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[導(dǎo)讀]    從上世紀(jì)50年代早期的電動車窗到當(dāng)今最新的汽車駕駛系統(tǒng),豪華汽車所具有的高端特性隨著時間的推移最終都應(yīng)用到中端和經(jīng)濟型汽車上,成為必備的電子和電氣系統(tǒng)。最近新出現(xiàn)的高級輔助駕駛系統(tǒng)(ADA

   從上世紀(jì)50年代早期的電動車窗到當(dāng)今最新的汽車駕駛系統(tǒng),豪華汽車所具有的高端特性隨著時間的推移最終都應(yīng)用到中端和經(jīng)濟型汽車上,成為必備的電子和電氣系統(tǒng)。最近新出現(xiàn)的高級輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)技術(shù)也不例外。作為一個例子,歐洲的福特福克斯汽車現(xiàn)在具備了自適應(yīng)巡航控制(ACC)、自動剎車和主動式車道保持等功能——所有這些特性以前都專屬于豪華汽車。即使是經(jīng)濟型起亞汽車也安裝了后視攝像機。但是,隨著ADAS技術(shù)應(yīng)用到價格相對便宜的車輛上,這帶來了一個兩難的問題:需要以非常低的價格實現(xiàn)大量的計算資源。

  ADAS技術(shù)能夠不僅僅應(yīng)用在豪華汽車上,部分原因是出于競爭的考慮,但并不是唯一因素。政府規(guī)章制度也是一個重要因素。例如,在美國,國家高速運輸安全管理局正在制定強制安裝后視攝像機的政策[來源:http://www.newsday.com/classifieds/cars/backup-cameras-likely-mandated-for-2014-1.3599178],據(jù)此,預(yù)計2018年車載攝像機將達(dá)到6千萬臺。EC將于2015年強制實施高級緊急剎車系統(tǒng)和車道偏離報警(LDW)系統(tǒng)。[source: [http://www.interregs.com/spotlight.php?id=84]

  安裝了ADAS的車輛在保險上有折扣也是推動ADAS廣泛應(yīng)用的另一因素。這類優(yōu)惠有一定的統(tǒng)計意義。當(dāng)駕駛員駕駛車輛開始偏離車道時,系統(tǒng)會發(fā)出告警,在夜間,系統(tǒng)也能夠增強駕駛員的能見度,從而避免了事故的發(fā)生,挽救了生命。

  ADAS得到廣泛應(yīng)用的決定性因素還是成本。雖然ADAS技術(shù)越來越復(fù)雜,但是,傳感器和處理器技術(shù)的進步——在很少的元器件中集成多種功能,現(xiàn)在可以支持工程師以中端甚至是經(jīng)濟型汽車能夠承受的價格來設(shè)計ADAS應(yīng)用。成本的降低以及通過功能集成來降低復(fù)雜度是推動ADAS技術(shù)在各類車輛中得以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

  功能的多樣性

  在其所有預(yù)期中,ADAS技術(shù)也給汽車行業(yè)帶來了很多挑戰(zhàn)。正如很多技術(shù)處于其早期階段一樣,ADAS應(yīng)用曾涉及到很多發(fā)展方向,并不能明確哪一方向最終會推動市場發(fā)展。撰寫本文時,日立公司關(guān)注于采用兩臺前向攝像機多路傳感器方法來探測距離100米以外的物體。這一技術(shù)被稱為“眼睛視覺”,在2013款力獅和傲虎車型上得到了應(yīng)用。Denso公司最近演示了困倦探測系統(tǒng),使用紅外(IR)攝像機來觀察駕駛員的面部,確定駕駛員的眼睛是否張開,如果眼睛閉上,表明駕駛員可能進入了睡眠狀態(tài)。最后,Aisin正在推出使用后視攝像機的車道探測系統(tǒng)——這是一種監(jiān)視車輛相對于車道標(biāo)志線位置的高性價比方法,它結(jié)合GPS和道路地圖數(shù)據(jù),確定車輛相對于前方路況的當(dāng)前位置。

