基本介紹
- 中文名：高級駕駛輔助系統
- 外文名：Advanced Driving Assistance System
- 利用：各式各樣感測器及套用型軟體
- 系統範圍：電子警察系統ISA
- 套用技術：基礎型後視攝像頭
- 所屬系統：先進駕駛輔助系統
系統簡介,系統範圍,套用技術,系統描述,系統套用,系統發展,
系統簡介
先進駕駛輔助系統概述
先進駕駛輔助系統（Advanced Driver Assistance System），簡稱ADAS，是利用安裝於車上的各式各樣的感測器， 在第一時間收集車內外的環境數據， 進行靜、動態物體的辨識、偵測與追蹤等技術上的處理， 從而能夠讓駕駛者在最快的時間察覺可能發生的危險， 以引起注意和提高安全性的主動安全技術。ADAS 採用的感測器主要有攝像頭、雷達、雷射和超音波等，可以探測光、熱、壓力或其它用於監測汽車狀態的變數， 通常位於車輛的前後保險槓、側視鏡、駕駛桿內部或者擋風玻璃上。早期的ADAS 技術主要以被動式報警為主，當車輛檢測到潛在危險時， 會發出警報提醒駕車者注意異常的車輛或道路情況。對於最新的ADAS 技術來說，主動式干預也很常見。
系統範圍
根據Wikipedia線上百科全書的定義，汽車高級輔助駕駛系統通常包括導航與實時交通系統TMC，電子警察系統ISA （Intelligent speed adaptation或intelligent speed advice）、車聯網（Vehicular communication systems）、自適應巡航ACC（Adaptive cruise control）、車道偏移報警系統LDWS（ Lane departure warning system）、車道保持系統（Lane keep assistance），碰撞避免或預碰撞系統（Collision avoidance system或Precrash system）、夜視系統（Night Vision system）、自適應燈光控制（Adaptive light control）、行人保護系統（Pedestrian protection system）、自動泊車系統（Automatic parking）、交通標誌識別（Traffic sign recognition）、盲點探測（ Blind spot detection） ，駕駛員疲勞探測（Driver drowsiness detection）、下坡控制系統（Hill descent control）和電動汽車報警（Electric vehicle warning sounds）系統。
套用技術
高級駕駛員輔助系統（ADAS）基礎型後視攝像頭
後視攝像頭系統可以幫助駕駛員發現車後的物體或人員，以便在確保全全的情況下倒車並順利停車入位。高級系統中部署100萬像素的高動態範圍（HDR）攝像頭，並通過非禁止雙絞線實現高性價比的高速乙太網連線和視頻壓縮。其他系統要求包括適當的物理層接口和電源。智慧型後視攝像頭可在本地對視頻內容進行分析，以實現物體與行人偵測。此外，它們還支持全面的本地圖像處理及圖形疊加創建。它們能夠測量物體距離，並觸發制動干預。這種功能可以幫助駕駛員安全倒車，方便他們停入車位。飛思卡爾解決方案具有高集成度和低功耗的特點，支持開發極小規格的攝像頭模組。智慧型後視攝像頭與簡易型模擬攝像頭使用相同的接口，提供了一種極具吸引力的升級換代途徑。
高級駕駛員輔助系統（ADAS）前視攝像頭
