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電源模組加速長途自動駕駛卡車運輸的發展行程

高效能電源模組驅動肩負重任的“觀察”感測器。Vicor 電源模組支持其 12、24 及 48V 電源母線。

作者：Bill Schmitz，Vicor Power Systems 總裁

Kodiak 機器人公司使用電源模組將自動駕駛技術集成到商業車隊中

圖 1:Kodiak 機器人公司使用電源模組將自動駕駛技術集成到商業車隊中。

商業卡車運輸是美國經濟的支柱，這一點在過去幾年裏表現得最為明顯，因為新冠疫情導致的供應鏈中斷席捲了整個美國。

與此同時，找到願意開卡車的人越來越難。美國卡車運輸協會（American Trucking Association）資料顯示，美國卡車司機的平均年齡約為 48 歲，長途卡車司機的平均年齡甚至更高，這可能就是去年美國卡車司機短缺 8 萬名的原因所在。

自動駕駛商業卡車運輸比長途客運車更有優勢，因為與在二級公路和都市街道上行駛的許多細微差別相比，高速公路駕駛的問題沒那麼複雜。

此外，從經濟角度來看，卡車運輸業可以更好地消化汽車自動駕駛的研發成本。一輛 18 輪卡車的基本價格約為 15 萬美元，相比基本價格為 3 萬至 6 萬美元的乘用車，自動駕駛系統在車輛成本中所占的比例相對較小。自動駕駛系統的成本在一輛行駛里程在 100 萬至 200 萬英裏的卡車上更容易攤銷。

圖 2:Kodiak 機器人公司的長途卡車運輸自動駕駛技術 kodiakDriver 包含一個名為 SensorPods™ 的模組化硬體系統，該系統集成了使用卡車傳統後視鏡安裝點“觀察”其周圍環境所需的大多數感測器。

Kodiak 機器人公司旨在為長途卡車運輸實現無人駕駛

在這種背景下，Kodiak 機器人公司於 2018 年成立，業務重點是為長途環境開發可集成到運輸公司車隊中的自動駕駛技術。Kodiak 自動駕駛解決方案 kodiakDriver 包含一套名為 SensorPods™ 的模組化硬體系統，該系統集成了使用卡車傳統後視鏡安裝點“觀察”其周圍環境所需的大多數感測器。Pods 的模組化設計允許在幾分鐘內對其進行開關，可最大限度延長車隊的正常運行時間，無需專業培訓的技術人員安裝設備並重新校準感測器網路。

Kodiak 的發展很快。自 2019 年在德克薩斯州達拉斯市南部啟動運營中心以來，Kodiak 一直專注於開發一種安全的，能够應對嚴苛長途環境的系統。僅在今年，Kodiak 就通過 kodiakDriver 的不間斷運行完成了一些貨運巨頭的試點項目，其中包括從達拉斯到亞特蘭大的 4 次不間斷往返。自 2022 年 8 月以來，Kodiak 一直在德克薩斯州為家居用品零售商宜家做自動駕駛貨運服務試點，每週七天在貝敦的配送中心和舊金山的宜家商店之間不間斷運營。

“Kodiak 團隊代表了自動駕駛汽車行業那些經驗最豐富的人，”該公司創始人、首席執行官 Don Burnette 表示，“這幫助我們繞過行業起步時通常使用的試錯方法，採取了最直接的成功路徑。”

圖 3:Kodiak 使用一種獨特的稀疏映射方法，其中包含足够多的高速路資訊，可實現自動駕駛。綜合感測器融合系統 Kodiak Vision 對這些地圖進行補充，如果卡車駛入令監視器飽和的直射陽光下，雷射雷達及雷達將進行補充。

讓 Kodiak 脫穎而出的技術之一是該公司獨特的稀疏映射方法。Kodiak 的稀疏地圖不僅包含足够多的高速路資訊，可實現自動駕駛，同時還允許卡車對不斷變化的環境快速做出響應。該地圖由 Kodiak Vision 補充，這是一款全面的感測器融合系統。 Kodiak Vision 並非依靠單個感測器模式，而是根據環境進行調整。例如，如果卡車駛入會使監視器飽和的陽光直射地區，則依靠雷射雷達和雷達導航。