  本文會更詳細(xì)的介紹ADAS技術(shù)迅速在更廣闊的市場上得以應(yīng)用。

  系統(tǒng):車道偏離報警

  傳感器:攝像機

  當(dāng)車輛離開其車道,或者接近道路邊緣時,LDW系統(tǒng)發(fā)出聲音報警或者動作報警(通過輕微的振動方向盤或者座椅來實現(xiàn))。當(dāng)車輛速度超過一定閾值(例如,大于55英里),車輛沒有打開轉(zhuǎn)向信號燈時,這些系統(tǒng)會開始發(fā)揮作用。當(dāng)車輛行駛,其相對于車道標(biāo)志線的位置表明車輛有可能偏離車道時,需要通過攝像機系統(tǒng)來觀察車道標(biāo)志。雖然對于所有車輛制造商而言這些應(yīng)用需求是相似的,但是每一廠商都采用了不同的方法,使用一臺前視攝像機,一臺后視攝像機,或者雙路/立體前視攝像機。出于這一原因,很難采用一種硬件體系結(jié)構(gòu)來滿足各種不同類型的攝像機要求。需要采用靈活的硬件體系結(jié)構(gòu)來提供不同的實現(xiàn)選擇。

  系統(tǒng):自適應(yīng)巡航控制

  傳感器:雷達(dá)

  過去十年中,豪華汽車采用了ACC技術(shù),這一技術(shù)目前也在更廣泛的市場上得到了應(yīng)用。傳統(tǒng)的巡航控制技術(shù)設(shè)計用于保持車輛以恒定的車速行駛,與此不同,ACC技術(shù)使車速與交通狀況相適應(yīng),如果與前車距離太近,則會降速,在路況允許時,會加速到上限。這些系統(tǒng)通過使用安裝在車輛前部的雷達(dá)來實現(xiàn)。但是,由于雷達(dá)系統(tǒng)不能識別某一目標(biāo)的大小和形狀,而且其視場也相對較窄,因此,應(yīng)用時要結(jié)合攝像機。難點在于,目前所使用的攝像機和雷達(dá)傳感器還沒有標(biāo)準(zhǔn)配置。因此,還是需要靈活的硬件平臺。

  系統(tǒng):交通標(biāo)志識別

  傳感器:攝像機

  正如其名稱所示,交通標(biāo)志識別(TSR)功能使用前向攝像機結(jié)合模式識別軟件,可以識別常見的交通標(biāo)志(限速、停車、掉頭等)。這一功能會提醒駕駛員注意前面的交通標(biāo)志,以便駕駛員遵守這些標(biāo)志。TSR功能降低了駕駛員不遵守停車標(biāo)志等交通法規(guī)的可能,避免了違法左轉(zhuǎn)或者無意的其他交通違法行為,從而提高了安全性。這些系統(tǒng)需要靈活的軟件平臺來增強探測算法,根據(jù)不同地區(qū)的交通標(biāo)志來進行調(diào)整。

  系統(tǒng):夜視

  傳感器:IR或者熱成像攝像機

  夜視(NV)系統(tǒng)幫助駕駛員在很暗的條件下識別物體。這些物體一般超出了車輛大燈的視場范圍,因此,NV系統(tǒng)針對在前方道路上行駛的車輛提前發(fā)出報警,幫助駕駛員避免撞車事件的發(fā)生。

  NV系統(tǒng)使用各種攝像機傳感器和顯示器,具體與生產(chǎn)商有關(guān),但一般都屬于兩種基本類型:主動式和被動式。

  主動系統(tǒng),也稱為近IR系統(tǒng),帶電耦合器件(CCD)攝像機和IR燈源相結(jié)合,在顯示器上呈現(xiàn)黑白圖像。這些系統(tǒng)的分辨率很高,圖像質(zhì)量也非常好。其典型的可視范圍是150米。這些系統(tǒng)能夠看清楚攝像機視場范圍內(nèi)的所有物體(包括沒有熱輻射的物體),但是,在雨雪環(huán)境下,效率要大打折扣。

