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成本降低推動(dòng)ADAS進(jìn)入中低端市場(chǎng)

時(shí)間:2016-06-15 10:39:21 來(lái)源:深圳市智慧安防行業(yè)協(xié)會(huì ) 作者:電子工程世界

  【智慧安防網(wǎng)訊】ADAS指的是高級駕駛輔助系統,是利用安裝在車(chē)上的各式各樣傳感器,在汽車(chē)行駛過(guò)程中隨時(shí)來(lái)感應周?chē)沫h(huán)境,收集數據,進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)物體的辨識、偵測與追蹤,并結合導航儀地圖數據,進(jìn)行系統的運算與分析,從而預先讓駕駛者察覺(jué)到可能發(fā)生的危險,有效增加汽車(chē)駕駛的舒適性和安全性。
  
  成本降低推動(dòng)ADAS進(jìn)入中低端市場(chǎng)
  
  近年來(lái)ADAS市場(chǎng)增長(cháng)迅速,原來(lái)這類(lèi)系統局限于高端市場(chǎng),而現在正在進(jìn)入中端市場(chǎng),與此同時(shí),許多低技術(shù)應用在入門(mén)級乘用車(chē)領(lǐng)域更加常見(jiàn),經(jīng)過(guò)改進(jìn)的新型傳感器技術(shù)也在為系統布署創(chuàng )造新的機會(huì )與策略。
  
  但是,隨著(zhù)ADAS技術(shù)應用到價(jià)格相對便宜的車(chē)輛上,這帶來(lái)了一個(gè)兩難的問(wèn)題:需要以非常低的價(jià)格實(shí)現大量的計算資源。
  
  ADAS技術(shù)能夠不僅僅應用在豪華汽車(chē)上,部分原因是出于競爭的考慮,但并不是唯一因素。政府規章制度也是一個(gè)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,據此,預計2018年車(chē)載攝像機將達到6千萬(wàn)臺。
  
  安裝了ADAS的車(chē)輛在保險上有折扣也是推動(dòng)ADAS廣泛應用的另一因素。這類(lèi)優(yōu)惠有一定的統計意義。當駕駛員駕駛車(chē)輛開(kāi)始偏離車(chē)道時(shí),系統會(huì )發(fā)出告警,在夜間,系統也能夠增強駕駛員的能見(jiàn)度,從而避免了事故的發(fā)生,挽救了生命。
  
  ADAS得到廣泛應用的決定性因素還是成本。雖然ADAS技術(shù)越來(lái)越復雜,但是傳感器和處理器技術(shù)的進(jìn)步——在很少的元器件中集成多種功能,現在可以支持工程師以中端甚至是經(jīng)濟型汽車(chē)能夠承受的價(jià)格來(lái)設計ADAS應用。成本的降低以及通過(guò)功能集成來(lái)降低復雜度是推動(dòng)ADAS技術(shù)在各類(lèi)車(chē)輛中得以廣泛應用的關(guān)鍵因素。
  
  功能的多樣性
  
  在其所有預期中,ADAS技術(shù)也給汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)了很多挑戰。正如很多技術(shù)處于其早期階段一樣,ADAS應用曾涉及到很多發(fā)展方向,并不能明確哪一方向最終會(huì )推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展。撰寫(xiě)本文時(shí),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(lái)探測距離100米以外的物體。這一技術(shù)被稱(chēng)為“眼睛視覺(jué)”,在2013款力獅和傲虎車(chē)型上得到了應用。Denso公司最近演示了困倦探測系統,使用紅外(IR)攝像機來(lái)觀(guān)察駕駛員的面部,確定駕駛員的眼睛是否張開(kāi),如果眼睛閉上,表明駕駛員可能進(jìn)入了睡眠狀態(tài)。最后,Aisin正在推出使用后視攝像機的車(chē)道探測系統——這是一種監視車(chē)輛相對于車(chē)道標志線(xiàn)位置的高性?xún)r(jià)比方法,它結合GPS和道路地圖數據,確定車(chē)輛相對于前方路況的當前位置。
  
