构建ADAS系统需要认真考虑的六个方面

引言

高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 如今已经是现代车辆普遍具有的功能，其中包括用于提高汽车安全性和驾驶性能的大量电子技术，如自适应巡航控制 (ACC)、前向碰撞警告 (FCW)、交通标志检测 (TSD)、车道偏离警告 (LDW)、自动制动系统和电池管理等。这些对汽车安全至关重要的功能已经问世 20多年，对于减少因道路事故而发生的险情、人员伤亡可能性起到很大作用。 ADAS系统中的一类重要元件是霍尔效应和 xMR（磁性）传感器，它们能够实时、准确地测量转速、位置和距离等信息，然后传递给控制系统。例如，基于摄像头的传感器 IC能够从周围环境中捕获与其它车辆和障碍物距离等信息，并依照这些信息控制发动机、变速箱和车轮/制动系统，从而在必要时启动安全措施来保护车辆、其他道路使用者和行人。

汽车行业的最新发展趋势对汽车制造商提出了更高要求，目标是进一步提高汽车安全性和驾驶性能。我们下面将要讨论工程师在汽车设计中配备尖端 ADAS时需要考虑的六个基本要素。

ASIL 合规性

汽车安全完整性等级 (ASIL) 是基于 ISO 26262 标准的风险分类系统，它提供了保证道路车辆功能安全的指南。根据 ISO 26262，功能安全是“不存在由于电气和电子系统故障行为而导致的不合理风险”。 ASIL 系统包含四个级别：A、B、C 和 D，其中A 为最低汽车危险，D 为最高。 ASIL 值是在通过评估参数（例如暴露、严重程度和可控性）对潜在危害进行必要风险分析后得出。例如，尾灯属于 ASIL A 级别，而后视摄像头、刹车灯、雷达巡航控制和视觉 ADAS 属于 ASIL B。同样，发动机管理和主动悬架属于 ASIL C。相比之下，电动助力转向、安全气囊和防抱死制动系统（ABS）等安全关键功能属于 ASIL D，因为它们具有最高的危险等级。

GMR 与霍尔技术

霍尔效应传感器的工作原理为，将半导体器件置于磁场中，通过测量电压的变化将磁编码信息转换为电信号。在汽车中，霍尔效应传感器可以测量距离、位置和速度。例如，与 BiCMOS 处理电路集成的单片霍尔传感器可以测量发动机旋转的时间和方向。由于霍尔效应以恒定电流测量导体周围的磁场强度，因此可以反向测量电池管理等汽车应用中的电流。

巨磁阻（GMR） 与霍尔效应技术相比具有一些优势。 GMR 传感器基于巨磁阻技术，能够以单片集成磁阻传感器元件和 BiCMOS 电路。与霍尔效应 IC 相比，基于 GMR 的传感器 IC 可在较大的气隙应用中（例如变速箱、轮速感测以及发动机控制等）以较低的边缘抖动实现高精度转速测量。它们在性能与更小的磁信号方面可以与霍尔传感器相媲美，但在相似气隙下却有更佳的抖动性能。这些优势与小巧的封装尺寸相结合，使其适用于组件密集型配置。 Allegro MicroSystems（简称 Allegro） 的 A19250 和 A19350 轮速传感器 IC 以及 ATS19480 和 ATS19580 变速箱传感器 采用获得专利的 GMR 技术构建，并具有更强大、更牢固的性能，其感测取向与所要替代的霍尔效应解决方案兼容。

选用最新的 3D 传感器

为了避免在快速发展的汽车行业落伍，设计工程师必须确保所使用的硬件和软件可以在未来进行更新。完全集成的霍尔效应传感器非常适合用于线性位置和绝对旋转感测。Allegro最新提供的解决方案具有片上诊断功能，可帮助改善驾驶员辅助系统和自动驾驶功能，提高车辆驾驶员、乘客和行人的安全性。

