基于FPGA平臺的駕駛輔助應用加速發(fā)展

過(guò)去10年時(shí)間里，駕駛輔助應用中快速發(fā)展的另一個(gè)領(lǐng)域是汽車(chē)巡航控制。

OEM廠(chǎng)商提供標準巡航控制功能已經(jīng)有幾十年的時(shí)間，但這些系統并不具備智能性。在傳統的汽車(chē)巡航控制方式下，用戶(hù)可通過(guò)按鍵設定汽車(chē)的速度。但是，如果司機不夠專(zhuān)注，汽車(chē)就將保持這一速度，從而有可能駛向路邊或直接撞向前面的車(chē)輛或物體。

大約8年前，奔馳開(kāi)始在其S級汽車(chē)中安裝被稱(chēng)為自動(dòng)巡航控制的智能駕駛輔助系統，利用前向雷達來(lái)測量與前車(chē)之間的距離。司機按下按鈕，選擇他們希望與前車(chē)保持2秒、3秒或更長(cháng)時(shí)間的行車(chē)間距(headway)，然后，系統會(huì )自動(dòng)調節速度，以保持指定的行車(chē)間距。

Barnden表示最近推出的第二代自動(dòng)巡航控制系統實(shí)際上還可以控制制動(dòng)。“如果前面的車(chē)減速而離你的車(chē)太近，系統會(huì )稍微剎車(chē)以保持設定的2秒或3秒的安全車(chē)距。”

同樣，如果前面的車(chē)輛緩慢前行，自動(dòng)巡航控制系統也會(huì )減速慢行，始終保持與前車(chē)的安全距離。

Barnden認為，盡管這種系統比傳統的巡航控制更為高級一些，但根據駕駛輔助系統的標準，此類(lèi)自動(dòng)巡航控制仍然只是眾多基本高級系統中的一個(gè)。更先進(jìn)的自動(dòng)巡航控制系統還可以幫助發(fā)動(dòng)機安全地處理停停走走(stop-and-go)的情況，可適應快速的速度變化，并始終保持合理的距離。實(shí)際上，有些系統現在就可以做到這一點(diǎn)了。

2007年，OEM廠(chǎng)商售出了100萬(wàn)輛配有自動(dòng)巡航控制系統的汽車(chē)。Barnden預期隨著(zhù)這一技術(shù)的大眾化部署，這一數字會(huì )大幅增長(cháng)，特別是在歐洲和日本。

實(shí)際上，OEM和供應商已經(jīng)在加快研發(fā)結合了攝像頭與雷達系統的第三代自動(dòng)巡航控制系統，保證汽車(chē)在其車(chē)道上的速度，并且還可以預測因為其它車(chē)輛并道所帶來(lái)的危險(如靠得太近)。

Barnden說(shuō)：“第三代系統增加了更多智能性，能夠更好地預測前面的危險離你有多遠。根據這些數據，系統還可以確定在何種情況下可以忽略這種危險，或者是發(fā)出報警信號并采取預防性措施以避免撞車(chē)。”

夜視系統與威脅評估

駕駛輔助系統的另一個(gè)發(fā)展領(lǐng)域是幫助司機更清晰地看清前方的路況。

一個(gè)基本的例子是夜視。此類(lèi)系統通常采用紅外照明或熱成像技術(shù)的攝像頭，并利用汽車(chē)的導航系統向司機顯示熱敏感或紅外圖像。夜視系統對于夜間及時(shí)分辨并避免撞上行人和動(dòng)物非常有用。由于夜視技術(shù)目前成本尚高，因此OEM通常僅在其最高端車(chē)輛(如奔馳S級和寶馬7系列)中才提供這一系統。然而，隨著(zhù)技術(shù)的演化，夜視系統將會(huì )逐漸進(jìn)入主流車(chē)輛。

OEM廠(chǎng)商2007年在全球范圍內售出了約80萬(wàn)輛配有夜視系統的汽車(chē)。Barnden預期2015年這一數字將會(huì )增長(cháng)到300萬(wàn)輛。

車(chē)道偏離報警系統

駕駛輔助系統的另一應用是車(chē)道偏離報警系統。

OEM廠(chǎng)商提供的盲點(diǎn)探測系統利用位于汽車(chē)側面或后端的雷達傳感器或攝像頭來(lái)監視是否有其它車(chē)輛接近司機的盲點(diǎn)。如果有，系統會(huì )顯示報警燈通知司機，這樣就可以減少司機回頭的時(shí)間，從而讓他們更好地集中于前方路況。

Barnden正在觀(guān)察盲點(diǎn)探測系統是否會(huì )形成新的市場(chǎng)。他指出，2007年汽車(chē)行業(yè)售出的裝備有盲點(diǎn)探測系統的汽車(chē)約為30萬(wàn)輛。通常，OEM廠(chǎng)商僅在高端車(chē)型中提供此類(lèi)系統，如奧迪Q7豪華版SUV。