  本文會(huì )更詳細的介紹ADAS技術(shù)迅速在更廣闊的市場(chǎng)上得以應用。
  
  系統:車(chē)道偏離報警
  
  傳感器:攝像機
  
  當車(chē)輛離開(kāi)其車(chē)道,或者接近道路邊緣時(shí),LDW系統發(fā)出聲音報警或者動(dòng)作報警(通過(guò)輕微的振動(dòng)方向盤(pán)或者座椅來(lái)實(shí)現)。當車(chē)輛速度超過(guò)一定閾值(例如,大于55英里),車(chē)輛沒(méi)有打開(kāi)轉向信號燈時(shí),這些系統會(huì )開(kāi)始發(fā)揮作用。當車(chē)輛行駛,其相對于車(chē)道標志線(xiàn)的位置表明車(chē)輛有可能偏離車(chē)道時(shí),需要通過(guò)攝像機系統來(lái)觀(guān)察車(chē)道標志。雖然對于所有車(chē)輛制造商而言這些應用需求是相似的,但是每一廠(chǎng)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構來(lái)滿(mǎn)足各種不同類(lèi)型的攝像機要求。需要采用靈活的硬件體系結構來(lái)提供不同的實(shí)現選擇。
  
  系統:自適應巡航控制
  
  傳感器:雷達
  
  過(guò)去十年中,豪華汽車(chē)采用了ACC技術(shù),這一技術(shù)目前也在更廣泛的市場(chǎng)上得到了應用。傳統的巡航控制技術(shù)設計用于保持車(chē)輛以恒定的車(chē)速行駛,與此不同,ACC技術(shù)使車(chē)速與交通狀況相適應,如果與前車(chē)距離太近,則會(huì )降速,在路況允許時(shí),會(huì )加速到上限。這些系統通過(guò)使用安裝在車(chē)輛前部的雷達來(lái)實(shí)現。但是,由于雷達系統不能識別某一目標的大小和形狀,而且其視場(chǎng)也相對較窄,因此,應用時(shí)要結合攝像機。難點(diǎn)在于,目前所使用的攝像機和雷達傳感器還沒(méi)有標準配置。因此,還是需要靈活的硬件平臺。
  
  系統:交通標志識別
  
  傳感器:攝像機
  
  正如其名稱(chēng)所示,交通標志識別(TSR)功能使用前向攝像機結合模式識別軟件,可以識別常見(jiàn)的交通標志(限速、停車(chē)、掉頭等)。這一功能會(huì )提醒駕駛員注意前面的交通標志,以便駕駛員遵守這些標志。TSR功能降低了駕駛員不遵守停車(chē)標志等交通法規的可能,避免了違法左轉或者無(wú)意的其他交通違法行為,從而提高了安全性。這些系統需要靈活的軟件平臺來(lái)增強探測算法,根據不同地區的交通標志來(lái)進(jìn)行調整。
  
  系統:夜視
  
  傳感器:RIR或者熱成像攝像機
  
  夜視(NV)系統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(chē)輛大燈的視場(chǎng)范圍,因此,NV系統針對在前方道路上行駛的車(chē)輛提前發(fā)出報警,幫助駕駛員避免撞車(chē)事件的發(fā)生。
  
  NV系統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(lèi)型:主動(dòng)式和被動(dòng)式。
  
  主動(dòng)系統,也稱(chēng)為近IR系統,帶電耦合器件(CCD)攝像機和IR燈源相結合,在顯示器上呈現黑白圖像。這些系統的分辨率很高,圖像質(zhì)量也非常好。其典型的可視范圍是150米。這些系統能夠看清楚攝像機視場(chǎng)范圍內的所有物體(包括沒(méi)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(dòng)系統不使用外部光源,而是依靠熱成像攝像機,利用物體自然熱輻射來(lái)采集圖像。這些系統不會(huì )受到對面來(lái)車(chē)大燈的影響,也不會(huì )受到惡劣天氣狀況的影響,其探測范圍達到300米至1000米。這些系統的缺點(diǎn)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(dòng)式系統只能探測有熱輻射的物體。被動(dòng)式系統結合視頻分析技術(shù),可以清楚的顯示車(chē)輛前方道路上的物體,例如,行人等。在NV系統中,有多種體系結構選擇,每一種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。為提高競爭力,汽車(chē)生產(chǎn)商應支持多種攝像機傳感器,在通用、靈活的硬件平臺上實(shí)現這些傳感器。
  
