基于FPGA平台的驾驶辅助应用加速发展 安全带, 安全性, 创新, 技术

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众所周知，在过去50年时间里，安全带、前置气囊、安全带预紧器、防抱死制动（ABS）以及侧边气囊等汽车安全系统的应用大大降低了汽车事故的伤亡率。现在，汽车生产商在汽车安全方面付出更多努力，特别是在汽车驾驶辅助系统方面做出了许多创新。驾驶辅助（DA）技术在进一步提高安全性的同时还将带来革命性的崭新驾驶体验。包括工具、IP和芯片在内的FPGA平台将在实现这一诱人前景的过程中扮演关键角色。

赛灵思公司汽车系统架构师和驾驶辅助专家Paul Zoratti表示：“汽车生产商在汽车中集成的驾驶辅助系统可以帮助司机做得更好。驾驶辅助系统能够以报警等形式为司机提供多种信息，帮助司机在任何情况下做出更准确的选择，从而使驾驶更安全。”

得益于电子技术的发展以及OEM厂商在此基础上的创新，驾驶辅助系统的能力相当强大，而未来的潜力更是令人惊叹。

关注汽车电子行业的Semicast公司首席分析师Colin Barnden认为，汽车生产商和一级供货商以及研究人员对驾驶辅助系统的研究已有几十年的时间，但只是在过去的10年多时间里，电子系统和设计技术才发展到足够高的水平，OEM厂商才欣然接受并将其配置于汽车内。Barnden表示：“驾驶辅助系统在如此短的时间里取得如此大的发展确实令人感到惊奇。”

目前，OEM厂商及其供应商，甚至零配件电子控制单元（ECU）制造商都正在提供及设计多种驾驶辅助系统（见图1）。驾驶辅助系统可以帮助司机更快更好地停车，与前车保持安全距离，还可以通知司机他们此前可能无法看到的危险，并帮助他们安全地更换车道。



许多此类系统在几年前出现时还都是相当简单的技术。但OEM厂商很快就发展出更复杂的系统，而现在又在将这些系统集成为“传感器融合技术”，即融合多种驾驶辅助系统，每个系统独立工作，但都使用源于相同的共享传感器的输出。这样就可以为司机提供更精确的周边环境信息，帮助他们做出更准确的决定，并提供更安全更丰富的驾驶体验。要实现这些，就需要更强大的高级计算技术。这也是FPGA平台可以大展身手的地方。

停车系统的快速演化

大约10年前，OEM厂商推出了第一代辅助驾驶系统——倒车辅助系统。倒车辅助系统包括安装在车尾的一系列传感器，可通过超声波或雷达信号测量与车后物体的距离。在司机倒车时，传感器通常会发出“哔哔”的提醒声，且提醒声的频率会随着汽车离障碍物距离的缩短而增加。当汽车离障碍物的距离小于四英寸时，提醒声会变成固定音调的报警音。

Barnden表示：“这一功能非常有用，特别是当驾驶大型车辆（如载货车）的时候。但这只是最基本的系统，实际上并没有集成智能功能，所有工作和判断仍然必须由司机完成。当汽车靠近其他物体时，系统会发出警报，但最终还得由司机决定是继续倒车还是停下来。”

倒车辅助系统是部署最广泛的系统，也是OEM供货批量最大的驾驶辅助系统。2007年，汽车生产商在欧洲生产的500万辆汽车中以及在美国生产的200万辆汽车中均安装了倒车辅助系统，全球的总安装量约为1000万。也就是说，2007年生产的汽车中大约6辆车中有1辆安装了倒车辅助系统。“我预计这一数字在所有地区还会进一步增长，因为这一功能既有用又简单，并且还不贵。”Barnden说。

OEM厂商将这一技术向前推进了一步，增加了智能系统从而创造出被称为停车辅助（Park Assist）的新驾驶辅助系统。安装在汽车后号牌附近的摄像头可连接至司机座位前面的导航显示系统，倒车时，导航系统会自动激活摄像头，这样司机就能看到汽车距离后面的物体到底有多近。有些系统还能进行一些基本的图像识别，并在屏幕上显示一些可视线索，这样司机就可以获得应该何时打轮等信息。

