全面解析高级驾驶辅助系统ADAS

　　司机、车辆和系统相互之间的影响是目前高级驾驶辅助系统（ADAS）面临的挑战。西门子Siemens VDO汽车公司通过应用pro.pilot驾驶导向系统来迎接这一挑战。

　　司机在驾驶过程中会面临非常复杂的交通状况。首先，司机需要对汽车进行动力控制。其次，他们还要保持对汽车四周环境的关注。第三，司机还要规定从出发点到目的地的导航线路。除此之外，司机还可能会同时使用车载信息娱乐系统或者与乘客聊天。辅助驾驶系统能帮助司机监测和处理稳定性、控制和导航三个层面（如图2 所示）的信息，这将能有效减少司机的工作负担，并且进步了操控的方便性和驾驶的安全性。防抱死制动系统和汽车稳定控制系统已经能够完成汽车稳定性层面上的任务。导航系统能够满足导航层面的需要，而且应用越来越广泛。在汽车的直接环境中，司机需要引导车辆保持在车道内行驶。例如，司机需要监测其他车道的情况，又如行人、车辆和骑自行车的人，同时还要留意交通讯号和车道标志线，并做出相应的反应。

　　图1 高级驾驶辅助系统能够增加驾驶的舒适性和安全性

　　高级驾驶辅助系统

　　目前，司机还是主要依靠自己的感官刺激来进行判定。在过往的几年中，由于汽车数目的增加，道路的交通情况变得越来越复杂，这使得司机需要具备传感器、控制器和制动器那样的能力。高级驾驶辅助系统利用多种传感技术来感应四周的环境，并智能地汇集了全球以及内部数据，系统能够有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性，实现了对司机驾驶控制的支持。这将能明显减少交通事故的数目，这正是象美国高速公路安全协会（NHTSA）和欧盟这样的美国和国际协会所希看看到的。

　　图2 数据支持和信息辅助系统

　　pro.pilot网络

　　为了从高级驾驶辅助系统中获得最大的利益，并且实现“零事故”的目标，西门子VDO汽车公司开发的pro.pilot是以司机为中心的。除了增加安全性和舒适性以外，pro.pilot还能为司机提供更多的方向选择和目前整体的交通状况，使司机选择更经济的驾驶方案。这样，pro.pilot能够在紧急情况下帮助司机，但确又不会减少驾驶乐趣。但是司机仍然要对汽车负所有的责任。环境感应和传感器技术的性能只是高级辅助驾驶系统成功的一方面。除了象传感器和制动器这样的电子机械部件，pro.pilot还包括车辆一体化、应用程序和驱动接口，如图3所示。

　　图3 pro.pilot的组成

　　车辆一体化包括机械和电子两方面因素，比如像传感器和制动器需要集成到汽车的结构和电子体系中往。由于传感器一般被安装在车辆表面四周，所以在设计和封装上有很多限制。驱动反馈显示屏的设计和安装位置受到整个汽车内饰设计的影响。增加元件和控制器会影响汽车整体的电子体系，比如ECU的数目、内部的连接、总线的带宽、延迟时间等。

　　应用程序包括运算法则和软件，可以处理和分析传感器获得的数据，以获得汽车四周环境的示意图并对交通状况进行分类。通过对目标物体的探测，司机可以及时地获得通知或警示，终极对汽车的动力性进行干预。人机界面（HMI）可以包括视觉、听觉或者触觉反馈。司机与系统之间的交流会影响整个系统的性能，包括对司机和车辆的影响，因此决定了高级辅助驾驶系统能否减少事故的发生。

　　考虑到上述所有的因素，才有可能具体说明辅助驾驶系统的概念，并采用恰当的方案和元件来实现完美的高性能系统。

　　ADAS的传感器

　　高级辅助驾驶系统基于不同的传感器技术，如图4所示。77GHz的雷达传感器目前已经在高端奢华轿车上的主动式巡航控制系统（ACC）上应用多年了。该系统的传感器可以丈量前方车辆的速度以及两车之间的间隔，同时可以监测自身车辆的速度和间隔。目前已经在中级轿车和经济型轿车市场上开始应用的机载激光雷达（Lidar）传感器是远程传感器中比较经济的选择。相比于雷达，这种传感器发射激光脉冲，并能检测从其他物体反射回来的光线。与其他物体之间的间隔可以通过信号延迟的时间来进行计算。

　　图4 重要的传感器

　　短程雷达传感器的工作频率是24GHz，用于监测车辆四周的物体。这种传感器一般安装在车辆的侧面，其信息用于盲点检测（BSD）和并线辅助（LCA）功能，比如在盲点中出现物体或者邻近车道车辆进进盲点时，会向司机提出预警。下一步，其信息能够与导航系统相结合，更好地实现车辆引导。安装在车辆前方或后方的24GHz雷达传感器可以用于预防碰撞发生。