Vicor 電源解決方案超越了對感測器基本的和嚴苛的要求

針對自動駕駛卡車運輸環境中的電源系統設計，Kodiak 很快就確定了三個毋庸妥協方面：可靠性、效率以及執行系統內健康監控的功能。

這些需求便是吸引 Kodiak 與 Vicor 公司的定制設計子公司 Vicor Power Systems（VPS）合作的原因。該子公司利用 Vicor 的電源模組設計高密度、高效能的電源系統，充分滿足自動駕駛汽車系統的應用需求。Kodiak 電源系統使用幾款Vicor電源模組來滿足其需要12、24 及 48V 電源母線的感測器需求。這些模組包括 Vicor NBM6123、BCM6123、PRM™ 和 VTM™ 等。所有電源模組都是 Vicor SM ChiP™ （轉換器級封裝）生產線的一部分，可採用極小的封裝提供高效率的可靠電源轉換。

效率是另一項重要名額。在自動駕駛卡車運輸系統中，熱效率至關重要，Vicor 通過其電源模組的平面封裝解决了這一問題。電源系統產生的熱量越少，Kodiak 在駕駛室外需要排出的廢氣就越少。

圖 4:Kodiak 目前使用幾款 Vicor 電源模組來滿足其需要 12、24 和 48V 電源母線的感測器需求。這些模組包括 Vicor BCM6123、PRM 和 VTM 等。

Vicor 還提供設計支持，以實現系統中每個組件的可控輸出，通過監控所有 Kodiak 感測器上的電壓和電流來優化組件的健康狀況。Kodiak Vision 平臺包含四條基本母線，必須指向特定的感測器、執行器和處理器。每組輸出均可通過專用 CAN 母線監控並進行單獨控制。

“如果看看電源，你會發現至少三分之一是控制元件—FET、微處理器和介面。這是設計的重要組成部分，”Vicor 子公司 VPS 總裁 Bill Schmitz 指出，“歸根結底就是瞭解哪些模組最適合分佈式電源，然後如何控制每組輸出。”

此外，當卡車入庫充電時，Vicor 還可為 48V 系統提供電池充電。AC 岸電系統可在發動機不運行時維持電池電量水准，從而允許維修技術人員和工程師在室內用車。Kodiak 能够通過在卡車上使用 Vicor 48V 系統，减少佈線量，從而可減輕重量、節省空間並支持車輛的大功率應用。

“在最大限度提高效率和可靠性時，選擇合適的電源轉換管道非常重要，”Schmitz 講道，“隨著時間的推移，Vicor 能將電源轉換為最高效、最可靠的方法。

徹底改變商業運輸及卡車司機的未來

一般來說，商業運輸只有在出現問題時才會登上頭條新聞。即使商業運輸未得到充分重視，但它卻是全球經濟穩定不可或缺的因素。如今，Kodiak 已整裝待發，隨時準備通過自動駕駛運輸來徹底改變該產業，使卡車運輸更加可靠、高效。

對於一個直到最近還鮮為人知的行業來說，這將是一個模式的轉變。同樣重要的是，它將為卡車司機帶來更安全的工作環境以及更高品質的生活，有助於緩解現時司機短缺的問題。Kodiak 把美好的願景變成了現實。曾經只是科幻小說中的幻境，可能很快就在您所在都市成為現實。

本文最初由 Power Systems Design 發表。

1995 年以來，Bill Schmitz 一直擔任 Vicor Power Systems 的總裁。他與客戶密切合作，負責定制電源方案的設計、測試和製造。在此之前，Bill 曾是一名支持工程/設計工程師，主要設計分立式定制電源。Bill 畢業於貢薩加大學（Gonzaga University），獲電氣工程學士學位，業餘時間他喜歡木工、汽車以及在太平洋西北地方參加戶外活動。