Ahli ADAS mempertimbangkan integrasi sensor di kendaraan masa depan

Mungkin tidak akan pernah ada satu cara yang paling efektif untuk menerapkan teknologi penginderaan untuk sistem penggerak berbantuan (ADAS) dan kendaraan otonom (AV). Angka ajaibnya mungkin enam — seperti dalam enam pertimbangan mendasar yang akan diputuskan oleh setiap pembuat mobil dengan caranya sendiri, yang akan mengarahkan masing-masing untuk menciptakan pendekatan uniknya sendiri untuk mengintegrasikan sensor di kendaraan masa depan. Pada sesi penutupan konferensi virtual AutoSens Brussels 2020, panel pakar memperdebatkan perpaduan sensor yang tepat dan cara memastikan desain tidak pernah membahayakan keselamatan — dan sebaliknya.

Panelisnya adalah Patrick Denny, pakar senior untuk sistem penglihatan dan sistem bantuan pengemudi tingkat lanjut di pemasok tertanam otomotif Valeo; Paul-Henri Matha, pemimpin teknis di Volvo Car Corp.; Robert Stead, direktur pelaksana di Sense Media Group; dan Carsten Astheimer, direktur firma desain Astheimer Ltd. EE Times Europe juga menghubungi Pierrick Boulay, analis teknologi dan pasar di Yole Développement (Lyon, Prancis), untuk wawasan Yole tentang adopsi dan penggunaan berbagai jenis sensor dalam sistem otomotif.

Menetapkan nomor dengan benar

Semakin banyak sensor dikerahkan di seluruh kendaraan untuk mengatasi masalah keselamatan secara proaktif. Berapa banyak sensor yang kita miliki di mobil hari ini, dan berapa banyak yang kita butuhkan untuk maju ke tingkat otonomi lebih lanjut? “Jika kami memperhitungkan sensor untuk ADAS — ultrasonik, radar, kamera untuk penginderaan, kamera untuk melihat, dan LiDAR — kami memperkirakan bahwa kendaraan memiliki antara 10 dan 20 sensor, tergantung pada jenis kendaraannya,” kata Boulay dari Yole kepada EE Times. . Secara alami, kendaraan kelas atas menyematkan lebih banyak sensor daripada kendaraan kelas bawah atau kendaraan dengan performa dan fitur yang sedang.

Sensor akan menjadi sangat penting untuk membuka kunci tingkat otomatisasi tinggi, dan jumlah serta jenis sensor diperkirakan akan meningkat. “Kami berharap 35 hingga 40 sensor akan diimplementasikan untuk tingkat otomatisasi ini,” kata Boulay. “Sensor akan lebih spesifik karena kita akan melihat sensor untuk aplikasi jarak pendek, menengah, dan panjang. Satu sensor tidak akan dapat mencakup semua aplikasi. Setiap aplikasi atau kasus penggunaan akan memiliki spesifikasi dan persyaratan dalam hal sensor.”

Meningkatnya jumlah sensor hanyalah puncak gunung es. Sensor menghasilkan satu ton data, dan sistem sangat dibatasi oleh kekuatan pemrosesan. Ke depan, memiliki daya komputasi yang cukup untuk memproses semua data yang dihasilkan oleh sensor ini akan menjadi fitur utama, kata Boulay. “Sementara sistem ADAS tipikal yang menggunakan chip Intel-Mobileye melakukan lompatan antara 0,25 TOPS [10× kinerja laptop kelas atas] dan 2,5 TOPS untuk chip EyeQ4 baru, mobil robot sudah melampaui 250 TOPS,” katanya. Pada akhirnya, “arsitektur E/E [listrik/elektronik] kendaraan perlu diubah dari arsitektur terdistribusi ke arsitektur terpusat dengan pengontrol domain, yang mampu mengelola perpaduan data mentah yang berasal dari sensor”.

Jadi semakin banyak sensor, semakin meriah? “Beberapa orang mungkin berpikir demikian, tetapi jumlah sensor di mobil tidak akan meningkat tanpa batas, karena alasan biaya atau integrasi,” kata Boulay, yang memperkirakan jumlah sensor untuk otomatisasi akan meningkat di beberapa titik. “Perbedaan utama akan terletak pada tingkat perangkat lunak dan kapasitas perusahaan untuk memproses sejumlah besar data secara efisien. Beberapa OEM, seperti Tesla, masih belum menggunakan LiDAR dan bertaruh pada kombinasi sensor dan komputasi AI untuk mencapai tingkat otomatisasi yang tinggi.”