  被動系統(tǒng)不使用外部光源,而是依靠熱成像攝像機,利用物體自然熱輻射來采集圖像。這些系統(tǒng)不會受到對面來車大燈的影響,也不會受到惡劣天氣狀況的影響,其探測范圍達(dá)到300米至1000米。這些系統(tǒng)的缺點在于圖像是顆粒狀的,功能受限于較溫暖的氣候狀況。而且,被動式系統(tǒng)只能探測有熱輻射的物體。被動式系統(tǒng)結(jié)合視頻分析技術(shù),可以清楚的顯示車輛前方道路上的物體,例如,行人等。

  在NV系統(tǒng)中,有多種體系結(jié)構(gòu)選擇,每一種方法都有其優(yōu)缺點。為提高競爭力,汽車生產(chǎn)商應(yīng)支持多種攝像機傳感器,在通用、靈活的硬件平臺上實現(xiàn)這些傳感器。

  系統(tǒng):自適應(yīng)遠(yuǎn)光控制

  傳感器:攝像機

  自適應(yīng)遠(yuǎn)光控制(AHBC)是一種智能大燈控制系統(tǒng),使用了攝像機來探測交通狀況(對面來車以及同向交通狀況),根據(jù)這些狀況,調(diào)亮或者調(diào)暗遠(yuǎn)光燈。AHBC系統(tǒng)支持駕駛員盡可能在最大照亮距離上使用遠(yuǎn)光,而不必在其他車輛出現(xiàn)時手動調(diào)暗大燈,不會分散駕駛員注意力,從而提高了車輛的安全性。在某些系統(tǒng)中,甚至可以分別控制大燈,調(diào)暗一個大燈,而同時另一個大燈正常點亮。AHBC與LDW和TSR等前視攝像機系統(tǒng)是相輔相成的。這些系統(tǒng)不需要高分辨率攝像機,某一款車輛如果已經(jīng)在ADAS應(yīng)用中采用了前視攝像機,那么這一特性的性價比會非常高。

  系統(tǒng):行人/障礙物/車輛探測(PD)

  傳感器:攝像機、雷達(dá)、IR

  行人(以及障礙物和車輛)探測(PD)系統(tǒng)完全依靠攝像機傳感器來深入感知周圍環(huán)境,例如,采用一臺攝像機,或者在更復(fù)雜的系統(tǒng)中采用立體攝像機。“類別變量”(衣著、燈光、大小和距離)的差異會很大,背景復(fù)雜而且不斷變化,以及傳感器置于移動平臺(車輛)上等因素,導(dǎo)致很難確定移動中行人的視覺特征,因此,采用IR傳感器能夠增強PD系統(tǒng)。雷達(dá)也可以增強車輛探測系統(tǒng),它提供很好的距離測量功能,在惡劣的天氣條件下,性能表現(xiàn)出眾,能夠測量車輛的行駛速度。這一復(fù)雜的系統(tǒng)需要使用同時來自多個傳感器的數(shù)據(jù)。(后面會詳細(xì)討論這一被稱為傳感器融合的過程。)

  系統(tǒng):駕駛員困倦報警

  傳感器:車內(nèi)IR攝像機

  困倦報警系統(tǒng)監(jiān)視駕駛員的面部,測量其頭部位置、眼睛(張開/閉上)以及其他類似的報警指示。如果確定駕駛員有進入睡眠的跡象,或者看起來意識不清,該系統(tǒng)會發(fā)出報警。有些系統(tǒng)還監(jiān)視心率和呼吸。設(shè)想但是還沒有實現(xiàn)的功能包括使車輛靠近路邊行駛,最終靠邊停下來。

                                                                                                                                  

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