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电源模块加速长途自动驾驶卡车运输的发展进程

高性能电源模块驱动肩负重任的“观察”传感器。Vicor 电源模块支持其 12、24 及 48V 电源母线。

作者：Bill Schmitz，Vicor Power Systems 总裁

Kodiak 机器人公司使用电源模块将自动驾驶技术集成到商业车队中

图 1：Kodiak 机器人公司使用电源模块将自动驾驶技术集成到商业车队中。

商业卡车运输是美国经济的支柱，这一点在过去几年里表现得最为明显，因为新冠疫情导致的供应链中断席卷了整个美国。

与此同时，找到愿意开卡车的人越来越难。美国卡车运输协会 (American Trucking Association) 数据显示，美国卡车司机的平均年龄约为 48 岁，长途卡车司机的平均年龄甚至更高，这可能就是去年美国卡车司机短缺 8 万名的原因所在。

自动驾驶商业卡车运输比长途客运车更有优势，因为与在二级公路和城市街道上行驶的许多细微差别相比，高速公路驾驶的问题没那么复杂。

此外，从经济角度来看，卡车运输业可以更好地消化汽车自动驾驶的研发成本。一辆 18 轮卡车的基本价格约为 15 万美元，相比基本价格为 3 万至 6 万美元的乘用车，自动驾驶系统在车辆成本中所占的比例相对较小。自动驾驶系统的成本在一辆行驶里程在 100 万至 200 万英里的卡车上更容易摊销。

图 2：Kodiak 机器人公司的长途卡车运输自动驾驶技术 kodiakDriver 包含一个名为 SensorPods™ 的模块化硬件系统，该系统集成了使用卡车传统后视镜安装点“观察”其周围环境所需的大多数传感器。

Kodiak 机器人公司旨在为长途卡车运输实现无人驾驶

在这种背景下，Kodiak 机器人公司于 2018 年成立，业务重点是为长途环境开发可集成到运输公司车队中的自动驾驶技术。Kodiak 自动驾驶解决方案 kodiakDriver 包含一套名为 SensorPods™ 的模块化硬件系统，该系统集成了使用卡车传统后视镜安装点“观察”其周围环境所需的大多数传感器。Pods 的模块化设计允许在几分钟内对其进行开关，可最大限度延长车队的正常运行时间，无需专业培训的技术人员安装设备并重新校准传感器网络。

Kodiak 的发展很快。自 2019 年在德克萨斯州达拉斯市南部启动运营中心以来，Kodiak 一直专注于开发一种安全的，能够应对严苛长途环境的系统。仅在今年，Kodiak 就通过 kodiakDriver 的不间断运行完成了一些货运巨头的试点项目，其中包括从达拉斯到亚特兰大的 4 次不间断往返。自 2022 年 8 月以来，Kodiak 一直在德克萨斯州为家居用品零售商宜家做自动驾驶货运服务试点，每周七天在贝敦的配送中心和旧金山的宜家商店之间不间断运营。

“Kodiak 团队代表了自动驾驶汽车行业那些经验最丰富的人，”该公司创始人、首席执行官 Don Burnette 表示，“这帮助我们绕过行业起步时通常使用的试错方法，采取了最直接的成功路径。”

图 3：Kodiak 使用一种独特的稀疏映射方法，其中包含足够多的高速路信息，可实现自动驾驶。综合传感器融合系统 Kodiak Vision 对这些地图进行补充，如果卡车驶入令摄像头饱和的直射阳光下，激光雷达及雷达将进行补充。

让 Kodiak 脱颖而出的技术之一是该公司独特的稀疏映射方法。Kodiak 的稀疏地图不仅包含足够多的高速路信息，可实现自动驾驶，同时还允许卡车对不断变化的环境快速做出响应。该地图由 Kodiak Vision 补充，这是一款全面的传感器融合系统。Kodiak Vision 并非依靠单个传感器模式，而是根据环境进行调整。例如，如果卡车驶入会使摄像头饱和的阳光直射地区，则依靠激光雷达和雷达导航。

Vicor 电源解决方案超越了对传感器基本的和严苛的要求

针对自动驾驶卡车运输环境中的电源系统设计，Kodiak 很快就确定了三个毋庸妥协方面：可靠性、效率以及执行系统内健康监控的功能。

这些需求便是吸引 Kodiak 与 Vicor 公司的定制设计子公司 Vicor Power Systems (VPS) 合作的原因。该子公司利用 Vicor 的电源模块设计高密度、高性能的电源系统，充分满足自动驾驶汽车系统的应用需求。Kodiak 电源系统使用几款 Vicor 电源模块来满足其需要 12、24 及 48V 电源母线的传感器需求。这些模块包括 Vicor NBM6123、BCM6123、PRM™ 和 VTM™ 等。所有电源模块都是 Vicor SM ChiP™（转换器级封装）生产线的一部分，可采用极小的封装提供高效率的可靠电源转换。

效率是另一项重要指标。在自动驾驶卡车运输系统中，热效率至关重要，Vicor 通过其电源模块的平面封装解决了这一问题。电源系统产生的热量越少，Kodiak 在驾驶室外需要排出的废气就越少。

图 4：Kodiak 目前使用几款 Vicor 电源模块来满足其需要 12、24 和 48V 电源母线的传感器需求。这些模块包括 Vicor BCM6123、PRM 和 VTM 等。

Vicor 还提供设计支持，以实现系统中每个组件的可控输出，通过监控所有 Kodiak 传感器上的电压和电流来优化组件的健康状况。Kodiak Vision 平台包含四条基本母线，必须指向特定的传感器、执行器和处理器。每组输出均可通过专用 CAN 母线监控并进行单独控制。

“如果看看电源，你会发现至少三分之一是控制元件 — FET、微处理器和接口。这是设计的重要组成部分，”Vicor 子公司 VPS 总裁 Bill Schmitz 指出，“归根结底就是了解哪些模块最适合分布式电源，然后如何控制每组输出。”

此外，当卡车入库充电时，Vicor 还可为 48V 系统提供电池充电。AC 岸电系统可在发动机不运行时维持电池电量水平，从而允许维修技术人员和工程师在室内用车。Kodiak 能够通过在卡车上使用 Vicor 48V 系统，减少布线量，从而可减轻重量、节省空间并支持车辆的大功率应用。

“在最大限度提高效率和可靠性时，选择合适的电源转换方式非常重要，”Schmitz 讲道，“随着时间的推移，Vicor 能将电源转换为最高效、最可靠的方法。

彻底改变商业运输及卡车司机的未来

一般来说，商业运输只有在出现问题时才会登上头条新闻。即使商业运输未得到充分重视，但它却是全球经济稳定不可或缺的因素。如今，Kodiak 已整装待发，随时准备通过自动驾驶运输来彻底改变该产业，使卡车运输更加可靠、高效。

对于一个直到最近还鲜为人知的行业来说，这将是一个模式的转变。同样重要的是，它将为卡车司机带来更安全的工作环境以及更高品质的生活，有助于缓解目前司机短缺的问题。Kodiak 把美好的愿景变成了现实。曾经只是科幻小说中的幻境，可能很快就在您所在城市成为现实。

本文最初由 Power Systems Design 发表。

1995 年以来，Bill Schmitz 一直担任 Vicor Power Systems 的总裁。他与客户密切合作，负责定制电源方案的设计、测试和制造。在此之前，Bill 曾是一名支持工程/设计工程师，主要设计分立式定制电源。Bill 毕业于贡萨加大学 (Gonzaga University)，获电气工程学士学位，业余时间他喜欢木工、汽车以及在太平洋西北地区参加户外活动。