汽車廠商在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)上有哪些應(yīng)用解決方案？

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)是一種利用各種傳感器收集車內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)的技術(shù)，它可以實(shí)時(shí)識(shí)別、檢測(cè)和追蹤靜態(tài)和動(dòng)態(tài)物體，使駕駛者能夠在最短的時(shí)間內(nèi)察覺可能發(fā)生的危險(xiǎn)，從而提高駕駛安全性。ADAS主要使用的傳感器包括攝像頭、雷達(dá)、激光和超聲波等，這些傳感器可以探測(cè)光、熱、壓力或其他用于監(jiān)測(cè)汽車狀態(tài)的變量，通常位于車輛的前后保險(xiǎn)杠、側(cè)視鏡、駕駛桿內(nèi)部或擋風(fēng)玻璃上。

早期的ADAS技術(shù)主要以被動(dòng)式報(bào)警為主，當(dāng)車輛檢測(cè)到潛在危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒駕駛者注意異常的車輛或道路情況。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，最新的ADAS技術(shù)已經(jīng)可以進(jìn)行主動(dòng)式干預(yù)。

ADAS系統(tǒng)通常包括以下幾個(gè)部分:

1. 導(dǎo)航與實(shí)時(shí)交通系統(tǒng)TMC;

2. 電子警察系統(tǒng)ISA(Intelligent speed adaptation或intelligent speed advice);

3. 車聯(lián)網(wǎng)(Vehicular communication systems);

4. 自適應(yīng)巡航ACC(Adaptive cruise control);

5. 車道偏移報(bào)警系統(tǒng)LDWS( Lane departure warning system);

6. 車道保持系統(tǒng)(Lane change assistance);

7. 碰撞避免或預(yù)碰撞系統(tǒng)(Collisionavoidance system或Precrash system);

8. 夜視系統(tǒng)(Night Vision);

9. 自適應(yīng)燈光控制(Adaptive light control)

10. 行人保護(hù)系統(tǒng)(Pedestrian protection system)

11. 自動(dòng)泊車系統(tǒng)(Automatic parking)

12. 交通標(biāo)志識(shí)別(Traffic sign recognition)

13. 盲點(diǎn)探測(cè)( Blind spot detection)

14. 駕駛員疲勞探測(cè)(Driver drowsiness detection)

15. 下坡控制系統(tǒng)(Hill descent control)

16. 電動(dòng)汽車報(bào)警(Electric vehicle warning sounds)系統(tǒng)

這些系統(tǒng)的工作原理和功能如下：

1. 盲點(diǎn)偵測(cè)系統(tǒng)：運(yùn)用雷達(dá)和傳感器，來(lái)偵測(cè)車輛后方的盲點(diǎn)區(qū)，在盲點(diǎn)區(qū)偵測(cè)到車輛靠近時(shí)會(huì)向駕駛員提供警示，幫助駕駛?cè)藢⒁馔獾臋C(jī)率降至最低。

2. 停車輔助系統(tǒng)：主動(dòng)式系統(tǒng)自動(dòng)控制方向盤以幫助駕駛完成停車，被動(dòng)式系統(tǒng)則是以影像(攝影機(jī))與影音(超音波)為感測(cè)單元所組成的，提供更多車身周圍信息給車主掌握，減少碰撞機(jī)會(huì)。

3. 車道偏離警示系統(tǒng) LDW：運(yùn)用在車身側(cè)面或后視鏡的攝影機(jī)，采樣目前行駛車道的標(biāo)識(shí)線，再通過(guò)圖像處理取得當(dāng)前汽車在車道的位置，這時(shí)只要汽車偏離車道，控制器就會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，以實(shí)時(shí)提醒、叫醒駕駛，避免意外的發(fā)生。

4. 碰撞預(yù)防系統(tǒng) FCW：由安裝在車頭的雷達(dá)，偵測(cè)自車和前方車輛的距離及速度，初期會(huì)發(fā)出警告聲來(lái)提醒駕駛?cè)俗⒁廛嚲?，若車距依然持續(xù)拉近，車輛便會(huì)先自動(dòng)輕踩剎車，并輕拉安全帶2-3次，警告駕駛?cè)?，若系統(tǒng)判定追撞是沒辦法避免時(shí)，啟動(dòng)自動(dòng)緊急剎車(AEB)后，會(huì)同時(shí)立刻拉緊安全帶固定駕駛?cè)?，降低意外發(fā)生后的傷害。

