2019年04月09日 | ADAS正在铺设通向完全自动驾驶之路

根据世界卫生组织（WHO）2015年发表的一份报告，每年全世界有超过120万人因公路交通事故死亡，而2000～5000万人则遭受非致命伤害。该组织还预测，到2030年，道路交通事故将成为全球第五大死亡原因。尽管过去8年来在改善道路安全性方面取得了一些进展，但世界卫生组织和其他重要机构认为，改进的步伐还是过于缓慢。

据估计，超过80％的道路交通事故是由于司机在某种程度上注意力分散造成的。全球范围内移动电话的使用快速增长，尤其是针对开车时发短信或接听电话等情况，这大大增加了发生事故的风险。仅在美国，来自美国交通部的报告显示，每年大约160万起汽车碰撞事故与手机有关，造成每年大约50万人受伤和6000人死亡。

作为设计工程师，我们如何能够使车辆和道路更加安全？强制实施更好的驾驶员培训标准会奏效吗？在驾驶时禁止打电话或发短信的法律似乎不能够阻止人们这样做。人类是否过于顽固，以致于我们不得不让车辆变得更智能？

高级驾驶员辅助系统（ADAS）技术的不断发展被视为能够使我们的道路更为安全的重要解决方案之一。随着传感器技术的改进以及相关部署成本的降低，ADAS已经能够从豪华车逐步扩展到中型车，甚至到低端车辆。

根据Global Market Insights的统计数据，ADAS市场预计将从2017年的289亿美元增长到2024年的670亿美元，仅仅7年时间就可翻一倍还多。Global Market Insights还指出，政府在有关车辆安全方面的严格法规，包括强制实施自动紧急刹车和停车传感器等安全技术，将进一步刺激ADAS的市场增长。

ADAS提供360°道路视野

ADAS能够利用不同传感器技术的组合来实现转向、制动和加速等自动的动态驾驶任务，相关的传感器包括 红外（IR）、超声波、雷达、图像传感器、激光雷达等。在去年夏天发布的市场趋势研究报告中，Gartner预测，到2022年，汽车图像传感器的年市场收入将达到18亿美元，而这种巨大需求将主要被ADAS驱动。

开发更好的摄像头是降低ADAS成本的关键，从而能够使其更适合大众市场。作为当今ADAS的主要传感器，摄像头被广泛用于前视或后视应用，并且在面向驾驶员的监测系统中变得越来越普遍。前视/后视摄像头可以执行多种功能，其中最值得关注的是车道偏离警报、车辆接近监控、交通标志识别、停车辅助、后视镜替代、盲区检测和障碍物/行人识别等等。相反，面向驾驶员的系统侧重于确保驾驶员能够做出关键决策（或者需要ADAS系统进行刹车，执行规避操作等），在这里它的作用是监测驾驶员疲劳（感测眨眼）和注意力分散（检测驾驶员头部朝向）等重要任务。

为了提高ADAS技术的可靠性，安森美半导体等电子元器件制造商正在开发在非常明亮或低光照条件下都具有良好性能的图像传感器。AR0230AT 是一款1 / 2.7”格式CMOS器件，具有1928x1088有源像素阵列，可通过滚动式快门读数（rolling-shutter readout）捕获线性或高动态范围（HDR）模式图像。它支持视频和单帧操作，并包括像素内合并和窗口（in-pixel binning and windowing）等摄像头功能。这款高能效的图像传感器专为低光和HDR场景而设计，可通过简单的双线串行接口进行编程。

图1：Melexis ToF成像芯片组。

Melexis的 MLX75x23阵列专门针对驾驶员面部监控应用而设计，能提供完整的飞行时间（ToF）3D成像解决方案。它们基于DepthSense像素技术，具有320x240 QVGA ToF像素分辨率，并在非常强的阳光下具备高工作性能。相关的经AEC-Q100认证的MLX75123协同芯片能够控制ToF传感器和照明装置，以及传输到主处理器的流数据。这些芯片组能够在非常小巧的3D摄像头设计中提供高性能、高灵活性以及简捷的设计。

