Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores (área de especialização em Sistemas Embebidos e Computadores)There is an expected increase in the demand for Advanced Driver-Assistance Systems (ADAS) over the next
decade, incited by regulatory and consumer interest in safety applications that protect drivers and reduce
accidents [1]. Even though ADAS applications are still beginning, both the OEMs and their suppliers are
realizing that they could become one of the essential characteristics differentiating the various automotive
brands, consequently, one of their most important revenue sources. Furthermore, the technologies used
in ADAS could be used in the future to create fully autonomous vehicles, which are now becoming a major
focus of research and development.
There are three main sensor solutions used in ADAS. Firstly, there are optical sensors and camera
based-solutions. These are the most versatile and cost-efficient solutions. However, they are easily affected
by poor weather and other environmental hazards. Furthermore, they require complex software algorithms
to recognize objects [1]. The second solution incorporates short and long range Radars for determining the
distance, speed, and direction of objects. These sensors work better than the others in adverse weather
conditions. Nonetheless there is typically a compromise between the measurement range and angle [1].
The last type of solution involves using LiDAR systems, which use laser pulses to scan the surroundings
and generate a complete and precise three-dimensional image of the environment. The LiDAR is less
sensitive to light and weather conditions than optical systems and provides the location of the surrounding
objects directly. Due to the ever-growing use of ADAS, there is a need to develop a more advanced LiDAR
sensor. To answer that need and to overcome some of the limitations of the current LiDAR sensors, the
Chassis Systems Control of the Bosch Group is developing an automotive LiDAR, and the current Master’s
thesis is integrated in the project.
In this Master’s thesis, an Acquisition System for Bosch’s LiDAR sensor was developed. For measuring
the Time-of-Flight of the laser pulses of the LiDAR, to do so multiple TDC Peripherals were developed in an
FPGA platform. The measurement precision of the developed Acquisition System varies between 232.17
ps and 188.66 ps, with an average precision of 207.47 ps.É expectável que nas próximas décadas exista um aumento na procura das ADAS, potenciado pelos interesses
dos reguladores e dos consumidores em aplicações que protejam o condutor e reduzam o número
de acidentes. Tanto os OEMs, como os seus fornecedores aperceberam-se que, apesar das ADAS ainda
estarem numa fase inicial, podem-se tornar uma característica diferenciadora entre as diversas marcas
de automóveis, e por isso, uma das suas principais fontes de rendimento. Além disso, as tecnologias
usadas nas ADAS poderão vir a ser utilizadas para criar veículos autónomos, os quais se estão a revelar
como um dos principais focos da pesquisa e desenvolvimento.
Existem três principais soluções de sensores usadas nas ADAS. Primeiro, existem as soluções baseadas
em sensores óticos, que são as soluções mais versáteis e económicas. No entanto, este tipo de soluções
é facilmente afetado pelo mau tempo e outros fatores ambientais. Para além do facto de necessitarem
o uso de algoritmos complexos para reconhecerem objectos. A segunda solução incorpora o uso de
RADARs de longo e curto alcance, com o objetivo de determinar a distância, velocidade e direção dos
objetos. Estes sensores são pouco afetados por condições meteorológicas adversas. Porém, existe um
compromisso entre o alcance e o ângulo de medição do sensor.
A última solução envolve o uso de sistemas de LiDAR. Estes sistemas usam pulsos de laser para
examinar meio-envolvente, de modo a gerar uma imagem tridimensional completa do mesmo. O LiDAR
é menos sensível à luz e às condições meteorológicas e consegue fornecer diretamente a localização dos
objetos à sua volta. Devido à crescente utilização das ADAS, existe a necessidade de desenvolver sensores
LiDAR mais avançados. Para suprir essa necessidade e para ultrapassar algumas das limitações dos
sensores atuais, a divisão Chassis Systems Control, do grupo Bosch, está atualmente a desenvolver uma
solução de um sensor LiDAR para a indústria automóvel, projeto onde se insere esta dissertação.
Nesta dissertação foi desenvolvido um Sistema de Aquisição para o sensor LiDAR. Este sistema mede
o TOF dos pulsos de laser usado pelo LiDAR. Para isso, vários periféricos de TDC foram desenvolvidos
numa FPGA. A precisão de medição do sistema varia entre os 232.17 ps e os 188.66 ps, com um valor
médio de 207.47 ps.This work is supported by European Structural and Investment Funds in the FEDER component,
through the Operational Competitiveness and Internationalization Programme (COMPETE 2020) [Project
nº 037902; Funding Reference: POCI-01-0247-FEDER-037902]
