汽車多種傳感器技術融合催生自主型汽車

汽車工業(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始，最終目標是創(chuàng)建完全的自主型汽車。汽車工業(yè)在防抱死制動系統(tǒng)、電子穩(wěn)定性控制、多個安全氣囊以及最近出現(xiàn)的后視攝像頭系統(tǒng)等安全功能應用方面出現(xiàn)了高速增長。

同時，汽車工業(yè)也持續(xù)承受著來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)提出在每輛車的后面定義一個具體的區(qū)域，當車輛倒車時，駕駛員必須能夠看到這個區(qū)域，其解決方案就是后視攝像頭系統(tǒng)。同樣，歐洲各國的新車評價程序(NCAP)正在推動安全特性的發(fā)展，比如碰撞預警、車道偏離預警、自動遠光燈控制和其它安全特性等等。

安全推動項目

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

自主型汽車的駕駛員輔助系統(tǒng)介紹和演進

自上世紀90年代初以來，先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的開發(fā)人員一直努力提供更安全、更便利的駕駛體驗。在過去二十多年里，超聲波輔助停車、自適應巡航控制和車道偏離預警系統(tǒng)等特性已經(jīng)部署在高檔車輛中。最近，汽車制造商已經(jīng)增加了后視攝像頭、盲點檢測和環(huán)景顯示系統(tǒng)作為選件。除超聲波輔助停車之外，ADAS系統(tǒng)的部署量一直有限，但是，預計在未來十年內ADAS系統(tǒng)的部署量將會顯著上升。

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

利用這些技術開發(fā)提供的動力，汽車工業(yè)已經(jīng)開始認真地考慮開發(fā)最大程度減少人為干涉、自動駕駛的自主型汽車。

目前車輛中已有的某些特性實例可以作為自主型汽車的早期基礎，下面將對這些特性進行討論。

自適應巡航控制(ACC)

自適應巡航控制(ACC)是高檔車輛的可選特性，利用雷達或激光裝置，當車輛接近另一輛車時，使車輛減速，當交通條件允許時，則重新加速到預定速度。這種系統(tǒng)將成為未來智能車輛的基礎，進一步增加車輛的安全特性。

車道偏離警告(LDW)

美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)于2003年開展的一項研究表明，55%的死亡事故是由于車輛偏離車道，撞上其它車輛或路邊障礙物所致。以上數(shù)據(jù)為LDW系統(tǒng)提供了支持，當車輛偏離其指定車道時，LDW系統(tǒng)可以向駕駛員報警，。

基于攝像頭的LDW系統(tǒng)利用安裝在后視鏡后面的小攝像頭檢測公路上的車道標線。攝像頭檢測公路邊緣標線，如果駕駛員無意間跨過車道（未使用轉向信號），則會發(fā)出預警 — 如方向盤振動 — 提醒駕駛員回到車道。

在組合使用雷達和攝像頭技術的系統(tǒng)中，攝像頭的圖像及車輛速度被發(fā)送到系統(tǒng)的微處理器中，這些信息用于計算汽車和車道標線之間的距離及相對于車道標線的橫向速度變化率。然后，該微處理器將其與標準數(shù)據(jù)進行比較，判斷車輛是否偏離車道。如果根據(jù)距離和橫向速度，判斷車輛偏離了車道，則會通過儀表盤上的指示燈或通過類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(tǒng)一般利用配備輔助系統(tǒng)如激光雷達的單一前視攝像頭，或者利用兩個攝像頭立體系統(tǒng)，其中立體成像用于確定距離及檢測車前的車輛和物體。利用這種系統(tǒng)的信息并結合車輛狀態(tài)來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施方案中，該系統(tǒng)干預并執(zhí)行制動，以避免發(fā)生碰撞。

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

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

基于攝像頭系統(tǒng)(即防撞)、可嵌入到汽車或移動設備中的先進車輛對車輛或者車輛對基礎設施通信系統(tǒng)、以及其它許多正在開發(fā)的技術的結合，構成了一個通過融合各種傳感器和通信技術而實現(xiàn)自主型汽車的未來前景。

傳感器技術融合:在一個系統(tǒng)中集成多種感測技術

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

? 后向自動剎車

? 自適應巡航控制

? 智能輔助制動

? 前向碰撞預警和緩解

? 安全警示座椅

? 車道偏離預警

? 盲區(qū)檢測

? 后方路過交通警示

? 遠光燈控制

? 后視攝像頭

? 平視顯示器

圖1 各種汽車傳感器需求隨時間的變化狀況

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

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

集成雷達和攝像頭系統(tǒng)可在單一模塊中實現(xiàn)雷達探測、視覺傳感和數(shù)據(jù)融合。這種技術集成有助于為汽車制造商提供最好的價值。

特別需要指出的是，傳感器融合將使未來的主動安全特性系統(tǒng)能夠處理更多的輸入信號，以便提供360度碰撞風險檢測和增強的駕駛輔助特性。如上圖1所示，如果系統(tǒng)綜合了幾種傳感技術優(yōu)點，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。

傳感器融合也是開發(fā)半自主和全自主型汽車的構建模塊，設計用于保持車輛在車道中的位置，并適應周圍交通環(huán)境。可以設想，到2020年，將可以提供更多先進的自駕技術，實現(xiàn)半自主和全自主駕駛。

通過將GPS與車輛對車輛通信、距離傳感和物體檢測技術相結合，傳感器融合技術開發(fā)可以實現(xiàn)自主型汽車所需要的特性，可根據(jù)實時交通信息自動選擇最快的路徑。

沒有任何單一的傳感技術能夠實現(xiàn)這些解決方案，因此，采用多種技術的多傳感器能夠以部署這些系統(tǒng)必需的價位提供最佳的解決方案。

最終實現(xiàn)自主型汽車安全系統(tǒng)的各種系統(tǒng)中使用的某些傳感器技術包括：

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

雷達——毫米波長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檢測與物體的距離，類似于雷達系統(tǒng)。

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

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

自2004年以來，Aptina一直是汽車領域圖像傳感器的領先供應商，可提供一系列從VGA到百萬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

汽車工業(yè)正持續(xù)承受著生產(chǎn)駕駛更安全車輛的壓力。目前，基于攝像頭的觀測系統(tǒng)對于更先進安全系統(tǒng)的開發(fā)非常關鍵。下一代安全系統(tǒng)將在每輛車中使用多種傳感器和多種傳感器技術，最終實現(xiàn)安全性能非常出色的自主型汽車。