让汽车具有比人眼更好的视野

检测车辆周围物体的传感器需要采用合适的物体识别/分类技术。通常，这些技术包括运行机器学习或深度学习的处理器，从而使车辆的ADAS能够有效识别运动、形态、人员、其他车辆、街道标志和潜在障碍物等。其中一个例子是恩智浦半导体的S32V234视觉和传感器融合处理器IC，它能够支持计算密集型图像处理应用。该IC集成了嵌入式图像传感器处理器、强大的3D图形处理单元、双APEX-2视觉加速器以及集成的安全功能。作为恩智浦SafeAssure计划的一部分，该器件适用于兼容ISO 26262 ASIL B安全性功能的ADAS应用，例如行人检测、车道偏离警告、智能头部光束控制和交通标志识别等等。该处理器集成了四个64位ARM Cortex-A53内核，工作频率高达1GHz，配有一个NEON协处理器和一个ARM Cortex-M4 CPU， Cortex-M4允许汽车操作系统与独立于CPU的外部设备对接。

同样，德州仪器的TDA3x SoC系列集成有为满足ADAS要求而高度优化和可扩展的器件。这些SoC拥有低功耗、高性能（高达745MHz信号处理数据吞吐量）、更小外形尺寸和助力更高自动驾驶能力的ADAS视觉分析处理等最优组合。TDA3x SoC系列支持全高清视频（1920×1080分辨率，60fps），可在单一可扩展架构上实现复杂的嵌入式视觉功能，如环绕视图、前视摄像头、后视摄像头、雷达和传感器等功能的融合。

图2：恩智浦的S32Rx雷达MCU。

汽车雷达

远程高分辨率雷达所需的智能微控制器单元（MCU）是开发下一代安全性关键系统的核心。NXP的 S32Rx radar MCU是32位器件，可满足现代波束成形快速啁啾（fast chirp）调制雷达系统所需的高性能计算需求，它具有雷达I / F和处理功能，以及双e200z内核和宽大的系统内存。这些器件采用AEC-Q100 grade 1和257 MAPBGA封装，专为自适应巡航控制、自动紧急制动和后部交通警报（rear traffic crossing alert）等应用而设计。

设计未来的全自动驾驶车辆

虽然目前有很多关于自动驾驶汽车的炒作，但必须记住，我们仍然处于这项技术的早期阶段。汽车工程师协会（SAE）已经定义了五个级别的自动驾驶： 级别0（Level 0）意味着没有任何自动化，而级别5（Level 5）则是完全自动化。说起拥有一定程度自动驾驶功能的汽车（例如使用特斯拉自动驾驶功能），如今最先进的车辆仍然处在SAE Level  2。

虽然在过去的十年中，图像传感和物体识别技术取得了重大进展，但我们距离完全自动驾驶汽车还有很长的路要走。据估计，在普通汽车实现SAE Level之前至少还需要15年。然而，汽车OEM已经制定了雄心勃勃的自动驾驶时间表，为此正在加速ADAS组件的开发部署，ADAS是实现自动驾驶技术的基础。

大众汽车（Volkswagen）、Mobileye和Champion Motors最近宣布成立一家合资企业，在以色列部署完全无人驾驶的乘车服务，计划于2019年推出部分服务，并随后于2022年全面投入运营。大众将提供电动汽车平台， Mobileye将整合交钥匙软件和硬件技术以实现自动驾驶，而Champion Motors将负责车队管理和维护等方面。 ABI Research预测，到2025年，汽车行业将出货大约800万辆具有SAE Level 3和Level  4技术的消费市场汽车，这种汽车仍然需要驾驶员，但在某些条件下能够完全将安全关键功能交由车辆完成。

完全自动驾驶汽车进入主流市场的速度将取决于人们处在无人驾驶的汽车中是否具有安全感。当自动驾驶车辆涉及交通事故时，还需要解决复杂的法律问题，即谁（或什么）该负责相应的责任。自动驾驶汽车前面的道路充满了不确定性，但很明显，人类控制作为汽车驾驶不可或缺一部分的体验，很快就会成为过去的历史。