汽車ADAS技術(shù)中的傳感器應(yīng)用

梁海潔

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

關(guān)鍵詞：ADAS;傳感器;數(shù)據(jù)融合

中圖分類號：U463.6? ??文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行靜、動態(tài)物體的辨識、偵測與追蹤等技術(shù)上的處理，從而能夠讓駕駛者在最快的時間察覺可能發(fā)生的危險，以引起注意和提高安全性的主動安全技術(shù)。ADAS 采用的傳感器主要有攝像頭、雷達(dá)、激光和超聲波等，可以探測光、熱、壓力或其他用于監(jiān)測汽車狀態(tài)的變量，通常位于車輛的前后保險杠、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)主要以被動式報警為主，當(dāng)車輛檢測到潛在危險時，會發(fā)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(shù)來說，主動式干預(yù)也很常見。

ADAS系統(tǒng)工作原理如下圖所示。

其工作原理是通過安裝在汽車上的各類傳感器采集路面信息，通過圖像處理、圖像分析等技術(shù)對路面情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)危險情況時會對駕駛員做出預(yù)警、介入車輛控制等。

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

傳感器主要是對行車的道路環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。ECU就是電子控制單元，對傳感器采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，判斷行車狀況、道路狀況。控制器判斷出來有危險的狀況，就向執(zhí)行器輸出控制信號，由執(zhí)行器來完成相應(yīng)的安全預(yù)防動作。

汽車高級輔助駕駛系統(tǒng)通常包括導(dǎo)航與實時交通系統(tǒng)TMC、電子警察系統(tǒng)ISA、自適應(yīng)巡航ACC、車道偏移報警系統(tǒng)LDWS 、車道保持系統(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高級輔助駕駛系統(tǒng)，簡單來講就是緊急情況下在駕駛員主觀反應(yīng)之前作出主動判斷和預(yù)防措施，來達(dá)到預(yù)防和輔助的作用。據(jù)統(tǒng)計，ADAS可以將事故發(fā)生率降低70%。ADAS是怎么知道危險、預(yù)防危險的呢？這就不得不提到ADAS的實現(xiàn)高級輔助技能的核心部件：傳感器。

對外部環(huán)境的探測，傳感器大概是這樣“進(jìn)化”的：

超聲波雷達(dá)：價格低廉，可探測2米（早期）到5米（當(dāng)前）范圍內(nèi)的障礙物，車上用的一般是收發(fā)一體的探頭，少的裝4個在后保險杠，多的裝12個（前后各6個）。主要能夠?qū)崿F(xiàn)泊車時的障礙物報警。應(yīng)用5米探測范圍的超聲波雷達(dá)可以實現(xiàn)自動輔助泊車。但其響應(yīng)速度慢，精度低，探測距離小。

毫米波雷達(dá)：根據(jù)頻率分一般有24GHZ以及77GHZ的產(chǎn)品，77HZ頻率主要為車載設(shè)備劃分，因此越來越多的雷達(dá)會應(yīng)用77GHZ頻率。根據(jù)探測距離分有長距離250米，中距離150米以及短距離40～70米。雷達(dá)發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的無線電波，對金屬有很好的探測，根據(jù)發(fā)出和收回的時間差可計算出目標(biāo)距離，根據(jù)多普勒效應(yīng)計算相對速度，這兩項也是雷達(dá)算得最準(zhǔn)的參數(shù)。但其對目標(biāo)水平的探測精度較低且無法識別目標(biāo)類型。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)類型的判斷，以及車道線識別。目前行業(yè)老大當(dāng)屬Mobileye，其EyeQ3是目前量產(chǎn)車中所配制的最高端的產(chǎn)品。少數(shù)車配以雙目攝像頭，其對目標(biāo)的探測有深度信息，但由于成本高，且這些信息對比單目并未有質(zhì)的飛躍很少被采用。主要能夠?qū)崿F(xiàn)車道偏離報警、車道保持、對行人和車輛的AEB等。其主要問題在于受環(huán)境影響非常大、雨雪霧沙塵霾都會使識別能力降低，抵抗強(qiáng)光的能力也不夠強(qiáng)。對模棱兩可的目標(biāo)沒法有效識別，對特殊目標(biāo)也不容易正確分類等。

激光雷達(dá)：激光雷達(dá)并非最近才出現(xiàn)，很早以前就有車用激光雷達(dá)如ACC和AEB，但都是固定發(fā)出少線的類型，這里要說的是激光掃描雷達(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，在車上應(yīng)用尚需時日。激光雷達(dá)通過紅外激光能夠精確測距，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線到64線不等。激光掃描雷達(dá)是對周圍障礙物位置形狀最為精確的探測傳感器，其數(shù)據(jù)包含探測到的點的距離和反射強(qiáng)度。反射強(qiáng)度還可以用于車道線的識別。其缺點是，Velodyne成本高，且一直不做目標(biāo)識別算法。Ibeo的產(chǎn)品無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充是必不可少的。

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

上表是一張對不同類型傳感器工作原理及優(yōu)缺點的介紹。通過對比，我們可以看到，不同傳感器都有各自的優(yōu)缺點，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。

ADAS利用高性能信號處理技術(shù)，并部署各種基于雷達(dá)和視覺的高級駕駛輔助系統(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，可以探測光、熱、壓力或其他用于監(jiān)測汽車狀態(tài)的變量。因此在未來，如果要實現(xiàn)全天候、高可靠性的應(yīng)用，多傳感器的融合將會是一種必然。

四、ADAS芯片技術(shù)

ADAS各項功能的實現(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，傳統(tǒng)車用芯片的性能已經(jīng)無法滿足龐大的計算量需求，特別是到無人駕駛階段，這就要求芯片企業(yè)不斷開發(fā)更高能效的車載芯片。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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