汽車(chē)多種傳感器技術(shù)融合催生自主型汽車(chē)

汽車(chē)工業(yè)正在尋找保護駕駛員和乘客安全的創(chuàng )新方法，從一些小幅度地增強安全性能開(kāi)始，最終目標是創(chuàng )建完全的自主型汽車(chē)。汽車(chē)工業(yè)在防抱死制動(dòng)系統、電子穩定性控制、多個(gè)安全氣囊以及最近出現的后視攝像頭系統等安全功能應用方面出現了高速增長(cháng)。

同時(shí)，汽車(chē)工業(yè)也持續承受著(zhù)來(lái)自各種政府團體和消費者本身的壓力，要求生產(chǎn)出具備更有效的安全特性的車(chē)輛。例如，美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)已經(jīng)提出在每輛車(chē)的后面定義一個(gè)具體的區域，當車(chē)輛倒車(chē)時(shí)，駕駛員必須能夠看到這個(gè)區域，其解決方案就是后視攝像頭系統。同樣，歐洲各國的新車(chē)評價(jià)程序(NCAP)正在推動(dòng)安全特性的發(fā)展，比如碰撞預警、車(chē)道偏離預警、自動(dòng)遠光燈控制和其它安全特性等等。

安全推動(dòng)項目

安全標準通常由政府機構規定或由保險行業(yè)推動(dòng)，這些標準日益重視能夠提高安全性，同時(shí)有機會(huì )改善用戶(hù)體驗的新技術(shù)。這使得相關(guān)技術(shù)供應商不僅能夠脫穎而出，還可獲得較高的投資回報。

自主型汽車(chē)的駕駛員輔助系統介紹和演進(jìn)

自上世紀90年代初以來(lái)，先進(jìn)駕駛輔助系統(ADAS)的開(kāi)發(fā)人員一直努力提供更安全、更便利的駕駛體驗。在過(guò)去二十多年里，超聲波輔助停車(chē)、自適應巡航控制和車(chē)道偏離預警系統等特性已經(jīng)部署在高檔車(chē)輛中。最近，汽車(chē)制造商已經(jīng)增加了后視攝像頭、盲點(diǎn)檢測和環(huán)景顯示系統作為選件。除超聲波輔助停車(chē)之外，ADAS系統的部署量一直有限，但是，預計在未來(lái)十年內ADAS系統的部署量將會(huì )顯著(zhù)上升。

目前，政府可能制定的法規、消費者對安全特性的強烈興趣、以及遠程傳感器和相關(guān)算法的創(chuàng )新正在推動(dòng)ADAS部署量增長(cháng)，這些算法往往用來(lái)提取和解釋關(guān)鍵的安全信息。隨著(zhù)時(shí)間的推移，這些ADAS系統將變得更先進(jìn)，并且將從高檔車(chē)輛轉向主流車(chē)輛，其中，基于攝像頭系統的處理將起到非常重要的作用。

利用這些技術(shù)開(kāi)發(fā)提供的動(dòng)力，汽車(chē)工業(yè)已經(jīng)開(kāi)始認真地考慮開(kāi)發(fā)最大程度減少人為干涉、自動(dòng)駕駛的自主型汽車(chē)。

目前車(chē)輛中已有的某些特性實(shí)例可以作為自主型汽車(chē)的早期基礎，下面將對這些特性進(jìn)行討論。

自適應巡航控制(ACC)

自適應巡航控制(ACC)是高檔車(chē)輛的可選特性，利用雷達或激光裝置，當車(chē)輛接近另一輛車(chē)時(shí)，使車(chē)輛減速，當交通條件允許時(shí)，則重新加速到預定速度。這種系統將成為未來(lái)智能車(chē)輛的基礎，進(jìn)一步增加車(chē)輛的安全特性。

車(chē)道偏離警告(LDW)