5. 適路性車燈系統(tǒng)：這套系統(tǒng)可依照不同的路況、環(huán)境、車速及天氣狀況，自動(dòng)調(diào)整車燈的照明范圍及角度，讓車燈照射范圍可以更深遠(yuǎn)，又不會(huì)影響到其他用路人的視線，以提供駕駛?cè)伺c對(duì)向來(lái)車更安全及舒適的照明。

6. 夜視系統(tǒng)：可幫助駕駛員在視線不明、看不清楚的夜晚或惡劣天氣時(shí)，自動(dòng)識(shí)別動(dòng)物或大型異物，同時(shí)警告駕駛員前方路況，以避免意外的發(fā)生。

7. 主動(dòng)車距控制巡航系統(tǒng) ACC：通過(guò)安裝在車輛前部的車距傳感器，持續(xù)掃描車輛前方道路來(lái)得知前車的車速與相對(duì)距離，行駛中會(huì)自動(dòng)偵測(cè)車速，當(dāng)與前車的距離越來(lái)越小時(shí)，會(huì)對(duì)應(yīng)調(diào)整自身車速，與前方車輛保持安全距離，減少碰撞意外的發(fā)生。

8. 駕駛?cè)松頎顟B(tài)監(jiān)視：系統(tǒng)大多都是利用攝影機(jī)偵測(cè)駕駛者臉部，判斷專注力程度、是否有打瞌睡的象征，還有系統(tǒng)更是利用駕駛?cè)搜劬﹂_閉頻率情況，來(lái)辨別安全等級(jí)，提供適合的警告或是協(xié)助動(dòng)作，如果駕駛者的臉部表情變化減少，甚至出現(xiàn)閉眼的情況，車輛就會(huì)透過(guò)聲響與燈號(hào)來(lái)警示車主注意，以減少意外事故發(fā)生。

以上提到的每個(gè)系統(tǒng)主要包含3個(gè)程序：信息采集，分析，指令執(zhí)行。

A、首先是信息采集：不同的系統(tǒng)需要使用不同類型的車用傳感器，包含毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、紅外雷達(dá)、激光雷達(dá)、CCD CMOS影像傳感器及輪速傳感器等，來(lái)收集整車的工作狀態(tài)及其參數(shù)變化情形，并將不斷變化的機(jī)械運(yùn)動(dòng)變成電子參數(shù)(電壓、電阻及電流)。

Qorivva MPC5561 MCU 基于Power Architecture®技術(shù)，專為高級(jí)駕駛員輔助應(yīng)用而設(shè)計(jì)，完美地實(shí)現(xiàn)了高性能計(jì)算和信號(hào)處理能力的結(jié)合。它采用FlexRayTM網(wǎng)絡(luò)控制器和飛 思卡爾的高能效e200內(nèi)核，專門針對(duì)高級(jí)汽車安全應(yīng)用而增強(qiáng)了性能Qorivva MPC5561既能幫助您控制成本，又能設(shè)計(jì)日益復(fù)雜的應(yīng)用。軟件和引腳兼容性允許重復(fù)使用原有的軟件和硬件架構(gòu)，從而保護(hù)對(duì)應(yīng)用代碼和開發(fā)工具的投資。

Qorivva MPC5561結(jié)構(gòu)框圖

2.電源與CAN接口：

MC33905是 第二代系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片系列中的一款器件。它 集成了多種功能和增強(qiáng)型模塊設(shè)計(jì)。作為一個(gè)高級(jí)電源管理單元，此器件適用于MCU和附加集成電路，例如傳感器和CAN收發(fā)器。它有一個(gè)內(nèi)設(shè)增強(qiáng)型高速 CAN接口(ISO11898-2和-5)，具有局部和總線故障診斷、保護(hù)功能以及故障安全操作模式。SBC可包含0、1或2個(gè)LIN2.1接口與LIN 輸出引腳開關(guān)連接。它包含兩個(gè)或者3個(gè)喚醒輸入引腳，可配置為輸出驅(qū)動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)靈活性。