高級駕駛員輔助系統中的攝像頭系統可以分析視頻內容，以便提供車道偏離警告（LDW）、自動車道保持輔助（LKA）、遠光燈/近光燈控制和交通標誌識別（TSR）。在前視黑白攝像頭中，圖像感測器會向配備DSP擴展的雙核MCU提供傳入視頻幀，以進行圖像處理。其他系統要求包括提供適當的物理通信接口、電源、可選的DRAM以及可降低系統成本的嵌入式快閃記憶體。
ADAS的感測器
高級輔助駕駛系統基於不同的感測器技術， 77GHz的雷達感測器已經在高端奢華轎車上的主動式巡航控制系統（ACC）上套用多年了。該系統的感測器可以丈量前方車輛的速度以及兩車之間的間隔，同時可以監測自身車輛的速度和間隔。已經在中級轎車和經濟型轎車市場上開始套用的機載雷射雷達（Lidar）感測器是遠程感測器中比較經濟的選擇。相比於雷達，這種感測器發射雷射脈衝，並能檢測從其他物體反射回來的光線。與其他物體之間的間隔可以通過信號延遲的時間來進行計算。。
短程雷達感測器的工作頻率是24GHz，用於監測車輛四周的物體。這種感測器一般安裝在車輛的側面，其信息用於盲點檢測（BSD）和併線輔助（LCA）功能，比如在盲點中出現物體或者鄰近車道車輛進入盲點時，會向司機提出預警。下一步，其信息能夠與導航系統相結合，更好地實現車輛引導。安裝在車輛前方或後方的24GHz雷達感測器可以用於預防碰撞發生。
視頻感測器能夠監測圖像信息，比如側面物體的大小和外形。視頻感測器能夠監測其他的道路使用者、交通訊號和路標等情況。感測器發出的信息能夠實現車道偏離警告和交通訊號識別功能。
其他基礎設施如交通訊號、轉彎或山坡等信息可以通過輿圖來獲得。超音波感測器用於低速情況，比如停車，同時不需要高探測範圍。而且內部數據可以收集起來提供給其他車輛。通過車對車通訊進行數據傳遞，來監測車流密度。
另外，通過不同感測器獲得的數據可以相互融合，用於增加系統功能或增強現有的功能。比如，雷達、攝像機和機載雷射雷達與導航數據的融合對改善車輛性能十分重要。通過將從攝像機和輿圖的信息進行結合，就能進步交通訊號識別系統的識別率。探測到的交通訊號再與eHorizon的數據進行對比，eHorizon能夠通過提供基於導航數據的道路基礎設施具體信息來支持ADAS的功能。計算置信水平就能決定向司機顯示哪種交通訊號。融合這些感測器還能獲得一種新的功能，即Sensitive Guidance，這是融合了雷達或攝像機系統的導航系統。導航系統的輸出與交通情況、雷達或攝像機感測器相適應，比如監測盲點中或其他車道中的車輛。
系統描述
高級駕駛員輔助系統（ADAS）77 GHz雷達系統
77 GHz雷達系統支持帶有或不帶自動轉向與制動干預功能的自適應巡航控制、防撞保護和碰撞警告系統。在碰撞警告系統中，雷達晶片組可以檢測和跟蹤目標，根據前方交通狀況自動調整車輛的速度並控制與前車的距離，在即將發生碰撞時向駕駛員發出警告並啟動緊急制動干預。
FCWS (Forward Collision Warning System) 前車防撞預警系統
FCWS是一種高級安全輔助系統，它通過感應和計算在行駛過程中車輛與前車的距離來判斷潛在的碰撞風險，並立即發出警示。FCWS在駕駛者分心未能注意到前方狀況、或者疲勞犯困或者使用手機等情況時具有顯著的實際效用。
TLR (Traffic Light Recognition) 交通信號燈識別系統
系統套用
駕駛輔助系統組成
它主要由GPS和CCD相機探測模組、通信模組和控制模組等組成。其中，GPS和CCD相機探測模組通過GPS接收機接收GPS衛星信號，求出該車的經緯度坐標、速度、時間等信息，利用安裝在汽車前部和後部的CCD相機，實時觀察道路兩旁的狀況；通信模組可以傳送檢測到的相關信息並在相互靠近的汽車之間實時地傳輸行駛信息；控制模組可以在即將出現事故的時候做出主動控制，從而避免事故的發生。
GPS模組和CCD相機探測模組
