高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)是指利用傳感器收集車輛周圍數(shù)據(jù), 進(jìn)行物體的辨識(shí)、偵測(cè)與追蹤等, 能夠讓駕駛者在最快時(shí)間察覺(jué)潛在危險(xiǎn), 提高安全性的主動(dòng)安全技術(shù)。目前的車輛都帶有駕駛輔助系統(tǒng),廣泛應(yīng)用的倒車?yán)走_(dá),比較高端的遠(yuǎn)程召喚,都屬于輔助駕駛。
隨著全國(guó)汽車保有量的持續(xù)攀升,道路交通事故率居高不下,對(duì)于駕駛員差異化習(xí)慣所導(dǎo)致的交通事故而言,高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)則顯得尤為重要。
按技術(shù)進(jìn)行分類,ADAS可分為輔助預(yù)警類和控制輔助類兩大部分。
輔助預(yù)警類的包括有:車道偏離警示系統(tǒng)(LDW)、前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)(FCW)、盲區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(BSD)、交通標(biāo)志識(shí)別(TSR)、駕駛員疲勞預(yù)警(DDW)、變道輔助系統(tǒng)(LCA)、夜視系統(tǒng)(NV)、泊車輔助系統(tǒng)(PA)、360°全景影像系統(tǒng)。
控制輔助類的包括有:自適應(yīng)巡航系統(tǒng)(ACC)、自動(dòng)緊急制動(dòng)(AEB)、車道保持系統(tǒng)(LKA)、智能車速控制(ISA)、自動(dòng)泊車系統(tǒng)(APS)、交通擁堵輔助系統(tǒng)、增強(qiáng)型人行檢測(cè)系統(tǒng)、預(yù)碰撞系統(tǒng)(PCS)、交叉路口自動(dòng)剎車系統(tǒng)。
本文由百度Apollo智能汽車事業(yè)部 自動(dòng)駕駛工程師——陳光撰寫,對(duì)汽車高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)ADAS盤點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)講解,希望這篇文章給感興趣的開(kāi)發(fā)者帶來(lái)更多幫助。
隨著越來(lái)越多新勢(shì)力造車勢(shì)力的崛起、以及BAT等互聯(lián)網(wǎng)公司對(duì)汽車行業(yè)的滲透,使得傳統(tǒng)車企也不得不加入了汽車智能化的大潮中。越來(lái)越多的新技術(shù)被應(yīng)用到了汽車上,使得汽車不僅越來(lái)越智能,也越來(lái)越安全。ADAS作為汽車智能化的典型功能,越來(lái)越受到業(yè)界的重視。
ADAS(Advanced Driver-Assistance Systems)字面翻譯過(guò)來(lái)是“先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng)”,實(shí)際上它是一種“輔助駕駛員更便捷更安全使用汽車”的系統(tǒng)。
ADAS的研發(fā)歷史可以追溯到上個(gè)世紀(jì)50年代,工程師開(kāi)始嘗試將雷達(dá)布置在汽車上,用以實(shí)現(xiàn)周圍環(huán)境的檢測(cè)功能。據(jù)維基百科中對(duì)ADAS系統(tǒng)的描述,第一臺(tái)具有ADAS功能的量產(chǎn)車是在1997年由豐田推出的Celsior,該車具備自適應(yīng)巡航功能。
隨后越來(lái)越多的傳感器被安裝在車上,ADAS功能也越來(lái)越豐富。
能被稱作ADAS的功能有很多,無(wú)論是常見(jiàn)的自適應(yīng)巡航,還是更高端的車道保持輔助,甚至L2級(jí)別的自動(dòng)駕駛功能,都是依賴以下三種傳感器實(shí)現(xiàn)的,它們分別是毫米波雷達(dá)、視覺(jué)傳感器和超聲波雷達(dá),如下圖所示。
▲毫米波雷達(dá)、攝像機(jī)、超聲波雷達(dá)實(shí)物圖
說(shuō)到雷達(dá),首先浮現(xiàn)在腦海中的,肯定是下面這兩個(gè)場(chǎng)景。場(chǎng)景中的雷達(dá)是通過(guò)發(fā)射電磁波進(jìn)行物體監(jiān)測(cè)的。
▲場(chǎng)景中的雷達(dá)
電磁波雷達(dá)被發(fā)明后,成本極高,僅用于軍事、航空等高端領(lǐng)域,同時(shí)應(yīng)用場(chǎng)景也決定了它的尺寸巨大。隨著技術(shù)越來(lái)越成熟及電磁波雷達(dá)商業(yè)化的潛力,車載的電磁波雷達(dá)也越來(lái)越常見(jiàn),甚至很多平價(jià)車型也標(biāo)配了電磁波雷達(dá)。
應(yīng)用于汽車的電磁波雷達(dá)一般是指毫米波雷達(dá)。顧名思義,毫米波雷達(dá)發(fā)出電磁波的波長(zhǎng)在毫米量級(jí)。最常見(jiàn)的毫米波雷達(dá)的頻率是介于77Ghz~79Ghz的長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)。
長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)一般安裝在汽車的前、后保險(xiǎn)杠中,能夠幫助車輛實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航、前方碰撞預(yù)警和自動(dòng)緊急剎車功能。
長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)一般安裝在汽車的前、后保險(xiǎn)杠中。如下圖所示,被標(biāo)注為綠色框的Long-range radar。長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)的ADAS功能很多,最常見(jiàn)的有自適應(yīng)巡航、自動(dòng)緊急剎車。
▲長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)的安裝
自適應(yīng)巡航(Adaptive Cruise Control,簡(jiǎn)稱ACC)技術(shù)出現(xiàn)在量產(chǎn)車上可以追溯到1999年,奔馳、捷豹、日產(chǎn)在其豪華車型上配備了ACC功能。
ACC的原理并不復(fù)雜。首先設(shè)置一個(gè)跟車距離,隨后通過(guò)長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前方的汽車,通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器的控制,使前車與自車始終保持在設(shè)定的距離。這樣駕駛員就可以解放雙腳,控制好方向盤即可。
自適應(yīng)巡航,了解一下?