MC33905結(jié)構(gòu)框圖

3.RADAR前端：

MR2001是飛思卡爾的一款高性能77 GHz雷達(dá)收發(fā)器芯片組，可擴(kuò)展為多通道運(yùn)行，使單個(gè)雷達(dá)平臺(tái)具有電子波束操控功能和更寬的探測(cè)區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)汽車安全系統(tǒng)、通信基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)控制系統(tǒng)的長(zhǎng)距離、中距離和短距離雷達(dá)應(yīng)用。

MR2001雷達(dá)芯片組可支持多個(gè)并行有效Tx通道的快速調(diào)制，在較寬的探測(cè)區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)卓越的空間分辨率和檢測(cè)精度。它在開環(huán)VCO雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)內(nèi)支持各種線性調(diào)頻，并且功耗極低。集成式BB濾波器和VGA可節(jié)省總體物料成本。

MPC577xK MCU系列采用MR2001 77 GHz封裝雷達(dá)前端芯片組，為如自適應(yīng)巡航控制、緊急制動(dòng)系統(tǒng)、車道偏離警告和盲點(diǎn)檢測(cè)等ADAS應(yīng)用提供了一個(gè)完整的系統(tǒng)級(jí)雷達(dá)解決方案。

MR2001采用高級(jí)封裝技術(shù)，可確保用戶PCB具有最高性能和極小的信號(hào)衰減。

MR2001簡(jiǎn)化應(yīng)用簡(jiǎn)化圖

自Google無(wú)人駕駛技術(shù)被世人熟知后，與此相關(guān)的汽車輔助駕駛系統(tǒng)ADAS技術(shù)成為了眾人關(guān)注的焦點(diǎn)。世強(qiáng)高級(jí)汽車環(huán)視輔助駕駛系統(tǒng) (ADAS)方案，基于SH7766圖形處理器，此方案可以適用于汽車安全系統(tǒng)，如車道偏離警告系統(tǒng)(LDW)等典型的ADAS應(yīng)用。

方案簡(jiǎn)介：

基于SH7766，世強(qiáng)聯(lián)合第三方設(shè)計(jì)公司開發(fā)出了一套高級(jí)汽車環(huán)視輔助駕駛系統(tǒng)方案(如下圖所示)，堪稱分銷界首創(chuàng)!這套環(huán)視ADAS系統(tǒng)方案具有強(qiáng) 大的圖像處理能力，能實(shí)現(xiàn)超清晰圖像和高品質(zhì)色彩還原;完美的畫面明暗表現(xiàn)，來(lái)自高動(dòng)態(tài)范圍的自動(dòng)調(diào)整;且只有極低的CPU占有率和功耗。此方案可以適用 于汽車安全系統(tǒng)，如車道偏離警告系統(tǒng)(LDW)、車道保持輔助系統(tǒng)(LKAS)等典型的ADAS應(yīng)用。

本環(huán)視ADAS系統(tǒng)方案可提供兩種標(biāo)定模式-全自動(dòng)標(biāo)定模式和精準(zhǔn)標(biāo)定模式：

1. 全自動(dòng)標(biāo)定模式是強(qiáng)大、可靠的，并不需要相機(jī)安裝角度的苛刻要求;適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)

2. 在光照條件很差，或惡劣環(huán)境條件下，可以采用半自動(dòng)精準(zhǔn)校定工具，提供最好的標(biāo)定結(jié)果。另外，該系統(tǒng)方案支持超級(jí)虛擬相機(jī)模式，可以生成在任意視角下的虛擬視圖，且可任意使用虛擬相機(jī)參數(shù)，焦點(diǎn)，生成視圖，魚眼和針眼相機(jī)都適合。

世強(qiáng)環(huán)視ADAS方案的其他特點(diǎn)還包括：

1. 支持基于環(huán)視原理的車道偏離駕駛預(yù)警模式：基于環(huán)視的車道偏離技術(shù)打開了新的領(lǐng)域，擴(kuò)展了環(huán)視駕駛輔助系統(tǒng)的應(yīng)用;

