開發者說丨汽車高級駕駛輔助系統ADAS盤點

本文做者：Apollo開發者社區

高級輔助駕駛系統（ADAS）是指利用傳感器收集車輛周圍數據， 進行物體的辨識、偵測與追蹤等， 可以讓駕駛者在最快時間察覺潛在危險， 提升安全性的主動安全技術。目前的車輛都帶有駕駛輔助系統，普遍應用的倒車雷達，比較高端的遠程召喚，都屬於輔助駕駛。

 

隨着全國汽車保有量的持續攀升，道路交通事故率居高不下，對於駕駛員差別化習慣所致使的交通事故而言，高級駕駛輔助系統（ADAS）則顯得尤其重要。

 

按技術進行分類，ADAS可分爲輔助預警類和控制輔助類兩大部分。

 

1. 輔助預警類的包括有：車道偏離警示系統（LDW）、前向碰撞預警系統（FCW）、盲區監測系統（BSD）、交通標誌識別（TSR）、駕駛員疲勞預警（DDW）、變道輔助系統（LCA）、夜視系統（NV）、泊車輔助系統（PA）、360°全景影像系統。

2. 控制輔助類的包括有：自適應巡航系統（ACC）、自動緊急制動（AEB）、車道保持系統（LKA）、智能車速控制（ISA）、自動泊車系統（APS）、交通擁堵輔助系統、加強型人行檢測系統、預碰撞系統（PCS）、交叉路口自動剎車系統。

 

本文由百度Apollo智能汽車事業部 自動駕駛工程師——陳光撰寫，對汽車高級駕駛輔助系統ADAS盤點進行了詳細講解，但願這篇文章給感興趣的開發者帶來更多幫助。

 

  如下，ENJOY  

 

前言

 

隨着愈來愈多新勢力造車勢力的崛起、以及BAT等互聯網公司對汽車行業的滲透，使得傳統車企也不得不加入了汽車智能化的大潮中。愈來愈多的新技術被應用到了汽車上，使得汽車不只愈來愈智能，也愈來愈安全。ADAS做爲汽車智能化的典型功能，愈來愈受到業界的重視。

 

高級駕駛輔助系統

 

ADAS（Advanced Driver-Assistance Systems）字面翻譯過來是「先進駕駛員輔助系統」，實際上它是一種「輔助駕駛員更便捷更安全使用汽車」的系統。

 

ADAS的研發歷史能夠追溯到上個世紀50年代，工程師開始嘗試將雷達佈置在汽車上，用以實現周圍環境的檢測功能。據維基百科中對ADAS系統的描述，第一臺具備ADAS功能的量產車是在1997年由豐田推出的Celsior，該車具有自適應巡航功能。

 

隨後愈來愈多的傳感器被安裝在車上，ADAS功能也愈來愈豐富。

 

能被稱做ADAS的功能有不少，不管是常見的自適應巡航，仍是更高端的車道保持輔助，甚至L2級別的自動駕駛功能，都是依賴如下三種傳感器實現的，它們分別是毫米波雷達、視覺傳感器和超聲波雷達，以下圖所示。

 

▲毫米波雷達、攝像機、超聲波雷達實物圖

 

毫米波雷達

 

說到雷達，首先浮如今腦海中的，確定是下面這兩個場景。場景中的雷達是經過發射電磁波進行物體監測的。

 

▲場景中的雷達

 

電磁波雷達被髮明後，成本極高，僅用於軍事、航空等高端領域，同時應用場景也決定了它的尺寸巨大。隨着技術愈來愈成熟及電磁波雷達商業化的潛力，車載的電磁波雷達也愈來愈常見，甚至不少平價車型也標配了電磁波雷達。

 

應用於汽車的電磁波雷達通常是指毫米波雷達。顧名思義，毫米波雷達發出電磁波的波長在毫米量級。最多見的毫米波雷達的頻率是介於77Ghz~79Ghz的長距離毫米波雷達。