Secara obyektif, “beberapa OEM akan bekerja lebih baik daripada yang lain dengan sensor yang lebih sedikit, dan perbedaannya akan berada pada tingkat perangkat lunak dan komputasi,” tambahnya.

Mengoptimalkan campuran

Sebuah kendaraan mungkin melaju di bawah langit biru yang besar pada suatu saat dan melalui pancuran hujan pada saat berikutnya. Sensor harus selalu tersedia untuk mengukur dan memantau variabel. Cara yang efisien untuk meningkatkan ketersediaan adalah dengan menerapkan sensor yang berlebihan untuk mengkompensasi kemungkinan kegagalan. “Harus ada lebih dari satu cara memandang lingkungan,” kata Denny dari Valeo saat sesi panel. “Saat Anda berada dalam kegelapan total atau kondisi cuaca buruk, Anda memerlukan berbagai modalitas dan fungsi untuk bekerja sama.”

Sensor membantu dalam situasi di mana penglihatan manusia berada pada posisi yang kurang menguntungkan, dan keragaman sensor inilah yang membuat mobil dapat diandalkan dalam segala cuaca dan kondisi cahaya. “Kamera bagus di siang hari,” kata Boulay, sedangkan pada malam hari atau dalam kabut atau hujan, “sensor lain tidak akan 'buta' [seperti kamera], dan kendaraan tetap bisa bergerak, meski dalam mode terdegradasi.”

Memastikan penempatan yang tepat

Sama seperti indera manusia, sensor harus diposisikan secara strategis untuk memberi umpan balik informasi di sekitar mobil secara terus menerus. Tetapi ada batasan teknis di mana sensor dapat ditempatkan. Pengembunan di lampu depan, misalnya, dapat mencegah LiDAR bekerja. Di salju atau cuaca dingin, embun beku dapat menyebabkan kerusakan sensor. Sensor inframerah tidak dapat melihat menembus kaca dan tidak dapat diletakkan di belakang kaca depan. Demikian pula, mengecat sensor ultrasonik dapat mengubah sifat akustiknya, kata Denny.

Konsumsi daya sensor juga merupakan tantangan utama, kata Matha dari Volvo. “Setiap sensor mengkonsumsi antara 1 dan 10 W. Jika Anda menambahkan semua sensor untuk fungsi ADAS, Anda dapat mencapai 100 atau 200 W, dan hingga 4 g CO₂ . Kita harus mengurangi konsumsi daya. [Misalnya], mungkin fungsi sensor tidak akan selalu aktif.”

Manajemen termal adalah kendala lain yang perlu dipertimbangkan. Di balik kaca depan, suhu bisa mencapai 90°C, dan sensor yang sesuai mungkin tidak tersedia, kata Matha. “Jika Anda meletakkannya di area lain, di lampu depan, misalnya, kami memiliki beberapa sistem pendingin, tetapi rumit dan mahal.”

Simulasi dan tes mengemudi dapat membantu menentukan posisi terbaik untuk sebuah sensor, kata panelis.

Di atas segalanya, kata Boulay Yole, “posisi sensor terkait erat dengan kasus penggunaan yang ditargetkan oleh OEM. Dari apa yang kita lihat saat ini pada kendaraan yang menerapkan LiDAR untuk mengemudi otomatis di jalan raya, LiDAR berada di posisi sentral, hampir sejajar dengan kamera ADAS dan radar jarak jauh. Untuk kasus penggunaan lain, seperti parkir atau mengemudi di kota, posisi unit LiDAR ini akan berbeda dan diharapkan berada di samping atau di sudut kendaraan.”

Mengintegrasikan secara estetis

Mobil Volvo saat ini mengintegrasikan 20 jenis sensor, kata Matha. Banyak dari mereka benar-benar tersembunyi. Pada Volvo XC90, misalnya, kamera parkir depan berada di kisi-kisi, sedangkan kamera samping diposisikan di setiap kaca spion dan kamera menghadap ke belakang dipasang di atas plat nomor. “Kami dapat mengintegrasikan sensor dan membuatnya terlihat cantik,” kata Matha.

Kamera depan di Volvo XC90 (Sumber:Volvo)

Tetapi apakah kita perlu menyembunyikan sensor? Tidak bisakah itu menjadi fitur?

Bagi Astheimer, jika mobil adalah produk yang cerdas, seharusnya terlihat seperti itu, dan "semuanya tidak boleh disembunyikan." Sensor cukup kecil untuk sepenuhnya terintegrasi dan hampir tidak terlihat sekarang. Namun, saat kita mendekati otonomi penuh, dengan mobil yang mengemudi sendiri, beberapa sensor "harus sangat menonjol." LiDAR 360° harus memiliki visibilitas penuh, dan posisinya tidak dapat dikompromi.

