汽車(chē)ADAS技術(shù)中的傳感器應(yīng)用

梁海潔

摘 要：文章介紹了汽車(chē)ADAS技術(shù)及其關(guān)鍵設(shè)備傳感器的使用及特點(diǎn)，分析了傳感器在ADAS技術(shù)中的重要作用及發(fā)展情況，對(duì)ADAS技術(shù)相關(guān)內(nèi)容作了概述，并結(jié)合實(shí)際，對(duì)感應(yīng)器在ADAS技術(shù)中的應(yīng)用展開(kāi)了研究。

關(guān)鍵詞：ADAS;傳感器;數(shù)據(jù)融合

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.6? ??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、ADAS技術(shù)及其原理

先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistant System），簡(jiǎn)稱(chēng)ADAS，是利用安裝于車(chē)上的各式各樣的傳感器，在第一時(shí)間收集車(chē)內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)物體的辨識(shí)、偵測(cè)與追蹤等技術(shù)上的處理，從而能夠讓駕駛者在最快的時(shí)間察覺(jué)可能發(fā)生的危險(xiǎn)，以引起注意和提高安全性的主動(dòng)安全技術(shù)。ADAS 采用的傳感器主要有攝像頭、雷達(dá)、激光和超聲波等，可以探測(cè)光、熱、壓力或其他用于監(jiān)測(cè)汽車(chē)狀態(tài)的變量，通常位于車(chē)輛的前后保險(xiǎn)杠、側(cè)視鏡、駕駛桿內(nèi)部或者擋風(fēng)玻璃上。早期的ADAS 技術(shù)主要以被動(dòng)式報(bào)警為主，當(dāng)車(chē)輛檢測(cè)到潛在危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒駕車(chē)者注意異常的車(chē)輛或道路情況，對(duì)于最新的ADAS 技術(shù)來(lái)說(shuō)，主動(dòng)式干預(yù)也很常見(jiàn)。

ADAS系統(tǒng)工作原理如下圖所示。

其工作原理是通過(guò)安裝在汽車(chē)上的各類(lèi)傳感器采集路面信息，通過(guò)圖像處理、圖像分析等技術(shù)對(duì)路面情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)會(huì)對(duì)駕駛員做出預(yù)警、介入車(chē)輛控制等。

ADAS系統(tǒng)的組成主要分成三個(gè)部分：傳感器、ECU、執(zhí)行器。

傳感器主要是對(duì)行車(chē)的道路環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。ECU就是電子控制單元，對(duì)傳感器采集回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，判斷行車(chē)狀況、道路狀況?？刂破髋袛喑鰜?lái)有危險(xiǎn)的狀況，就向執(zhí)行器輸出控制信號(hào)，由執(zhí)行器來(lái)完成相應(yīng)的安全預(yù)防動(dòng)作。

汽車(chē)高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)通常包括導(dǎo)航與實(shí)時(shí)交通系統(tǒng)TMC、電子警察系統(tǒng)ISA、自適應(yīng)巡航ACC、車(chē)道偏移報(bào)警系統(tǒng)LDWS 、車(chē)道保持系統(tǒng)、碰撞避免或預(yù)碰撞系統(tǒng)等多種系統(tǒng)。

二、ADAS傳感器及發(fā)展

ADAS高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)，簡(jiǎn)單來(lái)講就是緊急情況下在駕駛員主觀反應(yīng)之前作出主動(dòng)判斷和預(yù)防措施，來(lái)達(dá)到預(yù)防和輔助的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，ADAS可以將事故發(fā)生率降低70%。ADAS是怎么知道危險(xiǎn)、預(yù)防危險(xiǎn)的呢？這就不得不提到ADAS的實(shí)現(xiàn)高級(jí)輔助技能的核心部件：傳感器。

對(duì)外部環(huán)境的探測(cè)，傳感器大概是這樣“進(jìn)化”的：

超聲波雷達(dá)：價(jià)格低廉，可探測(cè)2米（早期）到5米（當(dāng)前）范圍內(nèi)的障礙物，車(chē)上用的一般是收發(fā)一體的探頭，少的裝4個(gè)在后保險(xiǎn)杠，多的裝12個(gè)（前后各6個(gè)）。主要能夠?qū)崿F(xiàn)泊車(chē)時(shí)的障礙物報(bào)警。應(yīng)用5米探測(cè)范圍的超聲波雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輔助泊車(chē)。但其響應(yīng)速度慢，精度低，探測(cè)距離小。

毫米波雷達(dá)：根據(jù)頻率分一般有24GHZ以及77GHZ的產(chǎn)品，77HZ頻率主要為車(chē)載設(shè)備劃分，因此越來(lái)越多的雷達(dá)會(huì)應(yīng)用77GHZ頻率。根據(jù)探測(cè)距離分有長(zhǎng)距離250米，中距離150米以及短距離40～70米。雷達(dá)發(fā)射經(jīng)過(guò)調(diào)制的無(wú)線(xiàn)電波，對(duì)金屬有很好的探測(cè)，根據(jù)發(fā)出和收回的時(shí)間差可計(jì)算出目標(biāo)距離，根據(jù)多普勒效應(yīng)計(jì)算相對(duì)速度，這兩項(xiàng)也是雷達(dá)算得最準(zhǔn)的參數(shù)。但其對(duì)目標(biāo)水平的探測(cè)精度較低且無(wú)法識(shí)別目標(biāo)類(lèi)型。最早的ACC就應(yīng)用毫米波雷達(dá)，但只能工作在30千米/小時(shí)以上。