 

長距離毫米波雷達通常安裝在汽車的前、後保險槓中，可以幫助車輛實現自適應巡航、前方碰撞預警和自動緊急剎車功能。

 

長距離毫米波雷達

 

長距離毫米波雷達通常安裝在汽車的前、後保險槓中。以下圖所示，被標註爲綠色框的Long-range radar。長距離毫米波雷達可以實現的ADAS功能不少，最多見的有自適應巡航、自動緊急剎車。

 

▲長距離毫米波雷達的安裝

 

自適應巡航

 

自適應巡航（Adaptive Cruise Control，簡稱ACC）技術出如今量產車上能夠追溯到1999年，奔馳、捷豹、日產在其豪華車型上配備了ACC功能。

 

ACC的原理並不複雜。首先設置一個跟車距離，隨後經過長距離毫米波雷達實時監測前方的汽車，經過對發動機和制動器的控制，使前車與自車始終保持在設定的距離。這樣駕駛員就能夠解放雙腳，控制好方向盤便可。

 

前方碰撞預警

 

前方碰撞預警（Front Collision Warning，簡稱FCW）是在自車行駛過程當中對有可能出現的碰撞風險進行預警，以提醒駕駛員減速。固然FCW還有一個升級版，叫自動緊急剎車（Autonomous Emergency Braking，簡稱AEB），AEB除了能實現FCW的預警功能外，還能在預警後對車輛的制動系統進行控制，緊急介入減速車輛，下降碰撞風險。

 

理論上毫米波雷達和攝像機均能實現FCW功能，不過業界更多地使用毫米波雷達。由於自動緊急剎車功能，須要前方障礙物的準確距離，這樣才能根據汽車動力學模型準確計算出碰撞時間，進而判斷是否須要預警，而攝像頭在距離測量的精度方面是遠遠不如毫米波雷達的。

 

中距離毫米波雷達

 

中距離毫米波雷達通常安裝在汽車的四個角上。以下圖所示，被標註爲橙色框的Corner radar和Rear radar。中距離毫米波雷達可以實現最多見的ADAS功能的盲點監測。

 

▲中距離毫米波雷達的安裝

 

盲點監測系統

 

盲點監測系統（Blind Spot Monitor）是用於監測自車後側方盲區內其餘汽車的系統，用以提醒駕駛員後側方存在碰撞風險，請勿變道。該功能的實現依賴於後側向毫米波雷達對障礙物的檢測能力，並以此爲根據對駕駛員進行預警。

 

固然，側向毫米波雷達除了能在開車時進行盲區的監測外，還可以在停車時，監測後方來車，實現開門報警的功能，以下圖所示。

 

▲側向毫米波雷達的開門報警功能

 

攝像機

 

得益於5年前AI技術的大爆發，使得使用圖像作識別的門檻忽然下降，攝像機也成了ADAS領域的標配，基於攝像機的駕駛員監測、車道偏離預警、交通標誌識別等功能被普遍應用在量產車型中。

 

駕駛員監測

 

駕駛員監測（Driver Monitoring System，簡稱DMS）最先出如今量產車上是在2006年的雷克薩斯GS 450h上，隨着技術慢慢成熟愈來愈多的豪華車上配備了該系統。

 

目前最成熟的當屬凱迪拉克CT6上的DMS了，它經過監測駕駛員的面部，獲取駕駛員的注意力信息，配合高速公路自動駕駛系統使用，當駕駛員注意力不在道路上時，則預警。以下圖所示，攝像頭的安裝位置在儀表盤前方。

 

▲ DMS的安裝

 

駕駛員監測，瞭解一下？完整視頻請看文末參考連接。

 

車道偏離預警

 

車道偏離預警（Lane Departure Warning，簡稱LDW）是業界耳熟能詳的功能。由於實現車道線和汽車的相對關係是安全輔助駕駛最基本的需求之一。

 

