基于FPGA平臺的駕駛輔助應(yīng)用加速發(fā)展

眾所周知，在過去50年時間里，安全帶、前置氣囊、安全帶預(yù)緊器、防抱死制動(ABS)以及側(cè)邊氣囊等汽車安全系統(tǒng)的應(yīng)用大大降低了汽車事故的傷亡率?，F(xiàn)在，汽車生產(chǎn)商在汽車安全方面付出更多努力，特別是在汽車駕駛輔助系統(tǒng)方面做出了許多創(chuàng)新。駕駛輔助(DA)技術(shù)在進一步提高安全性的同時還將帶來革命性的嶄新駕駛體驗。包括工具、IP和芯片在內(nèi)的FPGA平臺將在實現(xiàn)這一誘人前景的過程中扮演關(guān)鍵角色。

賽靈思公司汽車系統(tǒng)架構(gòu)師和駕駛輔助專家Paul Zoratti表示：“汽車生產(chǎn)商在汽車中集成的駕駛輔助系統(tǒng)可以幫助司機做得更好。駕駛輔助系統(tǒng)能夠以報警等形式為司機提供多種信息，幫助司機在任何情況下做出更準(zhǔn)確的選擇，從而使駕駛更安全。”

得益于電子技術(shù)的發(fā)展以及OEM廠商在此基礎(chǔ)上的創(chuàng)新，駕駛輔助系統(tǒng)的能力相當(dāng)強大，而未來的潛力更是令人驚嘆。

關(guān)注汽車電子行業(yè)的Semicast公司首席分析師Colin Barnden認(rèn)為，汽車生產(chǎn)商和一級供貨商以及研究人員對駕駛輔助系統(tǒng)的研究已有幾十年的時間，但只是在過去的10年多時間里，電子系統(tǒng)和設(shè)計技術(shù)才發(fā)展到足夠高的水平，OEM廠商才欣然接受并將其配置于汽車內(nèi)。Barnden表示：“駕駛輔助系統(tǒng)在如此短的時間里取得如此大的發(fā)展確實令人感到驚奇。”

目前，OEM廠商及其供應(yīng)商，甚至零配件電子控制單元(ECU)制造商都正在提供及設(shè)計多種駕駛輔助系統(tǒng)(見圖1)。駕駛輔助系統(tǒng)可以幫助司機更快更好地停車，與前車保持安全距離，還可以通知司機他們此前可能無法看到的危險，并幫助他們安全地更換車道。

許多此類系統(tǒng)在幾年前出現(xiàn)時還都是相當(dāng)簡單的技術(shù)。但OEM廠商很快就發(fā)展出更復(fù)雜的系統(tǒng)，而現(xiàn)在又在將這些系統(tǒng)集成為“傳感器融合技術(shù)”，即融合多種駕駛輔助系統(tǒng)，每個系統(tǒng)獨立工作，但都使用源于相同的共享傳感器的輸出。這樣就可以為司機提供更精確的周邊環(huán)境信息，幫助他們做出更準(zhǔn)確的決定，并提供更安全更豐富的駕駛體驗。要實現(xiàn)這些，就需要更強大的高級計算技術(shù)。這也是FPGA平臺可以大展身手的地方。

停車系統(tǒng)的快速演化

大約10年前，OEM廠商推出了第一代輔助駕駛系統(tǒng)——倒車輔助系統(tǒng)。倒車輔助系統(tǒng)包括安裝在車尾的一系列傳感器，可通過超聲波或雷達信號測量與車后物體的距離。在司機倒車時，傳感器通常會發(fā)出“嗶嗶”的提醒聲，且提醒聲的頻率會隨著汽車離障礙物距離的縮短而增加。當(dāng)汽車離障礙物的距離小于四英寸時，提醒聲會變成固定音調(diào)的報警音。

Barnden表示：“這一功能非常有用，特別是當(dāng)駕駛大型車輛(如載貨車)的時候。但這只是最基本的系統(tǒng)，實際上并沒有集成智能功能，所有工作和判斷仍然必須由司機完成。當(dāng)汽車靠近其他物體時，系統(tǒng)會發(fā)出警報，但最終還得由司機決定是繼續(xù)倒車還是停下來。”