在汽車駕駛過程中，最容易出現碰撞事故的地方就是在拐角處，這是因為汽車設計過程中，其前視窗有視野死角，使得駕駛者在轉彎時沒有很好的視野，從而不能對即將發生的事故做出迅速明確的判斷。為了最大限度地消除視野死角問題，駕駛輔助系統利用GPS和CCD相機探測模組得到車輛的行駛數據，包括車輛的位置、速度、兩車接近速度等。 為了反映車間的距離位置信息，這裡將地理信息系統(GIS)中的道路信息融入GPS定位數據系統，構成融合GPS信息系統。在GIS中，為了真實地反映地理實體，記錄的數據不僅包含實體的位置、形狀、大小和屬性，還記錄了實體間的相互關係，這樣結合能夠很好地滿足本系統的需要。因此，GPS衛星傳遞的位置信息不僅包括汽車所處的經度和緯度，還包括海拔高度以及車輛間的位置關係，這樣就能夠更為精確地表示出汽車所處的地理位置，避免兩車間信息傳遞出現“立交橋情況”，不會使汽車做出錯誤判斷，而導致不必要的狀況發生。
安裝在汽車前部和後部的CCD相機即“盲區探測器”，其作用是能夠實時觀察道路兩旁的狀況。其中，前部CCD可以在轉角處提前探測轉彎後的路況，判斷有無駛近的車輛；後部CCD可以看到後面車輛行駛情況，判斷有無車輛影響本車轉彎、超車等操作。
利用GPS和CCD相機判斷危險發生並根據危險做出判斷操作的過程。首先，判斷是否有車輛駛近本車，並且將最危險的接近車輛作為通信對象；其次，通過Ad Hoc無線網路通信，獲得本車與目標車的行駛信息，包括速度、位置、剎車扭矩等。根據這些信息，判斷目標車的行駛狀況是否正常。當監測到的信息顯示目標車運行不正常，則兩車間互相傳遞諸如剎車扭矩等的重要信息，並且根據具體情況，實時地通過CCD相機獲得兩車間的距離信息，在特定情況下，兩車MCU控制器均會採取主動或自動剎車，從而避免兩車相撞，同時司機也可以通過車內的監視屏來看到這些信息。即使在行駛過程中，出現不同的危險狀況，駕駛輔助系統都能夠根據從GPS和CCD相機得到的信息，針對不同的行駛狀況，做出正確精確的操作。
通信模組
移動Ad Hoc網路由汽車上裝載的無線終端相互作用而形成，無需其他有線和無線網路支持。其中，每輛汽車都是移動Ad Hoc網路中的移動節點，而且可以自由地加入或離開網路。移動Ad Hoc網路中沒有網路基礎設施(如蜂窩網中的基站)，所有移動節點分散式運行，具有路由功能，利用一定的協定，使得移動節點自身可以發現和維護其他節點的路由。除適合本駕駛輔助系統的數據信息傳輸外，還具有一些蜂窩行動網路不具備的優點： (1)可以隨時建立網路，在沒有其他通信設施的情況下使用，大大節省運營成本； (2)不受固定拓撲結構的限制，具有很強的容錯性和魯棒性，在某些極端惡劣的情況下，即使部分探測汽車出現故障，網路仍能正常運行。 駕駛輔助系統依靠車輛間的狀態信息相互傳遞，監測行車狀態，可以保護行車的安全性，包括調節行駛狀態，避免惡性碰撞。現有的系統能夠警告駕駛者危險狀況的來臨，但不能自主做出預防措施，而本系統則彌補了這個缺陷。利用Ad Hoc網路傳送的信息主要包括兩種： (1)定時傳輸由GPS和CCD相機以及車內部分感測器得到的狀態信息，如：車輛的位置、行駛速度、剎車扭矩等。根據研究，這些狀態信息應以非常高的頻率傳遞，網路中的每輛車每秒大約傳輸5～50次。 (2)危險情況的警告信息。與上面定時傳送的信息不同，這些警告信息有可能來自通信範圍內的通信車輛，節點離得較遠，因此需要多跳傳輸，所以這種信息只有當危險情況出現時才發出。 因此利用移動Ad Hoc網路傳輸的系統能對車輛行駛狀況實施實時動態採集，具有建設成本低、周期短、維護費用低的特點，適合我國智慧型交通發展的現狀。但移動Ad Hoc網路拓撲結構和物理層協定設計、採集信息的處理與其對未來路況預測等問題還有待解決。
