汽車(chē)安全趨勢―消除盲區的設計考慮

摘要：本文介探討了汽車(chē)的安全趨勢，以及消除盲區的設計考慮，諸如后視和攝像頭組合，獲得鷹眼視野等。

從防抱死制動(dòng)系統到安全氣囊，汽車(chē)安全的重要性多年來(lái)一直是大量重要創(chuàng )新背后的原動(dòng)力。德國汽車(chē)制造商率先利用了許多最先進(jìn)的技術(shù)來(lái)改進(jìn)對駕駛員安全保護和整體駕駛體驗。例如，僅在過(guò)去二十年間，德國汽車(chē)就率先提供了主動(dòng)車(chē)道保持輔助、變道輔助、起停和制動(dòng)輔助等功能。其中，車(chē)道保持輔助系統通過(guò)振動(dòng)方向盤(pán)提醒駕駛員汽車(chē)偏離了車(chē)道。變道輔助系統是基于雷達的系統，可提醒駕駛員有汽車(chē)進(jìn)入盲區，以幫助進(jìn)行安全變道。起停和制動(dòng)輔助是巡航控制的延伸，通過(guò)在瀕臨碰撞前快速施加制動(dòng)來(lái)減小追尾碰撞的風(fēng)險。

這些功能逐漸變得更加復雜和普遍，特別是隨著(zhù)安全攝像頭在汽車(chē)上的使用、消除了駕駛員的盲區的情況下。

設計考慮事項

在后視和其他攝像頭逐漸成為主流的過(guò)程中，成本和可靠性是汽車(chē)制造商面臨的兩個(gè)關(guān)鍵設計考慮因素。系統成本的兩個(gè)要素是攝像頭和顯示器。初始實(shí)現利用了安裝在后視鏡中的低成本顯示器。隨著(zhù)導航單元和儀表盤(pán)中的顯示器 (in-dash display) 變得更加常見(jiàn)，它們也被用于顯示后視攝像頭影像。原始設計想通過(guò)負責管理信息娛樂(lè )子系統的核心處理器來(lái)運行該視頻。但這些復雜的系統芯片 (SoC) 帶來(lái)了可靠性問(wèn)題，由于啟動(dòng)過(guò)慢，它們無(wú)法在汽車(chē)一點(diǎn)火后就及時(shí)向駕駛員提供后視攝像頭影像。

另一個(gè)選擇(特別是在這些SoC上的負載繼續增加時(shí))是利用類(lèi)似于“硬件實(shí)現的”視頻解碼器和LCD控制器解決方案來(lái)繞過(guò)SoC，將倒車(chē)影像幾乎立即傳送至顯示器(圖1)，以確保在不到500ms內的可靠傳送。

該方案使系統能夠檢測鎖定情況并在需要時(shí)繞過(guò)SoC。硬件旁路提供了所有主要整車(chē)廠(chǎng)都要求的通信健全性和可靠性。

目前的系統架構師面臨的另一個(gè)挑戰是，大多數數字SoC沒(méi)有足夠多的端口來(lái)接受現代汽車(chē)要求的越來(lái)越多的視頻輸入。因此，雖然它們擁有處理該數據的能力——盡管并不總是那么可靠，但無(wú)法立即把來(lái)自多個(gè)輸入的數據傳送到器件。答案是通過(guò)一條數據總線(xiàn)來(lái)一起交錯傳送這些信號，而且該總線(xiàn)只需要一個(gè)連接應用處理器的視頻接口。SoC因此能夠解復合(demux)和處理多個(gè)不同的視頻流。隨著(zhù)時(shí)間的推移，交錯傳送的視頻流的數量將會(huì )增加，從而支持更多視頻輸入。交錯傳送數字輸出方案使用的多通道模擬視頻解碼器騰出了SoC上的寶貴引腳，而這是一個(gè)重要設計考慮事項。

另外還有成本優(yōu)勢。由于每個(gè)汽車(chē)上有多達8個(gè)攝像頭，所以成本成為這些安全功能進(jìn)入更多中低端車(chē)的一個(gè)重要因素。需要更復雜和昂貴的處理及接線(xiàn)的高清攝像頭，對這些汽車(chē)來(lái)說(shuō)并非經(jīng)濟有效的選擇。反之，模擬技術(shù)是全功能的，并能以低得多的實(shí)施成本提供可靠性?xún)?yōu)勢。