Barnden認為，將盲點(diǎn)探測系統與其它駕駛輔助系統相結合，將會(huì )變得更具吸引力。例如，如果司機分神察看盲點(diǎn)區域的情況時(shí)，自動(dòng)巡航控制系統會(huì )檢測到速度下降并做相應調整。

Barnden說(shuō)：“這也是為什么駕駛輔助系統如此有趣的原因，所有這一切結合起來(lái)將會(huì )大大改變駕駛體驗，為司機提供有用的建議。”

Barnden認為另一項新興的駕駛輔助技術(shù)——車(chē)道偏離報警系統頗具潛力，而且FPGA在這些系統中的應用也前景可觀(guān)。

車(chē)道偏離報警系統通常采用安裝在后視鏡上的攝像模塊來(lái)收集前方道路的圖像。Barnden說(shuō)：“系統中通常采用DSP(近來(lái)也更多地采用FPGA)進(jìn)行算術(shù)運算，識別路面的白色車(chē)道線(xiàn)，幫助司機確定所處的車(chē)道。如果司機犯困或忙于調節收音機頻道時(shí)汽車(chē)突然轉向另一車(chē)道，系統會(huì )發(fā)出聲音報警、輕搖司機座位或振動(dòng)方向盤(pán)來(lái)提醒司機。”

如果司機在更換車(chē)道前打了轉向燈，那么系統不會(huì )發(fā)出警報。因此，這一技術(shù)不僅可以在司機意外偏離車(chē)道時(shí)進(jìn)行報警，還可以促使司機養成良好的駕駛習慣。

目前，OEM廠(chǎng)商在其最高端車(chē)型(如標志雪鐵龍、寶馬、凱迪拉克和別克)中安裝了車(chē)道偏離報警系統，2007年，這些車(chē)型售出了不到100萬(wàn)輛。 Barnden說(shuō)：“作為增長(cháng)最快的應用之一，未來(lái)十年內配備這一系統的汽車(chē)將會(huì )增長(cháng)到1700萬(wàn)輛。預計到2015年會(huì )有1/4的汽車(chē)采用這一技術(shù)。”

與車(chē)道偏離報警系統類(lèi)似，另一項新興的駕駛輔助技術(shù)——標志識別(sign recognition)也采用前視攝像頭來(lái)讀取道路兩側的交通標志。Barnden表示：“假如系統看到一個(gè)限速標志并檢測到汽車(chē)剛剛駛過(guò)該標志，那么就會(huì )在儀表盤(pán)的顯示屏上顯示當前區域限速30mph。系統也會(huì )顯示司機沒(méi)有注意到的標志，如‘紅燈禁止右轉’等。”

Barnden認為，交通標志識別系統仍然處于開(kāi)發(fā)階段，在推向市場(chǎng)之前仍然必須克服一些挑戰。 例如，如果駕車(chē)經(jīng)過(guò)一系列非?？拷臉酥?，系統必須決定優(yōu)先顯示什么標志。一塊路標可能顯示“限速35mph”，而另一塊則顯示“前方有滑坡”，很明顯，系統應當優(yōu)先顯示更緊急的標志。

Barnden表示：“這一技術(shù)非常有用。駕駛輔助系統可以將信息提供給司機，但駕車(chē)的責任仍然在司機本人。”

未來(lái)：FPGA平臺推動(dòng)傳感器融合

盡管在過(guò)去10年時(shí)間里，駕駛輔助系統在所有這些方面的發(fā)展都很迅速，但專(zhuān)家認為真正的創(chuàng )新才剛剛開(kāi)始。事實(shí)上，負責設計駕駛輔助系統和其它汽車(chē)電子系統的設計人員正在致力于將所有這些功能結合起來(lái)。例如，利用一組傳感器完成多項任務(wù)，并將它們與汽車(chē)中的其它ECU相連。這樣就可以降低系統成本以及系統連接的布線(xiàn)復雜性，從而降低燃料消耗。最終，汽車(chē)會(huì )變得更舒適并且更環(huán)保。

整合這些先進(jìn)系統的關(guān)鍵是采用FPGA平臺。許多使用超聲波、雷達和攝像頭傳感器技術(shù)的第一代和第二代系統都依賴(lài)于DSP、或DSP與FPGA的組合來(lái)完成駕駛輔助系統所需要的快速計算。但是，隨著(zhù)駕駛輔助系統變得更為復雜，特別是開(kāi)發(fā)人員尋求利用一組傳感器來(lái)完成多項駕駛輔助系統任務(wù)，專(zhuān)家認為，僅采用 DSP的系統無(wú)法高效地完成工作。因此，FPGA的作用將得到擴展。