美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)于2003年開(kāi)展的一項研究表明，55%的死亡事故是由于車(chē)輛偏離車(chē)道，撞上其它車(chē)輛或路邊障礙物所致。以上數據為L(cháng)DW系統提供了支持，當車(chē)輛偏離其指定車(chē)道時(shí)，LDW系統可以向駕駛員報警，。

基于攝像頭的LDW系統利用安裝在后視鏡后面的小攝像頭檢測公路上的車(chē)道標線(xiàn)。攝像頭檢測公路邊緣標線(xiàn)，如果駕駛員無(wú)意間跨過(guò)車(chē)道（未使用轉向信號），則會(huì )發(fā)出預警 — 如方向盤(pán)振動(dòng) — 提醒駕駛員回到車(chē)道。

在組合使用雷達和攝像頭技術(shù)的系統中，攝像頭的圖像及車(chē)輛速度被發(fā)送到系統的微處理器中，這些信息用于計算汽車(chē)和車(chē)道標線(xiàn)之間的距離及相對于車(chē)道標線(xiàn)的橫向速度變化率。然后，該微處理器將其與標準數據進(jìn)行比較，判斷車(chē)輛是否偏離車(chē)道。如果根據距離和橫向速度，判斷車(chē)輛偏離了車(chē)道，則會(huì )通過(guò)儀表盤(pán)上的指示燈或通過(guò)類(lèi)似蜂鳴器報警向駕駛員發(fā)出警告。

碰撞緩解或碰撞預警

這些系統一般利用配備輔助系統如激光雷達的單一前視攝像頭，或者利用兩個(gè)攝像頭立體系統，其中立體成像用于確定距離及檢測車(chē)前的車(chē)輛和物體。利用這種系統的信息并結合車(chē)輛狀態(tài)來(lái)確定是否存在需要向駕駛員報警的狀況，或者在一些更高級的實(shí)施方案中，該系統干預并執行制動(dòng)，以避免發(fā)生碰撞。

目前，這些系統對于減少典型通勤交通堵塞狀況下出現的“輕微碰撞”有較大的作用，并且有可能避免更高車(chē)速下發(fā)生的更嚴重事故。

到2015年市場(chǎng)將可以提供具備部分自主駕駛功能的車(chē)輛，到2020年將出現具有更先進(jìn)的自主型汽車(chē)。

基于攝像頭系統(即防撞)、可嵌入到汽車(chē)或移動(dòng)設備中的先進(jìn)車(chē)輛對車(chē)輛或者車(chē)輛對基礎設施通信系統、以及其它許多正在開(kāi)發(fā)的技術(shù)的結合，構成了一個(gè)通過(guò)融合各種傳感器和通信技術(shù)而實(shí)現自主型汽車(chē)的未來(lái)前景。

傳感器技術(shù)融合:在一個(gè)系統中集成多種感測技術(shù)

先進(jìn)駕駛輔助系統(ADAS)應用，如車(chē)道偏離預警、碰撞預警和遠光燈控制正被人們快速接受。預期新車(chē)評價(jià)程序(NCAP)、美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)五星安全評級將會(huì )提高這些應用的配售率。分析人士預測，到2017年，車(chē)道偏離預警配售率的增長(cháng)將超過(guò)10%。在這種系統中采用雷達、攝像頭和超聲波傳感器，實(shí)現先進(jìn)的安全特性，它們包括:

? 后向自動(dòng)剎車(chē)

? 自適應巡航控制

? 智能輔助制動(dòng)

? 前向碰撞預警和緩解

? 安全警示座椅

? 車(chē)道偏離預警

? 盲區檢測

? 后方路過(guò)交通警示

? 遠光燈控制

? 后視攝像頭

? 平視顯示器

圖1 各種汽車(chē)傳感器需求隨時(shí)間的變化狀況

在自適應巡航控制、車(chē)道偏離預警、前向碰撞預警、低速碰撞緩解及遇到行人時(shí)自主剎車(chē)等主動(dòng)安全特性實(shí)施中整合攝像頭技術(shù)和雷達技術(shù)，可以減少事故、傷害和昂貴的財產(chǎn)損失。