獲得鷹眼視野

現在，汽車(chē)制造商已不再爭論后視攝像頭是否有用，大多數制造商正大踏步邁進(jìn)，欲使全景環(huán)視功能成為許多車(chē)型的標準安全功能。

全景環(huán)視監控系統(亦稱(chēng)全景環(huán)視監控器)可處理來(lái)自四個(gè)車(chē)載攝像頭的視頻，然后將四幅圖像合并為鷹眼俯視圖，如同汽車(chē)正上方有個(gè)攝像頭一樣。該監控器可幫助駕駛員從視覺(jué)上確認汽車(chē)相對于周?chē)矬w的位置，以方便其機動(dòng)操作和停車(chē)。據Infinity Research的研究，僅全景環(huán)視監控器一項應用在2018年前的復合增長(cháng)率就達到33%。

實(shí)施該應用的成本效益已經(jīng)提高，并可通過(guò)專(zhuān)為全景環(huán)視泊車(chē)輔助應用開(kāi)發(fā)的新型多通道視頻解碼器技術(shù)提供大量的可靠性好處。集成始終是個(gè)關(guān)鍵推動(dòng)因素，最新解決方案通過(guò)集成四個(gè)高質(zhì)量NTSC/PAL模擬視頻解碼器與10-bit模/數轉換器 (ADC) 來(lái)同時(shí)支持四個(gè)獨立模擬攝像頭輸入(圖2)。靈活的數字輸出接口可將圖像發(fā)送至處理器，隨后由處理器將四幅圖像合并為一個(gè)全景環(huán)視畫(huà)面。片上模擬視頻解碼器能夠將合成視頻作為標準模擬復合信號傳送至汽車(chē)音響本體顯示器。直接接收差分模擬視頻輸入的能力，避免了在每個(gè)輸入通道上配置一個(gè)外圍功率放大器，進(jìn)一步減少了元件數目。這一高集成度有助于簡(jiǎn)化系統設計和最大限度減小解決方案尺寸，以節省寶貴的電路板空間和降低總系統成本，這是使該功能得到普及的一個(gè)關(guān)鍵因素。

靈活性也很重要。由于可能采用各種實(shí)現方法，這些新的四通道視頻解碼器現在可提供數字輸出接口，來(lái)支持多種配置，包括通過(guò)四條27MHz 8-bit總線(xiàn)提供標準ITU-R BT.656格式輸出;通過(guò)一條54MHz 8-bit總線(xiàn)發(fā)送雙通道視頻的時(shí)分復用字節交錯輸出;或者通過(guò)一條108MHz 8-bit總線(xiàn)發(fā)送四通道視頻的時(shí)分復用字節交錯輸出。這使系統工程師能夠設計用于不同車(chē)型的大量功能變體，而無(wú)需進(jìn)行全新的設計。設計工程師還應注意有些視頻解碼器和編碼器具有更適合監控系統而非汽車(chē)應用的功能，因為它們沒(méi)有關(guān)鍵的論斷功能，如對電池短路和對地短路，而這些功能可進(jìn)一步提升可靠性，并確保系統設計工程師無(wú)需為其不需要的功能花錢(qián)。

未來(lái)趨勢

安全性在過(guò)去十年已成為一個(gè)重要區別因素——碰撞試驗數據的容易獲得和避免小磕碰及嚴重事故的能力已成為消費者選擇汽車(chē)時(shí)的重要考慮因素。這已改變了汽車(chē)制造商宣傳這些新功能的方式。由于消費者準備為安全花錢(qián)，所以諸如盲區監控器和車(chē)道偏離警告等功能，使得擁有中央LCD和信息娛樂(lè )系統比通過(guò)升級來(lái)獲得更好的無(wú)線(xiàn)電或導航系統變得更有吸引力?；A車(chē)型的附加高檔功能日益集中于幫助實(shí)現更佳的視野和安全性，并且事實(shí)證明在經(jīng)濟上對汽車(chē)制造商也是更好的選擇。

隨著(zhù)安全功能實(shí)施成本使其有可能在更多主流車(chē)型上實(shí)現，還有更多進(jìn)展將會(huì )到來(lái)。越來(lái)越多的視頻將被用于提供諸如夜視和自動(dòng)增亮和變暗功能來(lái)改善可視性，例如，擋風(fēng)玻璃將成為顯示診斷數據的又一個(gè)顯示器。提供可靠、易于集成和經(jīng)濟有效的視頻解決方案將成為下一代ADAS功能的關(guān)鍵推動(dòng)因素，這將增加對駕駛員的安全保護并最終增加消費者對新車(chē)的需求。