Barnden指出，奔驰和宝马等OEM厂商在5年前就开始在其最高端的车型中提供停车辅助系统。现在，这一技术更多地出现在更为主流的车型中，特别是 SUV，因为司机很难通过向背后看或从后视镜中确定车后的障碍。Barnden表示，2007年售出的汽车中配有停车辅助系统的共有100万辆。

下一代系统则是自动停车，凌志（Lexus）汽车在几年前就率先在其LS系列豪华车型中安装了自动停车系统。

在自动停车系统中，几个近身传感器（包括超声波传感器和摄像头）遍布车身周围。当司机倒车时，系统会检查本车与其它停放车辆之间的距离，并报告空间是否足够。实际上，系统还可以做更多工作。根据司机的最终判断和确定的方向，自动停车系统会完成剩下的所有任务，自动将车停放好。

Barnden表示：“司机只需按动一个按键，汽车就会自动停好，这确实令人着迷。也许你认为能够自动停车的汽车是20或25年以后的事情，但今天的 OEM厂商就已经做到了。”

停车辅助系统能够全方位地对车身周围进行测量，并迅速计算每一边与其它物体的距离。“这个系统能够了解停车时的操作步骤，是因为设计师已经将停车算法编程入系统中。因此，系统知道应当向哪个方向打轮，相对于后面的车辆应当如何向前移动，以及停车所需的所有参数。”Barnden补充道。

在这方面，日本的OEM厂商比世界其它地方提前3到5年，但欧洲的汽车生产商也已开始采用停车辅助系统。“这一功能在美国并不普遍，但毫无疑问，它最终也会流行起来。”Barnden表示。最初应用于高端汽车的停车辅助系统正逐渐应用于较小的日本和欧洲汽车，并且在城市中非常流行，因为大城市中很难寻找到宽敞的停车空间。

Barnden认为：“更令人惊奇的是，停车辅助系统非常可靠，并且特别精确，这令人难以置信。”随着这一技术越来越常见，司机很可能将会越来越相信停车辅助系统要比自己停车更好。

Barnden解释道：“如果交给计算机一项相对独立的任务，那么计算机通常做得比人要好。” 然而，驾驶辅助系统的关键特点之一是司机在控制汽车方面具有最终决定权，具有比自动系统更高的优先控制权。

汽车巡航控制的快速演化

过去10年时间里，驾驶辅助应用中快速发展的另一个领域是汽车巡航控制。

OEM厂商提供标准巡航控制功能已经有几十年的时间，但这些系统并不具备智能性。在传统的汽车巡航控制方式下，用户可通过按键设定汽车的速度。但是，如果司机不够专注，汽车就将保持这一速度，从而有可能驶向路边或直接撞向前面的车辆或物体。

大约8年前，奔驰开始在其S级汽车中安装被称为自动巡航控制的智能驾驶辅助系统，利用前向雷达来测量与前车之间的距离。司机按下按钮，选择他们希望与前车保持2秒、3秒或更长时间的行车间距（headway），然后，系统会自动调节速度，以保持指定的行车间距。

Barnden表示最近推出的第二代自动巡航控制系统实际上还可以控制制动。“如果前面的车减速而离你的车太近，系统会稍微刹车以保持设定的2秒或3秒的安全车距。”

同样，如果前面的车辆缓慢前行，自动巡航控制系统也会减速慢行，始终保持与前车的安全距离。

Barnden认为，尽管这种系统比传统的巡航控制更为高级一些，但根据驾驶辅助系统的标准，此类自动巡航控制仍然只是众多基本高级系统中的一个。更先进的自动巡航控制系统还可以帮助发动机安全地处理停停走走（stop-and-go）的情况，可适应快速的速度变化，并始终保持合理的距离。实际上，有些系统现在就可以做到这一点了。

2007年，OEM厂商售出了100万辆配有自动巡航控制系统的汽车。Barnden预期随着这一技术的大众化部署，这一数字会大幅增长，特别是在欧洲和日本。

实际上，OEM和供应商已经在加快研发结合了摄像头与雷达系统的第三代自动巡航控制系统，保证汽车在其车道上的速度，并且还可以预测因为其它车辆并道所带来的危险（如靠得太近）。

Barnden说：“第三代系统增加了更多智能性，能够更好地预测前面的危险离你有多远。根据这些数据，系统还可以确定在何种情况下可以忽略这种危险，或者是发出报警信号并采取预防性措施以避免撞车。”