▲自適應(yīng)巡航功能
前方碰撞預(yù)警(Front Collision Warning,簡(jiǎn)稱FCW)是在自車行駛過(guò)程中對(duì)有可能出現(xiàn)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警,以提醒駕駛員減速。當(dāng)然FCW還有一個(gè)升級(jí)版,叫自動(dòng)緊急剎車(Autonomous Emergency Braking,簡(jiǎn)稱AEB),AEB除了能實(shí)現(xiàn)FCW的預(yù)警功能外,還能在預(yù)警后對(duì)車輛的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制,緊急介入減速車輛,降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)。
理論上毫米波雷達(dá)和攝像機(jī)均能實(shí)現(xiàn)FCW功能,不過(guò)業(yè)界更多地使用毫米波雷達(dá)。因?yàn)樽詣?dòng)緊急剎車功能,需要前方障礙物的準(zhǔn)確距離,這樣才能根據(jù)汽車動(dòng)力學(xué)模型準(zhǔn)確計(jì)算出碰撞時(shí)間,進(jìn)而判斷是否需要預(yù)警,而攝像頭在距離測(cè)量的精度方面是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如毫米波雷達(dá)的。
前方碰撞預(yù)警,了解一下?
▲前方碰撞預(yù)警
中距離毫米波雷達(dá)一般安裝在汽車的四個(gè)角上。如下圖所示,被標(biāo)注為橙色框的Corner radar和Rear radar。中距離毫米波雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)最常見(jiàn)的ADAS功能的盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)。
▲中距離毫米波雷達(dá)的安裝
盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Blind Spot Monitor)是用于監(jiān)測(cè)自車后側(cè)方盲區(qū)內(nèi)其他汽車的系統(tǒng),用以提醒駕駛員后側(cè)方存在碰撞風(fēng)險(xiǎn),請(qǐng)勿變道。該功能的實(shí)現(xiàn)依賴于后側(cè)向毫米波雷達(dá)對(duì)障礙物的檢測(cè)能力,并以此為根據(jù)對(duì)駕駛員進(jìn)行預(yù)警。
盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),了解一下?
