基于FPGA平臺的駕駛輔助應用加速發(fā)展

眾所周知，在過(guò)去50年時(shí)間里，安全帶、前置氣囊、安全帶預緊器、防抱死制動(dòng)(ABS)以及側邊氣囊等汽車(chē)安全系統的應用大大降低了汽車(chē)事故的傷亡率?，F在，汽車(chē)生產(chǎn)商在汽車(chē)安全方面付出更多努力，特別是在汽車(chē)駕駛輔助系統方面做出了許多創(chuàng )新。駕駛輔助(DA)技術(shù)在進(jìn)一步提高安全性的同時(shí)還將帶來(lái)革命性的嶄新駕駛體驗。包括工具、IP和芯片在內的FPGA平臺將在實(shí)現這一誘人前景的過(guò)程中扮演關(guān)鍵角色。

賽靈思公司汽車(chē)系統架構師和駕駛輔助專(zhuān)家Paul Zoratti表示：“汽車(chē)生產(chǎn)商在汽車(chē)中集成的駕駛輔助系統可以幫助司機做得更好。駕駛輔助系統能夠以報警等形式為司機提供多種信息，幫助司機在任何情況下做出更準確的選擇，從而使駕駛更安全。”

得益于電子技術(shù)的發(fā)展以及OEM廠(chǎng)商在此基礎上的創(chuàng )新，駕駛輔助系統的能力相當強大，而未來(lái)的潛力更是令人驚嘆。

關(guān)注汽車(chē)電子行業(yè)的Semicast公司首席分析師Colin Barnden認為，汽車(chē)生產(chǎn)商和一級供貨商以及研究人員對駕駛輔助系統的研究已有幾十年的時(shí)間，但只是在過(guò)去的10年多時(shí)間里，電子系統和設計技術(shù)才發(fā)展到足夠高的水平，OEM廠(chǎng)商才欣然接受并將其配置于汽車(chē)內。Barnden表示：“駕駛輔助系統在如此短的時(shí)間里取得如此大的發(fā)展確實(shí)令人感到驚奇。”

目前，OEM廠(chǎng)商及其供應商，甚至零配件電子控制單元(ECU)制造商都正在提供及設計多種駕駛輔助系統(見(jiàn)圖1)。駕駛輔助系統可以幫助司機更快更好地停車(chē)，與前車(chē)保持安全距離，還可以通知司機他們此前可能無(wú)法看到的危險，并幫助他們安全地更換車(chē)道。

許多此類(lèi)系統在幾年前出現時(shí)還都是相當簡(jiǎn)單的技術(shù)。但OEM廠(chǎng)商很快就發(fā)展出更復雜的系統，而現在又在將這些系統集成為“傳感器融合技術(shù)”，即融合多種駕駛輔助系統，每個(gè)系統獨立工作，但都使用源于相同的共享傳感器的輸出。這樣就可以為司機提供更精確的周邊環(huán)境信息，幫助他們做出更準確的決定，并提供更安全更豐富的駕駛體驗。要實(shí)現這些，就需要更強大的高級計算技術(shù)。這也是FPGA平臺可以大展身手的地方。

停車(chē)系統的快速演化

大約10年前，OEM廠(chǎng)商推出了第一代輔助駕駛系統——倒車(chē)輔助系統。倒車(chē)輔助系統包括安裝在車(chē)尾的一系列傳感器，可通過(guò)超聲波或雷達信號測量與車(chē)后物體的距離。在司機倒車(chē)時(shí)，傳感器通常會(huì )發(fā)出“嗶嗶”的提醒聲，且提醒聲的頻率會(huì )隨著(zhù)汽車(chē)離障礙物距離的縮短而增加。當汽車(chē)離障礙物的距離小于四英寸時(shí)，提醒聲會(huì )變成固定音調的報警音。

Barnden表示：“這一功能非常有用，特別是當駕駛大型車(chē)輛(如載貨車(chē))的時(shí)候。但這只是最基本的系統，實(shí)際上并沒(méi)有集成智能功能，所有工作和判斷仍然必須由司機完成。當汽車(chē)靠近其他物體時(shí)，系統會(huì )發(fā)出警報，但最終還得由司機決定是繼續倒車(chē)還是停下來(lái)。”

