李彥宏宣布百度將在今年內推出無人駕駛汽車,而特斯拉CEO前不久也放話說“無人駕駛汽車并不是個事兒”,言下之意,無人駕駛時代即將到來。但事實 上,無人駕駛目前仍處在夢想的初級階段,Google的無人駕駛汽車早已上路實測,至今仍沒商用,即可見一斑。不過,在實現無人駕駛的夢想前,高級駕駛員 輔助系統(ADAS)確實可以讓駕駛員獲得實實在在的受益。ADAS能夠在復雜的車輛操控過程中為駕駛員提供輔助和補充,并在未來最終實現無人駕駛。
先進駕駛員輔助系統(Advanced Driver Assistant System),簡稱ADAS,是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器,在第一時間收集車內外的環境數據,進行靜、動態物體的辨識、偵測與追蹤等技術上的處 理,從而能夠讓駕駛者在最快的時間察覺可能發生的危險,以引起注意和提高安全性的主動安全技術。ADAS采用的傳感器主要有攝像頭、雷達、激光和超聲波 等,可以探測光、熱、壓力或其它用于監測汽車狀態的變量,通常位于車輛的前后保險杠、側視鏡、駕駛桿內部或者擋風玻璃上。早期的ADAS技術主要以被動式 報警為主,當車輛檢測到潛在危險時,會發出警報提醒駕車者注意異常的車輛或道路情況。對于最新的ADAS技術來說,主動式干預也很常見。
ADAS系統關鍵技術及應用
ADAS的兩個關鍵技術是處理器和傳感器,雖然ADAS應用系統越來越復雜,但隨著器件性能升高成本降低,ADAS的應用正在從豪華高檔汽車向中低檔汽 車中普及。例如,自適應巡航控制、盲點監測、車道偏離警告、夜視、車道保持輔助和碰撞警告系統,具有自動轉向和制動干預功能的主動ADAS系統也已開始在 更廣闊的市場上得以應用。
系統:車道偏離報警傳感器:攝像機
當車輛離開其車道, 或者接近道路邊緣時,系統發出聲音報警或者動作報警(通過輕微的振動方向盤或者座椅來實現)。當車輛速度超過一定閾值(例如,大于55英里),車輛沒有打 開轉向信號燈時,這些系統會開始發揮作用。當車輛行駛,其相對于車道標志線的位置表明車輛有可能偏離車道時,需要通過攝像機系統來觀察車道標志。雖然對于 所有車輛制造商而言這些應用需求是相似的,但是每一廠商都采用了不同的方法,使用一臺前視攝像機,一臺后視攝像機,或者雙路/立體前視攝像機。出于這一原 因,很難采用一種硬件體系結構來滿足各種不同類型的攝像機要求。需要采用靈活的硬件體系結構來提供不同的實現選擇。
系統:自適應巡航控制傳感器:雷達
過去十年中,豪華汽車采用了ACC(自適應巡航控制)技術,這一技術目前也在更廣泛的市場上得到了應用。傳統的巡航控制技術設計用于保持車輛以恒定的車 速行駛,與此不同,ACC技術使車速與交通狀況相適應,如果與前車距離太近,則會降速,在路況允許時,會加速到上限。這些系統通過使用安裝在車輛前部的雷 達來實現。但是,由于雷達系統不能識別某一目標的大小和形狀,而且其視場也相對較窄,因此,應用時要結合攝像機。難點在于,目前所使用的攝像機和雷達傳感 器還沒有標準配置。因此,需要靈活的硬件平臺。
系統:交通標志識別傳感器:攝像機
正如其名稱所示,交通標志識別(TSR)功能使用前向攝像機結合模式識別軟件,可以識別常見的交通標志(限速、停車、掉頭等)。這一功能會提醒駕駛員注 意前面的交通標志,以便駕駛員遵守這些標志。TSR功能降低了駕駛員不遵守停車標志等交通法規的可能,避免了違法左轉或者無意的其他交通違法行為,從而提 高了安全性。這些系統需要靈活的軟件平臺來增強探測算法,根據不同地區的交通標志來進行調整。
系統:夜視傳感器:IR或者熱成像攝像機
夜視(NV)系統幫助駕駛員在很暗的條件下識別物 體。這些物體一般超出了車輛大燈的視場范圍,因此,NV系統針對在前方道路上行駛的車輛提前發出報警,幫助駕駛員避免撞車事件的發生。NV系統使用各種攝 像機傳感器和顯示器,具體與生產商有關,但一般都屬于兩種基本類型:主動式和被動式。
主動系統,也稱為近IR系統,帶電耦合器件 (CCD)攝像機和IR燈源相結合,在顯示器上呈現黑白圖像。這些系統的分辨率很高,圖像質量也非常好。其典型的可視范圍是150米。這些系統能夠看清楚 攝像機視場范圍內的所有物體(包括沒有熱輻射的物體),但是,在雨雪環境下,效率要大打折扣。
被動系統不使用外部光源,而是依靠熱成像 攝像機,利用物體自然熱輻射來采集圖像。這些系統不會受到對面來車大燈的影響,也不會受到惡劣天氣狀況的影響,其探測范圍達到300米至1000米。這些 系統的缺點在于圖像是顆粒狀的,功能受限于較溫暖的氣候狀況。而且,被動式系統只能探測有熱輻射的物體。被動式系統結合視頻分析技術,可以清楚的顯示車輛 前方道路上的物體,例如,行人等。在NV系統中,有多種體系結構選擇,每一種方法都有其優缺點。為提高競爭力,汽車生產商應支持多種攝像機傳感器,在通 用、靈活的硬件平臺上實現這些傳感器。
系統:自適應遠光控制傳感器:攝像機
自適 應遠光控制(AHBC)是一種智能大燈控制系統,使用了攝像機來探測交通狀況(對面來車以及同向交通狀況),根據這些狀況,調亮或者調暗遠光燈。AHBC 系統支持駕駛員盡可能在最大照亮距離上使用遠光,而不必在其他車輛出現時手動調暗大燈,不會分散駕駛員注意力,從而提高了車輛的安全性。在某些系統中,甚 至可以分別控制大燈,調暗一個大燈,而同時另一個大燈正常點亮。AHBC與LDW和TSR等前視攝像機系統是相輔相成的。這些系統不需要高分辨率攝像機, 某一款車輛如果已經在ADAS應用中采用了前視攝像機,那么這一特性的性價比會非常高。
系統:行人/障礙物/車輛探測(PD)傳感器:攝像機、雷達、IR
行人(以及障礙物和車輛)探測(PD)系統完全依靠攝像機傳感器來深入感知周圍環境,例如,采用一臺攝像機,或者在更復雜的系統中采用立體攝像機。“類 別變量”(衣著、燈光、大小和距離)的差異會很大,背景復雜而且不斷變化,以及傳感器置于移動平臺(車輛)上等因素,導致很難確定移動中行人的視覺特征, 因此,采用IR傳感器能夠增強PD系統。雷達也可以增強車輛探測系統,它提供很好的距離測量功能,在惡劣的天氣條件下,性能表現出眾,能夠測量車輛的行駛 速度。這一復雜的系統需要使用同時來自多個傳感器的數據。
系統:駕駛員困倦報警傳感器:車內IR攝像機
困倦報警系統監視駕駛員的面部,測量其頭部位置、眼睛(張開/閉上)以及其他類似的報警指示。如果確定駕駛員有進入睡眠的跡象,或者看起來意識不清,該系統會發出報警。有些系統還監視心率和呼吸。設想但是還沒有實現的功能包括使車輛靠近路邊行駛,最終靠邊停下來。