▲盲點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)
當(dāng)然,側(cè)向毫米波雷達(dá)除了能在開(kāi)車時(shí)進(jìn)行盲區(qū)的監(jiān)測(cè)外,還能夠在停車時(shí),監(jiān)測(cè)后方來(lái)車,實(shí)現(xiàn)開(kāi)門報(bào)警的功能,如下圖所示。
▲側(cè)向毫米波雷達(dá)的開(kāi)門報(bào)警功能
得益于5年前AI技術(shù)的大爆發(fā),使得使用圖像做識(shí)別的門檻突然降低,攝像機(jī)也成了ADAS領(lǐng)域的標(biāo)配,基于攝像機(jī)的駕駛員監(jiān)測(cè)、車道偏離預(yù)警、交通標(biāo)志識(shí)別等功能被廣泛應(yīng)用在量產(chǎn)車型中。
駕駛員監(jiān)測(cè)(Driver Monitoring System,簡(jiǎn)稱DMS)最早出現(xiàn)在量產(chǎn)車上是在2006年的雷克薩斯GS 450h上,隨著技術(shù)慢慢成熟越來(lái)越多的豪華車上配備了該系統(tǒng)。
目前最成熟的當(dāng)屬凱迪拉克CT6上的DMS了,它通過(guò)監(jiān)測(cè)駕駛員的面部,獲取駕駛員的注意力信息,配合高速公路自動(dòng)駕駛系統(tǒng)使用,當(dāng)駕駛員注意力不在道路上時(shí),則預(yù)警。如下圖所示,攝像頭的安裝位置在儀表盤前方。
車道偏離預(yù)警(Lane Departure Warning,簡(jiǎn)稱LDW)是業(yè)界耳熟能詳?shù)墓δ?。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)車道線和汽車的相對(duì)關(guān)系是安全輔助駕駛最基本的需求之一。
LDW僅提供預(yù)警功能,汽車回到車道內(nèi)行駛需要駕駛員手動(dòng)控制方向盤。在預(yù)警的基礎(chǔ)上,LDW可以升級(jí)到更高級(jí)的車道保持輔助系統(tǒng)(Lane Keep Assist,簡(jiǎn)稱LKA),在駕駛員未對(duì)警告信息做處理的情況下,汽車自動(dòng)回正方向盤,保持車輛在本車道內(nèi)行駛。如果真要換道怎么辦?那就請(qǐng)先打開(kāi)轉(zhuǎn)向燈。
超聲波雷達(dá)基本以作為標(biāo)配存在于量產(chǎn)車上,駕駛員一般成之為倒車?yán)走_(dá)。車載的超聲波雷達(dá)一般安裝在汽車的保險(xiǎn)杠上方,隱藏在保險(xiǎn)杠的某個(gè)位置。在車上外觀如下圖黃色箭頭處的圓點(diǎn)所示。
▲超聲波雷達(dá)的安裝
下圖中深紅色區(qū)域所示,即為超聲波雷達(dá)能夠探測(cè)的范圍。超聲波雷達(dá)一般用于低速的ADAS場(chǎng)景,比如遠(yuǎn)程喚車和自動(dòng)泊車。
▲超聲波雷達(dá)的探測(cè)范圍
遠(yuǎn)程召喚(Remote Summon)是近幾年被特斯拉帶火的一個(gè)功能。當(dāng)汽車停在一個(gè)比較狹窄的空間時(shí),不便進(jìn)入車內(nèi)時(shí),使用該功能能較方便地將汽車移出車位。汽車收到召喚指令后,會(huì)通過(guò)車身周圍的超聲波雷達(dá),感知周圍的障礙物位置,進(jìn)而選擇一條最優(yōu)的出庫(kù)路徑。
特斯拉能夠使用車鑰匙對(duì)汽車發(fā)送喚車指令,汽車收到指令后會(huì)根據(jù)周圍環(huán)境進(jìn)行先前或向后的移動(dòng)。隨著汽車越來(lái)越智能化,現(xiàn)在也有部分汽車能夠用手機(jī)直接進(jìn)行遠(yuǎn)程召喚。
自動(dòng)泊車(Automatic Parking Asistance,簡(jiǎn)稱APA)是很多新手司機(jī)最愛(ài)的ADAS功能之一。汽車緩緩駛過(guò)庫(kù)位時(shí),汽車側(cè)方的超聲波雷達(dá)可以探測(cè)到側(cè)方是否存在一個(gè)空閑的空間,使得汽車能夠泊入其中,如下圖所示:
▲自動(dòng)泊車原理
汽車緩緩駛過(guò)庫(kù)位時(shí),汽車右前方的APA傳感器返回的探測(cè)距離與時(shí)間的關(guān)系大致如下圖:
▲探測(cè)距離與時(shí)間的關(guān)系
將 t1 時(shí)刻到 t2 時(shí)刻的車速做積分即可得到庫(kù)位的近似長(zhǎng)度,如果近似認(rèn)為汽車為勻速行駛,直接用車速乘以(t2-t1)即可。當(dāng)檢測(cè)的長(zhǎng)度超過(guò)車輛泊入所需的最短長(zhǎng)度時(shí)則認(rèn)為當(dāng)前空間有車位。
同樣后側(cè)向的APA也會(huì)生成類似信號(hào)曲線,用以做庫(kù)位的二次驗(yàn)證。
有了庫(kù)位檢測(cè)功能,進(jìn)而開(kāi)發(fā)自主泊車功能就不是難事了。
以上就是目前主流汽車ADAS功能的技術(shù)盤點(diǎn)。發(fā)揮你的想象力,你會(huì)發(fā)現(xiàn),車載的毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和視覺(jué)傳感器除了在ADAS領(lǐng)域各司其職,還構(gòu)成自動(dòng)駕駛功能的三頭六臂,配合越來(lái)越多汽車所具備的OTA功能,汽車將會(huì)像手機(jī)一樣,擁有一個(gè)越來(lái)越聰明的大腦。
OTA和豐富的車載傳感器為汽車自動(dòng)駕駛提供了可發(fā)揮的空間,也許在不久的將來(lái),你的汽車將能擁有Level 2的自動(dòng)駕駛能力。
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