全面解析高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)ADAS

　　司機(jī)、車(chē)輛和系統(tǒng)相互之間的影響是目前高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）面臨的挑戰(zhàn)。西門(mén)子Siemens VDO汽車(chē)公司通過(guò)應(yīng)用pro.pilot駕駛導(dǎo)向系統(tǒng)來(lái)迎接這一挑戰(zhàn)。

　　司機(jī)在駕駛過(guò)程中會(huì)面臨非常復(fù)雜的交通狀況。首先，司機(jī)需要對(duì)汽車(chē)進(jìn)行動(dòng)力控制。其次，他們還要保持對(duì)汽車(chē)四周環(huán)境的關(guān)注。第三，司機(jī)還要規(guī)定從出發(fā)點(diǎn)到目的地的導(dǎo)航線路。除此之外，司機(jī)還可能會(huì)同時(shí)使用車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)或者與乘客聊天。輔助駕駛系統(tǒng)能幫助司機(jī)監(jiān)測(cè)和處理穩(wěn)定性、控制和導(dǎo)航三個(gè)層面（如圖2 所示）的信息，這將能有效減少司機(jī)的工作負(fù)擔(dān)，并且進(jìn)步了操控的方便性和駕駛的安全性。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和汽車(chē)穩(wěn)定控制系統(tǒng)已經(jīng)能夠完成汽車(chē)穩(wěn)定性層面上的任務(wù)。導(dǎo)航系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足導(dǎo)航層面的需要，而且應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在汽車(chē)的直接環(huán)境中，司機(jī)需要引導(dǎo)車(chē)輛保持在車(chē)道內(nèi)行駛。例如，司機(jī)需要監(jiān)測(cè)其他車(chē)道的情況，又如行人、車(chē)輛和騎自行車(chē)的人，同時(shí)還要留意交通訊號(hào)和車(chē)道標(biāo)志線，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。

　　圖1 高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)能夠增加駕駛的舒適性和安全性

　　高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)

　　目前，司機(jī)還是主要依靠自己的感官刺激來(lái)進(jìn)行判定。在過(guò)往的幾年中，由于汽車(chē)數(shù)目的增加，道路的交通情況變得越來(lái)越復(fù)雜，這使得司機(jī)需要具備傳感器、控制器和制動(dòng)器那樣的能力。高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)利用多種傳感技術(shù)來(lái)感應(yīng)四周的環(huán)境，并智能地匯集了全球以及內(nèi)部數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠有效增加汽車(chē)駕駛的舒適性和安全性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)司機(jī)駕駛控制的支持。這將能明顯減少交通事故的數(shù)目，這正是象美國(guó)高速公路安全協(xié)會(huì)（NHTSA）和歐盟這樣的美國(guó)和國(guó)際協(xié)會(huì)所?？纯吹降?。

　　圖2 數(shù)據(jù)支持和信息輔助系統(tǒng)

　　pro.pilot網(wǎng)絡(luò)

　　為了從高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)中獲得最大的利益，并且實(shí)現(xiàn)“零事故”的目標(biāo)，西門(mén)子VDO汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)的pro.pilot是以司機(jī)為中心的。除了增加安全性和舒適性以外，pro.pilot還能為司機(jī)提供更多的方向選擇和目前整體的交通狀況，使司機(jī)選擇更經(jīng)濟(jì)的駕駛方案。這樣，pro.pilot能夠在緊急情況下幫助司機(jī)，但確又不會(huì)減少駕駛樂(lè)趣。但是司機(jī)仍然要對(duì)汽車(chē)負(fù)所有的責(zé)任。環(huán)境感應(yīng)和傳感器技術(shù)的性能只是高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)成功的一方面。除了象傳感器和制動(dòng)器這樣的電子機(jī)械部件，pro.pilot還包括車(chē)輛一體化、應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)接口，如圖3所示。

　　圖3 pro.pilot的組成

　　車(chē)輛一體化包括機(jī)械和電子兩方面因素，比如像傳感器和制動(dòng)器需要集成到汽車(chē)的結(jié)構(gòu)和電子體系中往。由于傳感器一般被安裝在車(chē)輛表面四周，所以在設(shè)計(jì)和封裝上有很多限制。驅(qū)動(dòng)反饋顯示屏的設(shè)計(jì)和安裝位置受到整個(gè)汽車(chē)內(nèi)飾設(shè)計(jì)的影響。增加元件和控制器會(huì)影響汽車(chē)整體的電子體系，比如ECU的數(shù)目、內(nèi)部的連接、總線的帶寬、延遲時(shí)間等。

　　應(yīng)用程序包括運(yùn)算法則和軟件，可以處理和分析傳感器獲得的數(shù)據(jù)，以獲得汽車(chē)四周環(huán)境的示意圖并對(duì)交通狀況進(jìn)行分類(lèi)。通過(guò)對(duì)目標(biāo)物體的探測(cè)，司機(jī)可以及時(shí)地獲得通知或警示，終極對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性進(jìn)行干預(yù)。人機(jī)界面（HMI）可以包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)或者觸覺(jué)反饋。司機(jī)與系統(tǒng)之間的交流會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，包括對(duì)司機(jī)和車(chē)輛的影響，因此決定了高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)能否減少事故的發(fā)生。