Lebih penting lagi, Astheimer menyoroti perlunya desainer dan insinyur bekerja sama untuk membuat sensor sesuai dengan identitas kendaraan. Deliver-E, prototipe kendaraan pengiriman listrik yang dikembangkan bersama oleh Warwick Manufacturing Group (WMG), Universitas Warwick, dan Astheimer, mengintegrasikan kamera di sisi kendaraan dan menempatkan LiDAR secara mencolok di bagian belakang mobil.

Ditanya tentang relevansi sensor pemusatan dalam pod eksternal, Boulay mengutip Smart Corner Magneti Marelli, yang dapat mengakomodasi sensor seperti LiDAR, radar, kamera, dan ultrasonik, serta fitur pencahayaan berbasis LED seperti sinar adaptif dan pemrosesan cahaya digital. “Akan lebih mudah bagi OEM untuk mengintegrasikan pod ini selama proses manufaktur, tetapi jika terjadi kecelakaan, biaya untuk memperbaiki atau mengganti pod ini untuk asuransi atau konsumen akan sangat tinggi,” katanya. “Keseimbangan harus ditemukan antara integrasi, reparabilitas, dan biaya.”

Mengurangi beban kognitif yang berlebihan

Human-machine interface (HMI) tidak hanya menjembatani pengemudi dan mobil, tetapi juga menghubungkan pengemudi dengan dunia luar. Risikonya adalah pengemudi terganggu oleh semua fungsi dan kehilangan informasi penting tentang mengemudi.

Truk pengiriman listrik Zero dari Volta Trucks (Sumber:Volta Trucks)

Terlibat dalam desain truk pengiriman listrik Zero Trucks Volta, Astheimer menyadari pentingnya meningkatkan kewaspadaan pengemudi. “Di London, meskipun kendaraan perjalanan berat menyumbang kurang dari 4% dari keseluruhan lalu lintas, mereka bertanggung jawab atas lebih dari 50% kematian pengguna jalan yang rentan, yaitu pejalan kaki dan pengendara sepeda,” katanya. Ada dua alasan utama untuk itu:kurangnya visibilitas langsung dan kelebihan kognitif.

“Kelebihan kognitif adalah masalah besar,” kata Astheimer. “Kami perlu memastikan sistem ECU [unit kontrol elektronik] dan CAN [jaringan area pengontrol] dapat membaca sinyal yang tepat dan menampilkan informasi dengan cara yang paling jelas dan sesederhana mungkin, baik itu sentuhan, audio, atau visual.”

Menjadikan keamanan menjadi keren

Merujuk pada komentar panel pada Konferensi AutoSens sebelumnya, Stead bertanya kepada panelis apakah “membuat keselamatan menjadi keren” adalah kunci untuk menjual mobil terkoneksi.

“Kami melakukan bisnis dengan aman,” kata Matha. “Pelanggan kami menginginkan keamanan, dan kami hanya dapat melakukan keamanan dengan sensor. Jadi kita perlu membuat mobil cantik dengan sensor.”

Ada dimensi lain yang perlu dipertimbangkan. Pengguna perlu memahami tingkat kecerdasan mobilnya sendiri untuk menjaga kewaspadaannya terhadap pengguna jalan dan sekitarnya. “Dengan membuat produk lebih aman dan lebih aman, Anda menjauhkan pengemudi dari apa yang dilakukan kendaraan,” kata Astheimer. “Dalam menambahkan tingkat otonomi ke kendaraan, Anda membantu pengemudi dengan hal-hal sederhana, tetapi Anda membuat hal-hal sulit menjadi lebih sulit untuk dilakukan. Pengemudi tidak lagi memperhatikan karena kendaraan semakin banyak.”

Sangat penting bahwa sensor, dan umpan balik darinya, membantu pengemudi mempertahankan kesadaran tentang apa yang terjadi "bukan hanya mengurungnya dari dunia luar", kata Astheimer.

Buku baru, Panduan AspenCore untuk Sensor di Otomotif:Membuat Mobil Melihat dan Berpikir ke Depan , dengan kontribusi dari para pemikir terkemuka di industri keselamatan dan otomotif, mengumumkan kemajuan industri dan mengidentifikasi tantangan komunitas teknik yang tersisa. Sekarang tersedia di toko buku EE Times.

>> Artikel ini awalnya diterbitkan di situs saudara kami, EE Times.

Mengoptimalkan sensor kemiringan/sudut presisi tinggi:Menetapkan kinerja dasar Teknologi waktu penerbangan menjanjikan peningkatan akurasi