如何通過(guò)傳感器融合技術(shù)提升自動(dòng)駕駛水平

隨著(zhù)ADAS技術(shù)擴展至緊急剎車(chē)、前方碰撞警告和避讓以及盲點(diǎn)探測等時(shí)間敏感型關(guān)鍵應用領(lǐng)域，它可通過(guò)結合來(lái)自多個(gè)傳感器的數據實(shí)時(shí)提供可靠的決策，從而帶來(lái)更安全的自動(dòng)駕駛體驗。

使用人工智能輔助攝像頭，可識別路標并讓車(chē)輛保持行駛在車(chē)道標線(xiàn)內，它實(shí)現了更加智能與安全的駕駛功能。但是，當攝像頭視野和駕駛人員視野同樣受到霧氣影響時(shí)，會(huì )發(fā)生什么？

“攝像頭可能在物體識別方面功能強大，但在惡劣天氣或夜間使用時(shí)效果不佳?！?/span>德州儀器高級駕駛輔助系統 (ADAS)總經(jīng)理Miro Adzan表示，“而雷達卻可以在雨雪或薄霧天氣繼續工作。駕駛輔助系統需要整合多種不同的傳感器，這樣車(chē)輛行駛時(shí)才能充分利用這些不同技術(shù)的優(yōu)勢?！?/span>

憑借不同類(lèi)型傳感器的優(yōu)勢，不僅可以在不同條件或應用之間進(jìn)行切換，即使是在晴朗的天氣，攝像頭也能更準確地捕捉到物體的細節，而雷達也會(huì )更準確地測量物體的距離。

隨著(zhù)此類(lèi)系統應用擴展至緊急剎車(chē)、前方碰撞警告和避讓以及盲點(diǎn)探測等時(shí)間敏感型關(guān)鍵應用領(lǐng)域，設計工程師需要將這些不同的信息來(lái)源整合到單一畫(huà)面中，從而據此做出實(shí)時(shí)可靠的決策。

德州儀器Jacinto?處理器的總經(jīng)理Curt Moore表示：“對于自動(dòng)泊車(chē)，您需要結合來(lái)自攝像頭、雷達的數據，有時(shí)還需要超聲波數據，這樣便可準確了解車(chē)輛周?chē)那闆r。單獨使用此類(lèi)傳感器產(chǎn)生的數據都不夠準確，但如果將它們結合使用，則可以更準確地了解您周?chē)目臻g情況。這樣，您可以安全地將車(chē)停在更為狹窄的空間內?！?/span>

汽車(chē)傳感器的普及

現在，高級安全系統不再只是高端汽車(chē)的專(zhuān)利。近 93%在美國生產(chǎn)的汽車(chē)都配備了至少一項ADAS功能。到 9 月份，美國 99% 的新車(chē)將標配自動(dòng)緊急剎車(chē)功能。1

這種轉變源于傳感器的成本不斷降低且尺寸越來(lái)越小，例如，TI 毫米波雷達傳感器就將整個(gè)雷達系統集成到了硬幣大小的芯片中。

Miro表示：“十年前，由于尺寸、成本和復雜性問(wèn)題，雷達主要用于軍事應用。而如今，雷達即將成為汽車(chē)的標配?！?/span>

雖然經(jīng)濟適用的傳感器的普及開(kāi)辟了新的應用領(lǐng)域，但也給ADAS工程師帶來(lái)了新的挑戰。他們需要設計系統，對所有數據流進(jìn)行匯總和有效處理，同時(shí)滿(mǎn)足嚴苛的性?xún)r(jià)比和功耗限制要求。

通信方面的挑戰

在單傳感器ADAS系統中，可在傳感器附近預處理物體檢測的數據，這樣便可立即使用這些信息。然而，傳感器融合技術(shù)要求將原始的高分辨率數據立即傳輸到中央單元進(jìn)行處理，從而形成單一、準確的環(huán)境模型，幫助車(chē)輛避免碰撞。

德州儀器FPD-Link? 產(chǎn)品總經(jīng)理Heather Babcock表示：“由于所有數據都來(lái)自此類(lèi)傳感器節點(diǎn)，因此需要確保所有數據都進(jìn)行了同步，這樣，車(chē)輛能夠感應您周?chē)l(fā)生的狀況并做出關(guān)鍵決策。為了實(shí)時(shí)傳輸同步數據，必須進(jìn)行高帶寬、無(wú)壓縮的傳輸，因為壓縮數據會(huì )造成延遲?！?/span>

我們創(chuàng )建FPD-Link通信協(xié)議的初衷是為了將數字視頻流從圖形處理器傳輸到數字顯示器，如今旨在用簡(jiǎn)單、易于布線(xiàn)的電纜在數米范圍內傳輸大量未壓縮的數據。

Heather表示：“您在這一端有一個(gè)標準協(xié)議以及FPD-Link串行器，該串行器配備非常安全且可靠的專(zhuān)有編碼功能，用于轉換數據流。這與另一端配對的解串器相匹配，該解串器將數據重構為原始格式，并通過(guò)TI產(chǎn)品組合支持的各種其他接口協(xié)議進(jìn)行數據傳輸?！?/span>

實(shí)現更有效的決策

一旦這些數據到達中央處理器，通常需要使用計算密集型信號處理和深度學(xué)習算法，將其整合到汽車(chē)周?chē)h(huán)境的統一模型中，所需的電源輸入和熱量輸出也隨之增加。

由于汽車(chē)的物理限制，對電池和冷卻功能基礎設施的尺寸和重量有嚴格限制要求，因此ADAS工程師需要專(zhuān)門(mén)設計處理器，從而盡可能有效地執行此類(lèi)任務(wù)。

德州儀器的 Jacinto處理器結合了專(zhuān)用的數字信號處理(DSP)和矩陣乘法內核，即便在高達125攝氏度的溫度下，也能以業(yè)內超低的可用功率運行。

Curt表示：“將DSP和處理器集成到一個(gè)片上系統中具有巨大的優(yōu)勢。在單獨使用的情況下，它們各自都需要獨立的內存和電源，這會(huì )提高系統成本。另一個(gè)優(yōu)勢是將此類(lèi)操作集成到一個(gè)芯片，可以減少延遲?！?/span>

除了節能處理器，德州儀器的汽車(chē)級電源管理集成電路具有用于傳感器融合、前置攝像頭和域控制器的功能安全特性，可提升車(chē)輛的整體電源效率和功能。

除了單個(gè)器件外，德州儀器整個(gè)ADAS產(chǎn)品生態(tài)系統是為實(shí)現無(wú)縫兼容而創(chuàng )建的，汽車(chē)制造商可從整體產(chǎn)品組合中進(jìn)行選擇，該組合可根據其車(chē)輛的需求和價(jià)位進(jìn)行擴展。

Miro表示：“我們在所有ADAS藍圖設計環(huán)節都考慮到了車(chē)輛所面臨的各種挑戰。這樣，我們的客戶(hù)可以更輕松地進(jìn)行系統設計?！?/span>

其他參考資料

·       https://www.aaa.com/AAA/common/AAR/files/ADAS-Technology-Names-Research-Report.pdf