先进驾驶辅助系统(ADAS)正越来越精密和广泛,并通过定义的自动水平向全自动驾驶的“终极目标”迈进。这股汽车大趋势正在不断累积动能,刺激汽车产业和消费者发展出不同的看法和观点,而消费者肯定将深受这波汽车发展趋势所影响。

有些汽车用户期待着有朝一日可以从A地到B地旅行时,不再需要自己开车,而且安全性更高。而有些人可能对自动驾驶却没那么期待,因为那时驾驶乐趣可能会消失不见。

事实上,汽车领域的技术正在快速向前发展中。汽车制造商和一线供应商开始与先进的电子元件制造商合作,持续补充自己的专业知识和技术。而像安森美半导体(ON Semiconductor)等公司也参与其中,投入动力总成、信息娱乐和其他车用电子相关领域。

安森美半导体虽然是一家半导体元件制造商,但其不断扩大的汽车电子产品阵容和深厚知识,意味着越来越多的多个元器件可以整合或结合高度可靠的系统方案,从而帮助一线制造商和OEM更加快速高效地推出新的ADAS。显而易见的是,从ADAS、先进的ADAS到全自动驾驶车辆,需要开发智能、安全和可靠的芯片解决方案。

全世界的许多领域正明显发生变化,而这大多数都是由技术进步所推动。尤其是汽车领域,几乎所有的讨论都集中在全自动或无人驾驶车辆。总的来说,人们对驾驶的态度正在改变;上一代的驾驶,在很大程度上可说在享受驾驶的乐趣,有些人甚至几近于崇拜汽车。如今,越来越多的人只想快速、安全、高效地从A地抵达B地。

在汽车自动化的进程中,安全是一个关键的驱动因素。据世界卫生组织(WHO) 2017数据显示,每年有125万人死于道路交通事故,另外有2,000万至5,000万人受伤或残疾。正如美国交通运输部在2016年5月的数据所指出的,这些道路交通事故绝大多数是人为失误造成的,美国每年超过200万的交通事故中,有94%是由驾驶员失误造成的。

革新或是演进?

自动驾驶汽的发展将是持续快速的演进,而不是革新。自20世纪80年代以来,扎实的相关研究就已积蓄动力,如今有50家公司积极开发自动汽车,一些重要的大学项目也在更进一步提升汽车的潜能。

如今汽车功能电子化相当普遍,精密的电子器件广泛应用在动力总成、车身、内饰、照明和主动安全系统等关键领域。这些系统不断发展,一个主要的趋势是感测和车载网络的增强,结合个别的功能迈向集成的自动汽车。

ADAS17101201 图1:即使是入门级的车辆也有大量的电子成分。

如今许多车辆已采用自动紧急制动、车道偏离警告系统、主动巡航控制,以及盲点监测和自动泊车等功能。这些系统不再仅仅局限于豪华车辆,而是扩散到入门级车辆,这些自动化功能为控制汽车的驾驶提供了宝贵的贡献。

转折点

随着量产车辆通过认可的ADAS水平演进到全自动的互联的汽车,汽车行业将到达一个转折点,车辆本身将会提供整合的监测。随着我们越来越依赖自动系统和大数据的发展,还有可能包括汽车以外的领域,功能安全和系统网络安全的重要性会提高,像安森美半导体这样的公司已经意识到这点,并通过硬件和软件的创新解决了这些顾虑。

ADAS17101202 图2:行业正迅速接近自动驾驶的转折点。

通过这个转折点的关键是有效的“传感器融合”。当车辆中的各种系统连接在一起时,可作出更复杂、安全性至关重要的决策的能力,以及避免可能导致事故的错误冗余能力也会随之提升。

传感器融合

视觉是日益重要的汽车技术之一,用于支持主动安全功能,包括从后视和前视摄像机、以及车舱内ADAS。

然而,不同的传感器类型有其特定的优缺点——可能是长距离或短距离的性能,或是在恶劣天气条件下的工作能力等等。因此,能够结合和处理来自多种类型传感器的数据,以确保做出正确的决策、响应和调节是非常必要的。这可能包括图像传感器、雷达和激光雷达的组合。

功能安全

大多数ADAS系统中的主要传感器是图像传感器,它是系统的整体功能安全的一个重要组成部分。随着ISO 26262的推出,汽车安全完整性等级涵盖从最基础的ASIL-A到最高的ASIL-D。ASIL等级由三个因素决定:故障的严重程度、故障发生的概率,以及控制故障影响的能力。

功能安全从传感器开始,像延迟和高速故障检测等问题已经被汽车OEM厂商、一线厂商和传感器制造商确认为密切关注的重要议题。如果ADAS,特别是像自适应巡航控制、碰撞预警和行人检测等系统的图像传感器未进行故障检测,可能意味着一场灾难即将发生。

要在成千上万个潜在的故障模式中检测到其中任何一种,过程中需要用到密集型处理器,而且每一个故障都需要各自的算法。事实上,在系统层级可能无法检测到某些故障。容错系统中的延迟是所有系统设计人员最关心的问题——简单地说,这是发生故障和系统返回安全状态之间的时间。为了安全,必须在发生危险事件之前检测到故障并加以解决。

ADAS17101203 图3:延迟是故障检测过程中的一个关键参数。

随着视觉传感器越来越先进,功能安全故障检测正从ADAS系统转向传感器本身。通过这种内置检测的方式,设计即可辨识故障。传感器检测带来的益处是提高故障检测能力,以及减轻一些对ADAS系统处理能力的压力。

时至今日,许多ADAS系统仍难以满足ASIL-B的标准要求。近期内,需要满足ASIL-B法规的系统数量将显著增加。未来的ADAS系统如果实现广泛使用,甚至需要满足更严格的ASIL-C和ASIL-D法规。安森美半导体等半导体厂商正积极耕耘这一领域,在许多图像传感器中内置了精密的安全机制,以确保完整的功能安全。

此外,为了符合特定功能的需求和汽车运行环境的严格要求,ADAS图像传感器结合强固性、减少光照闪烁(LFM ,LFM克服了由LED 前照灯或后照灯在传感器视场中引起的对场景误判的问题)、卓越的红外性能等功能,以及在极亮或极微光照条件下工作的能力。

总结

ADAS是车辆电子成分和功能增加的一个方面,也许是发展最快的领域。全自动驾驶之旅正在加快步伐,行业正接近转折点。功能安全的先进视觉传感器将是未来ADAS系统的心脏。将这些传感器与汽车技术中的其他技术结合起来,并确保网络安全,将使汽车行业超越即将到来的真正实现自动驾驶的引爆点。

本文来自《电子工程专辑》2017年10月刊,版权所有,谢绝转载