　　考慮到上述所有的因素，才有可能具體說(shuō)明輔助駕駛系統(tǒng)的概念，并采用恰當(dāng)?shù)姆桨负驮?lái)實(shí)現(xiàn)完美的高性能系統(tǒng)。

　　ADAS的傳感器

　　高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)基于不同的傳感器技術(shù)，如圖4所示。77GHz的雷達(dá)傳感器目前已經(jīng)在高端奢華轎車(chē)上的主動(dòng)式巡航控制系統(tǒng)（ACC）上應(yīng)用多年了。該系統(tǒng)的傳感器可以丈量前方車(chē)輛的速度以及兩車(chē)之間的間隔，同時(shí)可以監(jiān)測(cè)自身車(chē)輛的速度和間隔。目前已經(jīng)在中級(jí)轎車(chē)和經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)市場(chǎng)上開(kāi)始應(yīng)用的機(jī)載激光雷達(dá)（Lidar）傳感器是遠(yuǎn)程傳感器中比較經(jīng)濟(jì)的選擇。相比于雷達(dá)，這種傳感器發(fā)射激光脈沖，并能檢測(cè)從其他物體反射回來(lái)的光線。與其他物體之間的間隔可以通過(guò)信號(hào)延遲的時(shí)間來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

　　圖4 重要的傳感器

　　短程雷達(dá)傳感器的工作頻率是24GHz，用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛四周的物體。這種傳感器一般安裝在車(chē)輛的側(cè)面，其信息用于盲點(diǎn)檢測(cè)（BSD）和并線輔助（LCA）功能，比如在盲點(diǎn)中出現(xiàn)物體或者鄰近車(chē)道車(chē)輛進(jìn)進(jìn)盲點(diǎn)時(shí)，會(huì)向司機(jī)提出預(yù)警。下一步，其信息能夠與導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，更好地實(shí)現(xiàn)車(chē)輛引導(dǎo)。安裝在車(chē)輛前方或后方的24GHz雷達(dá)傳感器可以用于預(yù)防碰撞發(fā)生。

　　視頻傳感器能夠監(jiān)測(cè)圖像信息，比如側(cè)面物體的大小和外形。視頻傳感器能夠監(jiān)測(cè)其他的道路使用者、交通訊號(hào)和路標(biāo)等情況。傳感器發(fā)出的信息能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)道偏離警告和交通訊號(hào)識(shí)別功能。

　　其他基礎(chǔ)設(shè)施如交通訊號(hào)、轉(zhuǎn)彎或山坡等信息可以通過(guò)輿圖來(lái)獲得。超聲波傳感器用于低速情況，比如停車(chē)，同時(shí)不需要高探測(cè)范圍。而且內(nèi)部數(shù)據(jù)可以收集起來(lái)提供給其他車(chē)輛。通過(guò)車(chē)對(duì)車(chē)通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，來(lái)監(jiān)測(cè)車(chē)流密度。

　　另外，通過(guò)不同傳感器獲得的數(shù)據(jù)可以相互融合，用于增加系統(tǒng)功能或增強(qiáng)現(xiàn)有的功能。比如，雷達(dá)、攝像機(jī)和機(jī)載激光雷達(dá)與導(dǎo)航數(shù)據(jù)的融合對(duì)改善車(chē)輛性能十分重要。通過(guò)將從攝像機(jī)和輿圖的信息進(jìn)行結(jié)合，就能進(jìn)步交通訊號(hào)識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別率。探測(cè)到的交通訊號(hào)再與eHorizon的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，eHorizon能夠通過(guò)提供基于導(dǎo)航數(shù)據(jù)的道路基礎(chǔ)設(shè)施具體信息來(lái)支持ADAS的功能。計(jì)算置信水平就能決定向司機(jī)顯示哪種交通訊號(hào)。融合這些傳感器還能獲得一種新的功能，即SensiTIve Guidance，這是融合了雷達(dá)或攝像機(jī)系統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出與交通情況、雷達(dá)或攝像機(jī)傳感器相適應(yīng)，比如監(jiān)測(cè)盲點(diǎn)中或其他車(chē)道中的車(chē)輛。

　　圖5 主動(dòng)和被動(dòng)安全：未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

　　無(wú)論是正常駕駛或在危險(xiǎn)環(huán)境中駕駛，目前市場(chǎng)上多數(shù)駕駛輔助系統(tǒng)都是通過(guò)提供附加信息來(lái)幫助司機(jī)的，如圖5所示。在上述兩種情況中，系統(tǒng)都能夠幫助減少碰撞事故的發(fā)生。高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)未來(lái)有兩種發(fā)展趨勢(shì)：