隨著(zhù)更多的主動(dòng)安全特性從可選項目轉為標準配置，傳感器融合系統將有助于降低成本，并在市場(chǎng)上變得更為普遍。

集成雷達和攝像頭系統可在單一模塊中實(shí)現雷達探測、視覺(jué)傳感和數據融合。這種技術(shù)集成有助于為汽車(chē)制造商提供最好的價(jià)值。

特別需要指出的是，傳感器融合將使未來(lái)的主動(dòng)安全特性系統能夠處理更多的輸入信號，以便提供360度碰撞風(fēng)險檢測和增強的駕駛輔助特性。如上圖1所示，如果系統綜合了幾種傳感技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，并且有效管理這些輸入信息，可以提供建議、預警和控制干預，幫助駕駛員避免碰撞和拯救生命。

傳感器融合也是開(kāi)發(fā)半自主和全自主型汽車(chē)的構建模塊，設計用于保持車(chē)輛在車(chē)道中的位置，并適應周?chē)煌ōh(huán)境?？梢栽O想，到2020年，將可以提供更多先進(jìn)的自駕技術(shù)，實(shí)現半自主和全自主駕駛。

通過(guò)將GPS與車(chē)輛對車(chē)輛通信、距離傳感和物體檢測技術(shù)相結合，傳感器融合技術(shù)開(kāi)發(fā)可以實(shí)現自主型汽車(chē)所需要的特性，可根據實(shí)時(shí)交通信息自動(dòng)選擇最快的路徑。

沒(méi)有任何單一的傳感技術(shù)能夠實(shí)現這些解決方案，因此，采用多種技術(shù)的多傳感器能夠以部署這些系統必需的價(jià)位提供最佳的解決方案。

最終實(shí)現自主型汽車(chē)安全系統的各種系統中使用的某些傳感器技術(shù)包括：

視覺(jué)——基于圖像傳感器的攝像頭系統，用于自適應視覺(jué)處理的高速并行處理系統。

雷達——毫米波長(cháng)雷達掃描可用于防撞，尤其在因煙霧、灰塵導致天氣模糊的環(huán)境下。

雷達/激光雷達——激光檢測和測距或光檢測和測距利用激光來(lái)檢測與物體的距離，類(lèi)似于雷達系統。

車(chē)輛傳感器——車(chē)輛配備的其它傳感器還用于提供關(guān)于車(chē)輛狀況或性能好壞的反饋情況。一般說(shuō)來(lái)，這些傳感器與駕駛員控制臺或儀表盤(pán)上的相同，如里程表、引擎溫度、油壓、電池電量和燃料液位等監控信息。

Aptina認為，圖像傳感器技術(shù)的進(jìn)步是本文中所描述的自主型汽車(chē)應用的基礎，圖像傳感器技術(shù)與上文所述的其它技術(shù)的融合將在邁向自主型汽車(chē)的進(jìn)程中起到重要的作用。

自2004年以來(lái)，Aptina一直是汽車(chē)領(lǐng)域圖像傳感器的領(lǐng)先供應商，可提供一系列從VGA到百萬(wàn)像素分辨率的傳感器產(chǎn)品。Aptina圖像傳感器具有業(yè)界最佳的低光照性能、高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)性能和廣泛的產(chǎn)品組合，已經(jīng)獲得業(yè)界廣泛的認可。

結論

汽車(chē)工業(yè)正持續承受著(zhù)生產(chǎn)駕駛更安全車(chē)輛的壓力。目前，基于攝像頭的觀(guān)測系統對于更先進(jìn)安全系統的開(kāi)發(fā)非常關(guān)鍵。下一代安全系統將在每輛車(chē)中使用多種傳感器和多種傳感器技術(shù)，最終實(shí)現安全性能非常出色的自主型汽車(chē)。