2. 俯視圖的可見區(qū)域大小一鍵更改 ;

3. 俯視圖完美拼接和分割效果;

4. 多種模塊的備選(包括：3D效果的環(huán)視界面;DVR ;基于3G的視頻查看和信息管理;語(yǔ)音倒車指南等)。

360環(huán)視攝像頭

前向攝像頭

電子后視鏡或流媒體后視鏡

防疲勞駕駛DMS

行程記錄儀

數(shù)字?jǐn)z像頭，主要有玻璃透鏡、CMOS傳感器、圖像信號(hào)處理器(ISP)、電源管理、串行器、微處理器器等功能單元構(gòu)成，如下圖一所示。但是電池保護(hù)單元一般都是在解串單元那邊。同時(shí)因?yàn)閿?shù)字?jǐn)z像頭體積非常小，選型過(guò)程中盡量需要考慮小體積、高效率的器件。

TI針對(duì)數(shù)字?jǐn)z像頭，有一些完整參考設(shè)計(jì)，如TIDA-01003就是汽車用100兆攝像頭模組的參考設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)相關(guān)的原理圖、PCB文件和BOM都是在TI官網(wǎng)公開。也借這個(gè)參考介紹一下數(shù)字?jǐn)z像頭模組主要功能。

汽車1MP攝像頭模組參考設(shè)計(jì)利用CMOS成像在FPD_LINK Ⅲ上提供多種未壓縮的視頻格式，支持8位和10位YUV42。FPD_LINK Ⅲ 串化器技術(shù)可以通過(guò)同軸電纜傳輸視頻數(shù)據(jù)，雙向控制信號(hào)和電源。輸入電壓范圍是4~36V。

下圖是此參考設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖，利用加串器DS90UB913A-Q1、寬電壓輸入電壓降壓器LM53600-Q1、低輸入電壓降壓器TPS62261-Q1、LDO LP5907-Q1 和ON的傳感器及圖像信號(hào)處理器(ISP)。

從系統(tǒng)功能框圖可以看出，在此應(yīng)用上主要有以下幾大產(chǎn)品部分：

寬輸入電壓的降壓器：把PoC傳過(guò)來(lái)DC電壓降為3.3V，供后級(jí)電源用，在現(xiàn)實(shí)使用，PoC上的電壓有很大差別，從7~24V都可以1)、商用車的24V電池電壓，設(shè)計(jì)中直接利用電池電壓給到PoC;2)、乘用車12V電池電壓系統(tǒng);3)在解串單元那邊就對(duì)電池電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，有升有降，如乘用車，有的利用升降壓穩(wěn)在12V，有的也把電壓降到9V等。因?yàn)镮SO7637測(cè)試要求，12V電壓輸入會(huì)要求耐壓36V，24V電壓輸入會(huì)要求耐壓60V。針對(duì)性介紹幾款TI的同步降壓穩(wěn)壓器產(chǎn)品：

LM53600-Q1:

寬運(yùn)行輸入電壓范圍：3.55V 至 36V(瞬態(tài)電壓最高達(dá) 42V)

最大電流負(fù)載：650mA (LM53600-Q1)，1000mA (LM53601-Q1)

提供擴(kuò)展頻譜選項(xiàng)

2.1MHz 固定開關(guān)頻率

具有可濕性側(cè)面的 10 引腳 3mm x 3mm 小外形尺寸無(wú)引線 (SON)

TPS560430-Q1(New):

輸入電壓范圍：4V 至 36V

最大電流負(fù)載：600mA

2.1MHz 開關(guān)頻率

SOT-23-6 封裝2.90mm × 1.60mm

集成同步整流，內(nèi)置補(bǔ)償功能，便于使用

LMR36006-Q1(New):(這個(gè)是針對(duì)24V乘用車電壓，耐壓要求高達(dá)60V)

輸入電壓范圍：4.2V 至 60V

最大電流負(fù)載：LMR36006-Q1 (600mA) LMR36015-Q1(1.5A)

400KHz,2.1MHz 開關(guān)頻率可選

擴(kuò)頻調(diào)頻功能

2.00mm x 3.00mm VQFN-HR(12)

