汽車ADC如何幫助設(shè)計人員在ADAS中實現(xiàn)功能安全

盡管當(dāng)今的車輛在多種駕駛場景中實現(xiàn)了自動化，但背后真正推動汽車從部分自動駕駛實現(xiàn)全自動駕駛的不是汽車制造商，而是移動服務(wù)提供商，例如出租車公司、汽車租賃公司、送貨服務(wù)公司以及需要提供安全、高效、方便且經(jīng)濟(jì)實用的公共和私人交通工具的城市。

在完全自主的自動駕駛汽車駛上公共道路之前，它必須經(jīng)歷六個不同的自動化等級，即從0級（無自動化）到5級（完全自動化），如圖1所示。自動化等級每提升一級，都需要對高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 技術(shù)進(jìn)行大幅改進(jìn)，并實現(xiàn)對所有安全關(guān)鍵型功能的適當(dāng)管理。

圖1 自動駕駛等級

自動駕駛汽車使用多項傳感器技術(shù)，包括攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)。根據(jù)不同的環(huán)境條件和距離，這些傳感器各有優(yōu)缺點。傳感器融合箱會分析這些傳感器信號以及來自GPS和車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，用于創(chuàng)建精確的三維環(huán)境測繪圖并發(fā)送適當(dāng)?shù)膭幼餍盘?。圖2是此類自主系統(tǒng)的方框圖。

圖2 自動駕駛系統(tǒng)

隨著車輛自動化水平越來越高，硬件和軟件子系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，為了避免駕駛員、乘客和行人面臨危險情況，這些子系統(tǒng)的功能安全變得至關(guān)重要。這些子系統(tǒng)需要滿足超高級別的功能安全標(biāo)準(zhǔn)，因為任何故障都可能是致命的。根據(jù)由ISO 26262劃分的自動化等級，道路車輛的功能安全需符合最高ASIL-D級的汽車安全完整性等級 (ASIL)。

為了達(dá)到高水平的ASIL功能安全要求，這些子系統(tǒng)需要通過使用適當(dāng)?shù)脑\斷監(jiān)控機制和并行冗余電路來顯著降低故障率并提高故障檢測的覆蓋率。它們需要測量和識別與不同電源軌相關(guān)的潛在故障，檢測不同電源的電壓或電流消耗是否有任何異常以及系統(tǒng)溫度是否有任何波動。診斷出這些故障后，需及時采取適當(dāng)?shù)拇胧?。圖3顯示了實現(xiàn)此功能的概念方框圖。

圖3 電源軌和溫度診斷監(jiān)控系統(tǒng)

有一種使用獨立模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 進(jìn)行診斷監(jiān)控的更簡便方法越來越普及。功能安全目標(biāo)可能因安全關(guān)鍵性和實施情況而異。此外，每個工程或平臺的通道數(shù)量可能會有所不同，因為測量數(shù)量可能因工程和平臺而異。

為促進(jìn)實現(xiàn)這種診斷監(jiān)控功能，德州儀器 (TI) 開發(fā)了ADS7038-Q1和ADS7142-Q1。ADS7038-Q1是一款超小型（3mmx 3mm）、8通道、12位、符合汽車電子委員會 (AEC)-Q100 1級標(biāo)準(zhǔn)的ADC，具有集成的通用輸入輸出引腳(GPIO)、可編程故障檢測比較器、模擬看門狗和針對數(shù)據(jù)讀取/寫入操作和上電配置的8位循環(huán)冗余校驗碼。ADS7142-Q1是一款超小型（2mmx3mm）、雙通道、12位、符合AEC-Q100 1級標(biāo)準(zhǔn)的ADC，具有可編程故障檢測比較器。圖4顯示了ADS7038-Q1的方框圖，圖5顯示了ADS7142-Q1的方框圖。

圖4 ADS7038-Q1簡化方框圖

圖5 ADS7142-Q1簡化方框圖

隨著車輛的自動化水平不斷提高，一級供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商越來越需要上述提供診斷監(jiān)控的ADC，用于實現(xiàn)其功能安全目標(biāo)。