攝像頭：有單目和雙目攝像頭之分，現(xiàn)在普遍應(yīng)用的是單目攝像頭，主要用于目標(biāo)類(lèi)型的判斷，以及車(chē)道線(xiàn)識(shí)別。目前行業(yè)老大當(dāng)屬M(fèi)obileye，其EyeQ3是目前量產(chǎn)車(chē)中所配制的最高端的產(chǎn)品。少數(shù)車(chē)配以雙目攝像頭，其對(duì)目標(biāo)的探測(cè)有深度信息，但由于成本高，且這些信息對(duì)比單目并未有質(zhì)的飛躍很少被采用。主要能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)道偏離報(bào)警、車(chē)道保持、對(duì)行人和車(chē)輛的AEB等。其主要問(wèn)題在于受環(huán)境影響非常大、雨雪霧沙塵霾都會(huì)使識(shí)別能力降低，抵抗強(qiáng)光的能力也不夠強(qiáng)。對(duì)模棱兩可的目標(biāo)沒(méi)法有效識(shí)別，對(duì)特殊目標(biāo)也不容易正確分類(lèi)等。

激光雷達(dá)：激光雷達(dá)并非最近才出現(xiàn)，很早以前就有車(chē)用激光雷達(dá)如ACC和AEB，但都是固定發(fā)出少線(xiàn)的類(lèi)型，這里要說(shuō)的是激光掃描雷達(dá)，包含機(jī)械的旋轉(zhuǎn)相機(jī)構(gòu)，比如Ibeo和Velodyne。固態(tài)雷達(dá)目前還在研發(fā)階段，在車(chē)上應(yīng)用尚需時(shí)日。激光雷達(dá)通過(guò)紅外激光能夠精確測(cè)距，Velodyne的FOV是360度，Ibeo差不多110度，法雷奧的量產(chǎn)產(chǎn)品在140度左右，垂直方向從4線(xiàn)到64線(xiàn)不等。激光掃描雷達(dá)是對(duì)周?chē)系K物位置形狀最為精確的探測(cè)傳感器，其數(shù)據(jù)包含探測(cè)到的點(diǎn)的距離和反射強(qiáng)度。反射強(qiáng)度還可以用于車(chē)道線(xiàn)的識(shí)別。其缺點(diǎn)是，Velodyne成本高，且一直不做目標(biāo)識(shí)別算法。Ibeo的產(chǎn)品無(wú)論硬件還是算法仍不成熟，因此在應(yīng)用上還存在諸多困難。

三、傳感器數(shù)據(jù)融合

從當(dāng)前的技術(shù)來(lái)看，每種傳感器都有局限，有些是傳感器本身，有些是算法還不夠先進(jìn)。因此，多傳感器相備份和補(bǔ)充是必不可少的。

例如，對(duì)于一個(gè)目標(biāo)，一輛車(chē)。用雷達(dá)取得的距離，相對(duì)速度，用攝像頭識(shí)別類(lèi)型和其與車(chē)道線(xiàn)位置關(guān)系，用激光識(shí)別其外形輪廓。構(gòu)成一個(gè)目標(biāo)完整的信息，之后再送入處理器運(yùn)算。這就完成了多傳感器數(shù)據(jù)融合的每一步，但實(shí)際會(huì)復(fù)雜得多，處理這些屬性時(shí)的權(quán)重也需要根據(jù)不同情況判定。

上表是一張對(duì)不同類(lèi)型傳感器工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)的介紹。通過(guò)對(duì)比，我們可以看到，不同傳感器都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，每一傳感器有其各自的適用范圍，每種方式的傳感器都有其弱點(diǎn)。

ADAS利用高性能信號(hào)處理技術(shù)，并部署各種基于雷達(dá)和視覺(jué)的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)。目前大多數(shù)先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)功能基本上是其自有獨(dú)立系統(tǒng)，具有雷達(dá)、攝像頭和超聲波等最常用的傳感，可以探測(cè)光、熱、壓力或其他用于監(jiān)測(cè)汽車(chē)狀態(tài)的變量。因此在未來(lái)，如果要實(shí)現(xiàn)全天候、高可靠性的應(yīng)用，多傳感器的融合將會(huì)是一種必然。

四、ADAS芯片技術(shù)

ADAS各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，需要高性能的數(shù)據(jù)處理芯片支持。而隨著技術(shù)的發(fā)展、功能的升級(jí)，傳統(tǒng)車(chē)用芯片的性能已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足龐大的計(jì)算量需求，特別是到無(wú)人駕駛階段，這就要求芯片企業(yè)不斷開(kāi)發(fā)更高能效的車(chē)載芯片。現(xiàn)有的芯片方案主要有MCU、ARM、DSP、GPU、FPGA、ASIC等。

參考文獻(xiàn)：

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