LDW僅提供預警功能，汽車回到車道內行駛須要駕駛員手動控制方向盤。在預警的基礎上，LDW能夠升級到更高級的車道保持輔助系統（Lane Keep Assist，簡稱LKA），在駕駛員未對警告信息作處理的狀況下，汽車自動回正方向盤，保持車輛在本車道內行駛。若是真要換道怎麼辦？那就請先打開轉向燈。

 

超聲波雷達

 

超聲波雷達基本以做爲標配存在於量產車上，駕駛員通常成之爲倒車雷達。車載的超聲波雷達通常安裝在汽車的保險槓上方，隱藏在保險槓的某個位置。在車上外觀以下圖黃色箭頭處的圓點所示。

 

▲超聲波雷達的安裝

 

下圖中深紅色區域所示，即爲超聲波雷達可以探測的範圍。超聲波雷達通常用於低速的ADAS場景，好比遠程喚車和自動泊車。

 

▲超聲波雷達的探測範圍

 

遠程召喚

 

遠程召喚（Remote Summon）是近幾年被特斯拉帶火的一個功能。當汽車停在一個比較狹窄的空間時，不便進入車內時，使用該功能能較方便地將汽車移出車位。汽車收到召喚指令後，會經過車身周圍的超聲波雷達，感知周圍的障礙物位置，進而選擇一條最優的出庫路徑。

 

特斯拉可以使用車鑰匙對汽車發送喚車指令，汽車收到指令後會根據周圍環境進行先前或向後的移動。隨着汽車愈來愈智能化，如今也有部分汽車可以用手機直接進行遠程召喚。

 

遠程召喚，瞭解一下？完整視頻請看文末參考連接。

 

自動泊車

 

自動泊車（Automatic Parking Asistance，簡稱APA）是不少新手司機最愛的ADAS功能之一。汽車緩緩駛過庫位時，汽車側方的超聲波雷達能夠探測到側方是否存在一個空閒的空間，使得汽車可以泊入其中，以下圖所示：

 

▲自動泊車原理

 

汽車緩緩駛過庫位時，汽車右前方的APA傳感器返回的探測距離與時間的關係大體以下圖：

 

▲探測距離與時間的關係

 

將 t1 時刻到 t2 時刻的車速作積分便可獲得庫位的近似長度，若是近似認爲汽車爲勻速行駛，直接用車速乘以(t2-t1)便可。當檢測的長度超過車輛泊入所需的最短長度時則認爲當前空間有車位。

 

一樣後側向的APA也會生成相似信號曲線，用以作庫位的二次驗證。

 

有了庫位檢測功能，進而開發自主泊車功能就不是難事了。

 

自動泊車，瞭解一下？完整視頻請看文末參考連接。

 

小結

 

以上就是目前主流汽車ADAS功能的技術盤點。發揮你的想象力，你會發現，車載的毫米波雷達、超聲波雷達和視覺傳感器除了在ADAS領域各司其職，還構成自動駕駛功能的三頭六臂，配合愈來愈多汽車所具有的OTA功能，汽車將會像手機同樣，擁有一個愈來愈聰明的大腦。

 

OTA和豐富的車載傳感器爲汽車自動駕駛提供了可發揮的空間，也許在不久的未來，你的汽車將能擁有Level 2的自動駕駛能力。

 

本文部份內容參考連接

 

1*《駕駛員監測視頻》

【https://v.qq.com/x/page/j0906y0np7j.html?sf=qz】

2*《車道偏離預警系統和車道保持輔助系統視頻》

【https://v.qq.com/x/page/f0906uu804k.html?sf=qz】

3*《遠程召喚視頻》

【https://v.qq.com/x/page/a090620o3ca.html?sf=qz】

4*《自動泊車視頻》

【https://v.qq.com/x/page/s0906ubbqaf.html?sf=qz】

原文連接地址：https://developer.baidu.com/topic/show/290447