倒車(chē)輔助系統是部署最廣泛的系統，也是OEM供貨批量最大的駕駛輔助系統。2007年，汽車(chē)生產(chǎn)商在歐洲生產(chǎn)的500萬(wàn)輛汽車(chē)中以及在美國生產(chǎn)的200萬(wàn)輛汽車(chē)中均安裝了倒車(chē)輔助系統，全球的總安裝量約為1000萬(wàn)。也就是說(shuō)，2007年生產(chǎn)的汽車(chē)中大約6輛車(chē)中有1輛安裝了倒車(chē)輔助系統。“我預計這一數字在所有地區還會(huì )進(jìn)一步增長(cháng)，因為這一功能既有用又簡(jiǎn)單，并且還不貴。”Barnden說(shuō)。

OEM廠(chǎng)商將這一技術(shù)向前推進(jìn)了一步，增加了智能系統從而創(chuàng )造出被稱(chēng)為停車(chē)輔助(Park Assist)的新駕駛輔助系統。安裝在汽車(chē)后號牌附近的攝像頭可連接至司機座位前面的導航顯示系統，倒車(chē)時(shí)，導航系統會(huì )自動(dòng)激活攝像頭，這樣司機就能看到汽車(chē)距離后面的物體到底有多近。有些系統還能進(jìn)行一些基本的圖像識別，并在屏幕上顯示一些可視線(xiàn)索，這樣司機就可以獲得應該何時(shí)打輪等信息。

Barnden指出，奔馳和寶馬等OEM廠(chǎng)商在5年前就開(kāi)始在其最高端的車(chē)型中提供停車(chē)輔助系統?，F在，這一技術(shù)更多地出現在更為主流的車(chē)型中，特別是 SUV，因為司機很難通過(guò)向背后看或從后視鏡中確定車(chē)后的障礙。Barnden表示，2007年售出的汽車(chē)中配有停車(chē)輔助系統的共有100萬(wàn)輛。

下一代系統則是自動(dòng)停車(chē)，凌志(Lexus)汽車(chē)在幾年前就率先在其LS系列豪華車(chē)型中安裝了自動(dòng)停車(chē)系統。

在自動(dòng)停車(chē)系統中，幾個(gè)近身傳感器(包括超聲波傳感器和攝像頭)遍布車(chē)身周?chē)?。當司機倒車(chē)時(shí)，系統會(huì )檢查本車(chē)與其它停放車(chē)輛之間的距離，并報告空間是否足夠。實(shí)際上，系統還可以做更多工作。根據司機的最終判斷和確定的方向，自動(dòng)停車(chē)系統會(huì )完成剩下的所有任務(wù)，自動(dòng)將車(chē)停放好。

Barnden表示：“司機只需按動(dòng)一個(gè)按鍵，汽車(chē)就會(huì )自動(dòng)停好，這確實(shí)令人著(zhù)迷。也許你認為能夠自動(dòng)停車(chē)的汽車(chē)是20或25年以后的事情，但今天的 OEM廠(chǎng)商就已經(jīng)做到了。”

停車(chē)輔助系統能夠全方位地對車(chē)身周?chē)M(jìn)行測量，并迅速計算每一邊與其它物體的距離。“這個(gè)系統能夠了解停車(chē)時(shí)的操作步驟，是因為設計師已經(jīng)將停車(chē)算法編程入系統中。因此，系統知道應當向哪個(gè)方向打輪，相對于后面的車(chē)輛應當如何向前移動(dòng)，以及停車(chē)所需的所有參數。”Barnden補充道。

在這方面，日本的OEM廠(chǎng)商比世界其它地方提前3到5年，但歐洲的汽車(chē)生產(chǎn)商也已開(kāi)始采用停車(chē)輔助系統。“這一功能在美國并不普遍，但毫無(wú)疑問(wèn)，它最終也會(huì )流行起來(lái)。”Barnden表示。最初應用于高端汽車(chē)的停車(chē)輔助系統正逐漸應用于較小的日本和歐洲汽車(chē)，并且在城市中非常流行，因為大城市中很難尋找到寬敞的停車(chē)空間。

Barnden認為：“更令人驚奇的是，停車(chē)輔助系統非?？煽?，并且特別精確，這令人難以置信。”隨著(zhù)這一技術(shù)越來(lái)越常見(jiàn)，司機很可能將會(huì )越來(lái)越相信停車(chē)輔助系統要比自己停車(chē)更好。

Barnden解釋道：“如果交給計算機一項相對獨立的任務(wù)，那么計算機通常做得比人要好。” 然而，駕駛輔助系統的關(guān)鍵特點(diǎn)之一是司機在控制汽車(chē)方面具有最終決定權，具有比自動(dòng)系統更高的優(yōu)先控制權。

汽車(chē)巡航控制的快速演化