Allegro的3DMAG传感器 IC 集成了垂直和平面霍尔效应元件，可检测三个磁场分量（X、Y 和 Z）中的两个。通过使用可配置的信号处理、线性化和角度计算，这些传感器可以准确地解析移动磁性目标的绝对旋转（全 360° 和短行程 <360°）或线性位置。这些完全集成的传感器可提供满足安全关键汽车应用要求所需的测量精度和性能。Allegro这些传感器始终处于创新的前沿，且已通过 ISO 26262 和 AEC 认证，其应用包括动力总成执行器、电子油门、踏板位置和刹车分泵（brake cylinder）位置等。

刹车卡钳与电动刹车

当代汽车和卡车中传统的前轮和四轮盘式制动器都是通过卡钳使用液压将刹车片施加到车轮上。然而，随着车辆变得更加高效，一些机械功能正在转向电气化以减轻重量和排放。电动制动，也称为线控制动，有助于突破现代车辆中传统刹车系统的一些限制。传统液压刹车的一些挑战包括由于摩擦、刹车片磨损和刹车液泄漏而产生的尖锐噪音，车轮未对准也会导致刹车盘故障，从而影响汽车的安全性和驾驶性能。

另一方面，电动刹车器能够最大限度地减少容易发生故障的机械动作。当踩下刹车踏板时，传感器检测其位置并将电子信号传递给控制单元，该控制单元向电磁执行器发送命令，根据施加的压力激活卡钳以减慢或停止运动。 Allegro提供的霍尔效应和 xMR 传感器可用于在电动刹车中进行精确的位置测量，这些产品符合汽车行业标准，满足 ASIL 和 ISO 26262 以及 EMC 要求。

高级转向应用

2012 年，美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 要求汽车制造商在所有新车中集成电子稳定控制系统 （ESC），以提高车辆的安全性，从而降低道路事故风险。ESC通常是车辆 ABS 模块的一部分，并包含用于测量偏航率、横向加速度、车轮速度、方向盘角度和转向扭矩等参数的传感器。霍尔效应和 xMR 传感器 IC 可用作转向角传感器来检测方向盘的方向和速度，然后将信息传递给 ESC 模块，该模块通过高级算法来确定转向是否准确或车辆是否正在错误的方向转向。类似，磁传感器可以用作转向扭矩传感器来测量驾驶员施加在方向盘上力的大小，并且在失去转向控制的情况下，ESC 会向车辆内的电子节流系统发送信号以降低发动机扭矩，直到重新获得车辆的控制。

用于平视显示器的 DC/DC 稳压器和 LED 驱动器

ADAS 子系统可使用稳压器为微控制器、传感器和收发器供电，以实现最佳能效，同时满足 ASIL / ISO 26262 标准。 Allegro 为 12V 和 24V 系统提供范围广泛的宽输入Grade-0 汽车电源管理 IC，输入电压范围为 2.8 ～ 50 V。

LED 照明因其众多优势而成为汽车应用不可或缺的组成部分，这些优势包括低电压运行、高发光效率、紧凑的占位面积、热稳定性和紫外线稳定性以及更长的使用寿命。 LED 非常适合用于平视显示器 （HUD），包括使用 PWM 调光的非常宽调光范围（对比度）。外部 LED 安全照明可以使用多种 LED 配置，包括不同数量的 LED、灯串和 LED 颜色。因此，可能需要包括线性、降压、升压和升降压在内的多种 LED 驱动器拓扑架构， Allegro 的 LED 驱动器 IC 产品组合涵盖所有这些产品。

ADAS能够提高安全性和驾驶性能

当代汽车和卡车的驾驶员辅助功能对汽车制造商提出了越来越高的要求，目标是要提高车辆的易用性、安全性和驾驶性能。此外，ADAS 通过集成用于速度和位置感测以及电压调节的电子元件，能够防止可能导致险情、受伤和道路事故的人为错误。ADAS 设计工程师必须使用一流的组件并确保符合汽车行业标准，作为一家值得信赖的全球汽车应用传感器和稳压器供应商，Allegro致力于为设计工程师提供合乎严苛标准要求的高性能、高安全性、高可靠性解决方案。