HotRod? 封裝可以實(shí)現(xiàn)低EMI 和最少的開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴

TPS62172-Q1:(用于前端已經(jīng)帶穩(wěn)壓功能的電路)

輸入電壓范圍：3V 至 17V

最大電流負(fù)載：500mA

開關(guān)頻率典型值高達(dá)2.25MHz

2 × 2mm WSON-8 封裝

低輸入電壓的降壓器：(主要是供電壓給串化器和ISP)

TPS62261-Q1:

輸入電壓范圍：2V 至 6V

最大電流負(fù)載：600mA

開關(guān)頻率典型值高達(dá)2.25MHz

2x2mm SON/TSOT23

TPS62242-Q1:

輸入電壓范圍：2V 至 6V

最大電流負(fù)載：300mA

開關(guān)頻率典型值高達(dá)2.25MHz

2x2mm TSOT23-5

低噪聲的LDO：

LP5907-Q1:

輸入電壓范圍：2.2V 至 5.5V

輸出電流：250mA

電源抑制比 (PSRR)：1kHz 頻率時(shí)為 82Db

無(wú)需噪聲旁路電容

1.00mm x 1.00mm X2SON封裝

TLV702-Q1:

輸入電壓范圍：2V 至 5.5V

輸出電流：300mA

高電源抑制比(PSRR)：頻率1kHz 時(shí)為68Db

1.50mm × 1.50mm WSON封裝

TLV710-Q1:(雙路LDO可以同時(shí)替換LDO和低壓降壓穩(wěn)壓器)

輸入電壓范圍：2V 至 5.5V

輸出電流：550mA(雙路合計(jì)最大值)

高電源抑制比(PSRR)：頻率1kHz 時(shí)為70Db

1.5mm × 1.5mm SON-6封裝

加串器

DS90UB913A-Q1:

25MHz 至 100MHz 輸入像素時(shí)鐘支持

可編程數(shù)據(jù)有效載荷：

10 位有效載荷，高達(dá) 100MHz

12 位有效載荷，高達(dá) 75MHz

DS90UB933-Q1:(相比參考設(shè)計(jì)的DS90UB913A-Q1,更推薦更高的并行時(shí)鐘的DS90UB933-Q1)

支持 37.5MHz 至 100MHz 輸入像素時(shí)鐘

可編程數(shù)據(jù)有效載荷

10 位有效載荷，高達(dá) 100MHz

12 位有效載荷，高達(dá) 100MHz

5.00mm × 5.00mm WQFN

能夠驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)達(dá) 15m 的同軸或屏蔽雙絞線 (STP) 電 纜

DS90UB953-Q1:(MIPI CSI)(對(duì)應(yīng)參考設(shè)計(jì)TIDA-020000)

4.16Gbps 級(jí)串行器支持高速傳感器包括全高清1080p 2MP 60fps 和 4MP 30fps 成像器

符合 D-PHY v1.2 和 CSI-2 v1.3 標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)接口

多達(dá) 4 條數(shù)據(jù)通道，每通道速率為 832Mbps

支持多達(dá)四個(gè)虛擬通道

小型 5mm × 5mm VQFN 封裝

1.8V 單電源

支持單端同軸或屏蔽雙絞線 (STP) 電纜

在實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，還要需要ESD防護(hù)，電壓穩(wěn)定性監(jiān)控，來(lái)保證傳感器、圖像信號(hào)處理器和加串器的穩(wěn)定工作，還會(huì)額外加上ESD保護(hù)器件在差分線和電壓監(jiān)控在3.3V系統(tǒng)上。對(duì)此我們的推薦是TI如下器件：

ESD 管

TPD2E001:適用于高速數(shù)據(jù)接口的低電容、2 通道 +/-15kV ESD 保護(hù)陣列

電壓監(jiān)測(cè)芯片

TPS3809-Q1: 具有低電平有效推挽復(fù)位功能的汽車小尺寸3 引腳電壓監(jiān)控器

2.90 mm × 1.60 mm SOT-23(3)封裝

2.5 V, 3 V, 3.3 V, 5 V電壓監(jiān)控