　　视频传感器能够监测图像信息，比如侧面物体的大小和外形。视频传感器能够监测其他的道路使用者、交通讯号和路标等情况。传感器发出的信息能够实现车道偏离警告和交通讯号识别功能。

　　其他基础设施如交通讯号、转弯或山坡等信息可以通过舆图来获得。超声波传感器用于低速情况，比如停车，同时不需要高探测范围。而且内部数据可以收集起来提供给其他车辆。通过车对车通讯进行数据传递，来监测车流密度。

　　另外，通过不同传感器获得的数据可以相互融合，用于增加系统功能或增强现有的功能。比如，雷达、摄像机和机载激光雷达与导航数据的融合对改善车辆性能十分重要。通过将从摄像机和舆图的信息进行结合，就能进步交通讯号识别系统的识别率。探测到的交通讯号再与eHorizon的数据进行对比，eHorizon能够通过提供基于导航数据的道路基础设施具体信息来支持ADAS的功能。计算置信水平就能决定向司机显示哪种交通讯号。融合这些传感器还能获得一种新的功能，即SensiTIve Guidance，这是融合了雷达或摄像机系统的导航系统。导航系统的输出与交通情况、雷达或摄像机传感器相适应，比如监测盲点中或其他车道中的车辆。

　　图5 主动和被动安全：未来的发展趋势

　　无论是正常驾驶或在危险环境中驾驶，目前市场上多数驾驶辅助系统都是通过提供附加信息来帮助司机的，如图5所示。在上述两种情况中，系统都能够帮助减少碰撞事故的发生。高级驾驶辅助系统未来有两种发展趋势：

　　趋势1：从预警系统到干预系统都发生了一些变化。ADAS目前主要职责是在危急情况下提醒司机，比如盲点检测系统。系统未来将会向干预系统发展，即在限定的情况下对汽车进行控制。比如摄像系统将会从车道偏离预警系统向车道控制系统发展。

　　趋势2：将主动安全与被动安全系统结合起来。目前，碰撞中的被动安全系统与主动安全ADAS是相互独立的，比如安全气囊和预缩式安全带。它们之间没有相互的联系，比如在机载激光雷达、雷达或视频传感器监测到不可避免的碰撞时就让安全气囊做好预备。目前机载激光雷达传感器用于主动式巡航控制系统，能够在正常驾驶状态下为司机提供支持。未来，这些传感器将会与短程雷达（24GHz）和摄像机相结合，以便为安全气囊和预缩式安全带提供相应的预备信息。

　　完整的预防碰撞系统

　　这些发展趋势将会使预防碰撞系统更加完整，系统通过利用多种传感器技术监控车辆四周的环境，能够预先检测到不可避免的碰撞事故。在预防碰撞情况下，系统会干预车辆的动态性能（如制动）并预先触发被动安全系统。这种发展趋势意味着，车辆中的制动器、控制器和传感器的一体化。开发和实现这种ADAS系统还需要考虑到下列因素：协同、融合、结构和系统。

　　假如一个传感器只能实现一个功能，那就难以获得本钱更为优化的解决方案。比如摄像性能够提供复合功能的数据，如监测路标、交通讯号和其他道路的使用者等。协同功能答应系统通过增加部分软件来方便地实现功能的增加。假如复合传感器应用到一辆汽车上，这些传感器提供的数据就能够进行相互融合。这将使针对目标的信息更加丰富，使得探测的结果更加可信。在预防碰撞系统中，这种探测可靠性的增加使得系统干预和预警更加轻易和有效。在车辆中使用复合传感器对车辆的结构产生了重大的影响，比如增加了电子控制单元ECU性能。因此，车辆应被视为一个完整的系统，是相互影响的各种元件的集合。

　　为了实现这些发展趋势，西门子VDO汽车公司参与了很多国际和国内的合作项目。目的是通过组合完整系统的方法来保证交通安全。安全系统将支持司机在各种交通情况中驾驶，从正常驾驶到潜伏的不可避免的碰撞。安全系统包括交通情况分类、风险评估和行动观念。

　　总结

　　在过往的几年中，高级辅助驾驶系统的市场已经开始蓬勃发展。目前，以舒适性为导向的系统（如ACC）主要应用在中级或豪华轿车上。未来，这些系统将会被涵盖到安全系统当中，并且在经济型轿车中得以应用。

　　但是，高级辅助驾驶系统的发展不应该仅仅被视为一个技术题目，其中包括很多与司机之间的影响，以及和车辆结构之间的影响关系。这就使得系统需求的方法是非常复杂和重要的。西门子VDO汽车公司通过pro.pilot网络将自己视为一个系统集成者，更有效地来迎接挑战。