  系統:自適應遠光控制
  
  傳感器:攝像機
  
  自適應遠光控制(AHBC)是一種智能大燈控制系統,使用了攝像機來(lái)探測交通狀況(對面來(lái)車(chē)以及同向交通狀況),根據這些狀況,調亮或者調暗遠光燈。AHBC系統支持駕駛員盡可能在最大照亮距離上使用遠光,而不必在其他車(chē)輛出現時(shí)手動(dòng)調暗大燈,不會(huì )分散駕駛員注意力,從而提高了車(chē)輛的安全性。在某些系統中,甚至可以分別控制大燈,調暗一個(gè)大燈,而同時(shí)另一個(gè)大燈正常點(diǎn)亮。AHBC與LDW和TSR等前視攝像機系統是相輔相成的。這些系統不需要高分辨率攝像機,某一款車(chē)輛如果已經(jīng)在A(yíng)DAS應用中采用了前視攝像機,那么這一特性的性?xún)r(jià)比會(huì )非常高。
  
  系統:行人//障礙物//車(chē)輛探測(PD)
  
  傳感器:攝像機、雷達、IR
  
  行人(以及障礙物和車(chē)輛)探測(PD)系統完全依靠攝像機傳感器來(lái)深入感知周?chē)h(huán)境,例如,采用一臺攝像機,或者在更復雜的系統中采用立體攝像機?!邦?lèi)別變量”(衣著(zhù)、燈光、大小和距離)的差異會(huì )很大,背景復雜而且不斷變化,以及傳感器置于移動(dòng)平臺(車(chē)輛)上等因素,導致很難確定移動(dòng)中行人的視覺(jué)特征,因此,采用IR傳感器能夠增強PD系統。雷達也可以增強車(chē)輛探測系統,它提供很好的距離測量功能,在惡劣的天氣條件下,性能表現出眾,能夠測量車(chē)輛的行駛速度。這一復雜的系統需要使用同時(shí)來(lái)自多個(gè)傳感器的數據。(后面會(huì )詳細討論這一被稱(chēng)為傳感器融合的過(guò)程。)
  
  系統:駕駛員困倦報警
  
  傳感器:車(chē)內RIR攝像機
  
  困倦報警系統監視駕駛員的面部,測量其頭部位置、眼睛(張開(kāi)/閉上)以及其他類(lèi)似的報警指示。如果確定駕駛員有進(jìn)入睡眠的跡象,或者看起來(lái)意識不清,該系統會(huì )發(fā)出報警。有些系統還監視心率和呼吸。設想但是還沒(méi)有實(shí)現的功能包括使車(chē)輛靠近路邊行駛,最終靠邊停下來(lái)。
  
  需求:靈活的高性能技術(shù)平臺
  
  雖然很難詳細預測這些功能的未來(lái)發(fā)展,以后會(huì )應用到什么程度,但是,從術(shù)角度看,有幾點(diǎn)是明確的:
  
  沒(méi)有一種單一的體系結構能夠滿(mǎn)足新出現的各類(lèi)應用需求。
  
  需要采用靈活的平臺適應市場(chǎng)發(fā)展趨勢,實(shí)現最新的功能,同時(shí)滿(mǎn)足成本、規劃和性能目標。
  
  要滿(mǎn)足ADAS應用的高性能需求,應在軟件和硬件上達到均衡。
  
  系統使用多個(gè)不同類(lèi)型的傳感器來(lái)完成安全相關(guān)任務(wù),這類(lèi)系統今后的發(fā)展會(huì )比較強勁。
  
  信號融合
  
  需要特別注意的是,大部分ADAS應用需要對來(lái)自多個(gè)傳感器的多路信號進(jìn)行處理和分析,包括,視頻攝像機、雷達、紅外傳感器,以及今后可能出現的激光等其他傳感器信號。例如,危險探測不僅僅需要對來(lái)自多個(gè)攝像機的數據流進(jìn)行集成和分析,而且,如果要用在全天候各種天氣條件下,還必須采用雷達數據。傳感器融合這一術(shù)語(yǔ)用于描述ADAS應用中不同信號的集成。
  
  處理信號融合這一難題的一種算法解決方案是Kalman濾波,它集合了很多種算法。這是說(shuō)明ADAS任務(wù)有多復雜的一個(gè)很好的例子。例如,Kalman濾波能夠集成視頻和雷達輸入信號,使用這些數據來(lái)生成當前環(huán)境的快照。然后,它在這些快照上應用名為“航位推測”的過(guò)程,根據物理條件,計算周?chē)h(huán)境“可能”會(huì )出現什么狀況。例如,它估算周?chē)?chē)輛的新位置,確定路邊的樹(shù)木沒(méi)有移動(dòng)等。然后,Kalman濾波功能對比這兩類(lèi)快照,在可信度基礎上,估算出應采取哪些措施。例如,如果汽車(chē)使用了ACC,車(chē)頭距離太近,那么,可以減速,或者剎車(chē)。
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