerators, 150 MHz, 1 Gflop

Video

HDMI 1 920 × 1 080 p60 RGB888 2 streams

Šířka pásma VDMA DDR

čtení z DDR3 9,6 Gb/s a zápis do DDR3 9,6 Gb/s

ML605: platforma UTIA EdkDSP

 

Procesor, sběrnice

MicroBlaze, sběrnice AXI-4, 512bitová, 100 MHz

Podporované operační systémy

1. TCP-IP, XilKernel, p-threads, file system

2. Raw UDP, standalone, file system

Vývojové nástroje

Xilinx ISE 14.4, Eclipse SDK

Akcelerátor FPGA (UTIA)

EdkDSP FP Accelerators, 150 MHz, 2 Gflop

Video

DVI 1 920 × 1 080 p60, RGB888, 4 streams

Šířka pásma VDMA DDR

čtení z DDR3 19,2 Gb/s, zápis do DDR3 19,2 Gb/s

KC 705: platforma UTIA EdkDSP

 

Procesor, sběrnice

MicroBlaze, sběrnice AXI-4, 512bitová, 150 MHz

Podporované operační systémy

1. TCP-IP, XilKernel, p-threads, file system

2. Raw UDP, standalone, file system

Vývojové nástroje

Xilinx ISE 14.4, Eclipse SDK

Akcelerátor FPGA (UTIA)

EdkDSP FP Accelerators, 150 MHz, 3 Gflop

Video

HDMI 1 920 × 1 080 p60, RGB888, 5 streams

Šířka pásma VDMA DDR

čtení z DDR3 24 Gb/s a zápis do DDR3 24 Gb/s

 

Obr. 1. IDEAS: projekt pro bezpečné, dočasně autonomní řízení vozidla (e-driving)