　　趨勢(shì)1：從預(yù)警系統(tǒng)到干預(yù)系統(tǒng)都發(fā)生了一些變化。ADAS目前主要職責(zé)是在危急情況下提醒司機(jī)，比如盲點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)未來(lái)將會(huì)向干預(yù)系統(tǒng)發(fā)展，即在限定的情況下對(duì)汽車(chē)進(jìn)行控制。比如攝像系統(tǒng)將會(huì)從車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)向車(chē)道控制系統(tǒng)發(fā)展。

　　趨勢(shì)2：將主動(dòng)安全與被動(dòng)安全系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。目前，碰撞中的被動(dòng)安全系統(tǒng)與主動(dòng)安全ADAS是相互獨(dú)立的，比如安全氣囊和預(yù)縮式安全帶。它們之間沒(méi)有相互的聯(lián)系，比如在機(jī)載激光雷達(dá)、雷達(dá)或視頻傳感器監(jiān)測(cè)到不可避免的碰撞時(shí)就讓安全氣囊做好預(yù)備。目前機(jī)載激光雷達(dá)傳感器用于主動(dòng)式巡航控制系統(tǒng)，能夠在正常駕駛狀態(tài)下為司機(jī)提供支持。未來(lái)，這些傳感器將會(huì)與短程雷達(dá)（24GHz）和攝像機(jī)相結(jié)合，以便為安全氣囊和預(yù)縮式安全帶提供相應(yīng)的預(yù)備信息。

　　完整的預(yù)防碰撞系統(tǒng)

　　這些發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)使預(yù)防碰撞系統(tǒng)更加完整，系統(tǒng)通過(guò)利用多種傳感器技術(shù)監(jiān)控車(chē)輛四周的環(huán)境，能夠預(yù)先檢測(cè)到不可避免的碰撞事故。在預(yù)防碰撞情況下，系統(tǒng)會(huì)干預(yù)車(chē)輛的動(dòng)態(tài)性能（如制動(dòng)）并預(yù)先觸發(fā)被動(dòng)安全系統(tǒng)。這種發(fā)展趨勢(shì)意味著，車(chē)輛中的制動(dòng)器、控制器和傳感器的一體化。開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)這種ADAS系統(tǒng)還需要考慮到下列因素：協(xié)同、融合、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。

　　假如一個(gè)傳感器只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，那就難以獲得本錢(qián)更為優(yōu)化的解決方案。比如攝像性能夠提供復(fù)合功能的數(shù)據(jù)，如監(jiān)測(cè)路標(biāo)、交通訊號(hào)和其他道路的使用者等。協(xié)同功能答應(yīng)系統(tǒng)通過(guò)增加部分軟件來(lái)方便地實(shí)現(xiàn)功能的增加。假如復(fù)合傳感器應(yīng)用到一輛汽車(chē)上，這些傳感器提供的數(shù)據(jù)就能夠進(jìn)行相互融合。這將使針對(duì)目標(biāo)的信息更加豐富，使得探測(cè)的結(jié)果更加可信。在預(yù)防碰撞系統(tǒng)中，這種探測(cè)可靠性的增加使得系統(tǒng)干預(yù)和預(yù)警更加輕易和有效。在車(chē)輛中使用復(fù)合傳感器對(duì)車(chē)輛的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重大的影響，比如增加了電子控制單元ECU性能。因此，車(chē)輛應(yīng)被視為一個(gè)完整的系統(tǒng)，是相互影響的各種元件的集合。

　　為了實(shí)現(xiàn)這些發(fā)展趨勢(shì)，西門(mén)子VDO汽車(chē)公司參與了很多國(guó)際和國(guó)內(nèi)的合作項(xiàng)目。目的是通過(guò)組合完整系統(tǒng)的方法來(lái)保證交通安全。安全系統(tǒng)將支持司機(jī)在各種交通情況中駕駛，從正常駕駛到潛伏的不可避免的碰撞。安全系統(tǒng)包括交通情況分類(lèi)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和行動(dòng)觀念。

　　總結(jié)

　　在過(guò)往的幾年中，高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)的市場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始蓬勃發(fā)展。目前，以舒適性為導(dǎo)向的系統(tǒng)（如ACC）主要應(yīng)用在中級(jí)或豪華轎車(chē)上。未來(lái)，這些系統(tǒng)將會(huì)被涵蓋到安全系統(tǒng)當(dāng)中，并且在經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)中得以應(yīng)用。

　　但是，高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)的發(fā)展不應(yīng)該僅僅被視為一個(gè)技術(shù)題目，其中包括很多與司機(jī)之間的影響，以及和車(chē)輛結(jié)構(gòu)之間的影響關(guān)系。這就使得系統(tǒng)需求的方法是非常復(fù)雜和重要的。西門(mén)子VDO汽車(chē)公司通過(guò)pro.pilot網(wǎng)絡(luò)將自己視為一個(gè)系統(tǒng)集成者，更有效地來(lái)迎接挑戰(zhàn)。