控制模組 通過Ad Hoc網路傳遞過來的車輛信息進入車內整車控制器時，會對所得到的數據進行分析處理。如果分析的結果安全，不做出任何措施；當分析的結果出現警告時，則做出主動預防措施，其過程如下：
整車控制器是汽車控制的核心，它根據輸入信號，判斷汽車當前狀態，並經過一定的控制邏輯和控制算法的判斷分析，確定向各子系統發出當前控制信號的量值。速度信號表征當前整車對輸出驅動扭矩的需求量，同理，制動踏板信號表示對整車制動扭矩的需求。本文所研究的汽車控制策略採用的是電力輔助控制策略。發動機MCU根據總成控制器發出的發動機油門信號，結合當前的發動機轉速，確定出所需供油量和噴油定時，使電噴發動機通過有效組織燃燒向扭矩耦合器輸出扭矩。電機驅動系統根據輸入的表征電機扭矩大小的電機油門信號，以及電機工作模式信號決定電機的驅動扭矩輸出。整車控制器根據駕駛員制動踏板及當前車速計算出所需機械制動扭矩值，以得到機械制動系統的制動指令，與原車相比，車輪制動力分別來自產生摩擦制動的制動系統和產生回饋制動的動力傳動系統，增加的回饋制動功能由混合動力及傳動系統實現，回饋制動力來自電機的制動力矩，並通過傳動系統施加於驅動輪上，而回饋制動的能量則通過傳動系統傳回電機。這樣提高了制動的可靠性，從而增加了駕駛輔助系統的可靠性和安全性。
系統發展
先進駕駛輔助系統的發展可以分別從技術和市場套用兩個角度來分析。從技術研發角度來看， 先進駕駛輔助系統的研發通常是由政府牽頭並出資設立相關研究項目，支持並推動技術的開發工作，而實際的開發工作則是由整車廠商與零部件廠商或獨立、或合作完成的。從市場套用角度來看， 由於各國政府和消費者都深刻認識到降低事故頻率、減輕事故傷害的重要性， 而先進駕駛輔助系統作為前沿的主動安全技術，可以有效降低多數事故類型的發生頻率，因此， 一方面各國政府紛紛立法要求強制安裝得到某些驗證的先進駕駛輔助系統技術， 將其作為汽車中的標準配置， 希望以此來保護駕車者、乘客、行人以及其他道路用戶；另一方面，消費者主觀上對行車安全性的高度重視也使得先進駕駛輔助系統技術的市場需求日益增長。
中國先進駕駛輔助系統發展現狀
國內市場由於汽車工業起步晚，起點低，對於代表先進汽車技術的駕駛輔助系統開發力度不足， 國家尚未出台推動駕駛輔助系統技術發展的相關計畫。而國內汽車生產廠家受資金與研發實力的限制， 在先進駕駛輔助系統研發方面的投入較少。政策方面， 中國也沒有出台先進駕駛輔助系統相關技術的強制性安裝法規， 但針對在國內市場安裝的日間行車燈和胎壓監測系統， 國家已經出台了強制性技術法規，並予以實施。
（1） 從技術發展角度來看，由於消費者對汽車安全性的重視度只會越來越高， 因而先進駕駛輔助系統在未來很長一段時間內必將保持持續發展的趨勢。同時，先進駕駛輔助系統正在從單個技術獨立發展轉變為整合式主動安全系統的開發，多項技術可以共用感測器、控制系統等平台，一旦車輛裝備了基礎的ESP、ACC 等技術，便可以方便地並以較低的成本添加其他安全駕駛輔助技術，從而將進一步推動先進駕駛輔助系統技術在汽車上的套用。
（2） 一些相對較為低端且實用性強的先進駕駛輔助系統技術，如胎壓監測系統、ESP 電子穩定系統等已經充分得到了市場的認可， 在強烈的需求驅動下，其在低端市場的普及率將穩步提升。
（3） 中國消費者對於避險輔助類、視野改善類技術表現出明顯的關注度與需求度， 必將成為下一階段該領域內的主要增長點。
（4） 一些對道路要求較高的技術，如變道輔助、車道偏離警告、ACC 等，以及與中國消費者駕駛習慣不符的技術，如車道保持系統、駕駛員疲勞檢測、禁酒閉鎖系統等，則可能將面臨較長一段時間的緩慢發展。