倒車輔助系統(tǒng)是部署最廣泛的系統(tǒng)，也是OEM供貨批量最大的駕駛輔助系統(tǒng)。2007年，汽車生產(chǎn)商在歐洲生產(chǎn)的500萬輛汽車中以及在美國生產(chǎn)的200萬輛汽車中均安裝了倒車輔助系統(tǒng)，全球的總安裝量約為1000萬。也就是說，2007年生產(chǎn)的汽車中大約6輛車中有1輛安裝了倒車輔助系統(tǒng)。“我預(yù)計這一數(shù)字在所有地區(qū)還會進一步增長，因為這一功能既有用又簡單，并且還不貴。”Barnden說。

OEM廠商將這一技術(shù)向前推進了一步，增加了智能系統(tǒng)從而創(chuàng)造出被稱為停車輔助(Park Assist)的新駕駛輔助系統(tǒng)。安裝在汽車后號牌附近的攝像頭可連接至司機座位前面的導(dǎo)航顯示系統(tǒng)，倒車時，導(dǎo)航系統(tǒng)會自動激活攝像頭，這樣司機就能看到汽車距離后面的物體到底有多近。有些系統(tǒng)還能進行一些基本的圖像識別，并在屏幕上顯示一些可視線索，這樣司機就可以獲得應(yīng)該何時打輪等信息。

Barnden指出，奔馳和寶馬等OEM廠商在5年前就開始在其最高端的車型中提供停車輔助系統(tǒng)?，F(xiàn)在，這一技術(shù)更多地出現(xiàn)在更為主流的車型中，特別是 SUV，因為司機很難通過向背后看或從后視鏡中確定車后的障礙。Barnden表示，2007年售出的汽車中配有停車輔助系統(tǒng)的共有100萬輛。

下一代系統(tǒng)則是自動停車，凌志(Lexus)汽車在幾年前就率先在其LS系列豪華車型中安裝了自動停車系統(tǒng)。

在自動停車系統(tǒng)中，幾個近身傳感器(包括超聲波傳感器和攝像頭)遍布車身周圍。當(dāng)司機倒車時，系統(tǒng)會檢查本車與其它停放車輛之間的距離，并報告空間是否足夠。實際上，系統(tǒng)還可以做更多工作。根據(jù)司機的最終判斷和確定的方向，自動停車系統(tǒng)會完成剩下的所有任務(wù)，自動將車停放好。

Barnden表示：“司機只需按動一個按鍵，汽車就會自動停好，這確實令人著迷。也許你認(rèn)為能夠自動停車的汽車是20或25年以后的事情，但今天的 OEM廠商就已經(jīng)做到了。”

停車輔助系統(tǒng)能夠全方位地對車身周圍進行測量，并迅速計算每一邊與其它物體的距離。“這個系統(tǒng)能夠了解停車時的操作步驟，是因為設(shè)計師已經(jīng)將停車算法編程入系統(tǒng)中。因此，系統(tǒng)知道應(yīng)當(dāng)向哪個方向打輪，相對于后面的車輛應(yīng)當(dāng)如何向前移動，以及停車所需的所有參數(shù)。”Barnden補充道。

在這方面，日本的OEM廠商比世界其它地方提前3到5年，但歐洲的汽車生產(chǎn)商也已開始采用停車輔助系統(tǒng)。“這一功能在美國并不普遍，但毫無疑問，它最終也會流行起來。”Barnden表示。最初應(yīng)用于高端汽車的停車輔助系統(tǒng)正逐漸應(yīng)用于較小的日本和歐洲汽車，并且在城市中非常流行，因為大城市中很難尋找到寬敞的停車空間。

Barnden認(rèn)為：“更令人驚奇的是，停車輔助系統(tǒng)非?？煽?，并且特別精確，這令人難以置信。”隨著這一技術(shù)越來越常見，司機很可能將會越來越相信停車輔助系統(tǒng)要比自己停車更好。

Barnden解釋道：“如果交給計算機一項相對獨立的任務(wù)，那么計算機通常做得比人要好。” 然而，駕駛輔助系統(tǒng)的關(guān)鍵特點之一是司機在控制汽車方面具有最終決定權(quán)，具有比自動系統(tǒng)更高的優(yōu)先控制權(quán)。

汽車巡航控制的快速演化