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通过高级驾驶员辅助系统为无人驾驶车辆开疆辟道

通过高级驾驶员辅助系统为无人驾驶车辆开疆辟道

最近有关无人驾驶车辆的相关报导吸引了众人的眼球,尤其是谷歌的实验汽车,在最大限度地降低人类驾驶员帮助的情况下,已经自动行驶了数千英里。


这些事件绝对令人印象深刻,并且将在很长的一段时间内对车辆操作和我们的驾驶体验产生革命性影响。不过,对于无人驾驶车辆的无限期待也容易使我们忽视了汽车厂商的大量短期开发,而这些开发对于改变驾驶行为同等重要。这些被统称为高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 的开发被设计用来使汽车更安全,逐步引入这些系统已对道路安全有所提升。此外,ADAS特性与功能代表最终将实现无人驾驶汽车所需的车辆感测、智能与控制。


ADAS技术存在于不同的主动辅助级别,在引入这些技术时,它们所实现的功能有所重叠。驾驶员信息系统,比如说简单后视摄像头、全景影像显示、以及盲点和车道偏离警报等,都提供相关信息,不过始终由驾驶员进行掌控。部分自主系统,比如说车道保持辅助和自适应巡航控制,能够使车辆在仔细定义的情况下,在短时间内进行自我控制,但是驾驶员可以随时介入,接管自动控制。高度自主系统,其中包括自动泊车管家或驾驶员监视和接管,将在特定情况下完全控制车辆。这些较高级别的辅助等级采用更加基础级别的技术,为无人驾驶、全自主汽车开疆辟路。在这个级别上,不论驾驶座位上是否有人,车辆都能够自主运行。
虽然目前的实验显示,针对无人驾驶汽车的必要技术已经存在,但至少还需要十年的时间才能实现全自主控制车辆的大量生产。然而,高级电子系统占用了自动测试车辆的大部分空间,且其价格要比车辆本身的价格高出许多。要在大量生产的车辆中实现无人驾驶,这项技术必须更商业化、更小、更轻、并更易于负担,这是一个需要一段时间才能逐步完成的过程。此外,克服法律和社会方面的障碍也都需要时间。明显地,将路面上大量的车辆开发、引入并转换为无人驾驶将是一个革命性的过程,这一过程将通过许多代汽车的发展来实现。

从本质上来说,ADAS完善了不同方面的自动控制,首先是独立子系统,然后是提高系统集成度,直到最后车辆才能够自主驾驶。发展这些不同的辅助功能是汽车厂商的工作,他们寄望于德州仪器 (TI) 等半导体供应商能够提供创新技术和解决方案。由于ADAS技术变化很快,汽车制造商需要能够提供额外性能、实现系统增长的解决方案,以及用最少的设计更改实现新特性集成的灵活性。ADAS和其它汽车系统还对制造组件提出了不寻常的挑战,其中包括在极端温度条件下运行、满足更高的质量、可靠性和安全标准,并且符合严格的目标成本。借助其在汽车电子产品方面的丰富创造经验,TI能协助ADAS开发人员提供优化、完整的解决方案,来简化设计并大幅减少组件数量。


ADAS的采用状态与挑战
如之前所述,目前汽车内已具备某些ADAS特性,而另一些针对即将上市车型的特性还在开发中。信息和警报系统已问世数年,也逐渐发展成为目前常见的基本辅助功能。例如,许多近期的车型具有倒车辅助功能。超声波和摄像头能够扩展驾驶员的感知范围,并且在有物体突然出现在汽车后方时自动刹车。摄像头和超声波在车辆倒退时能观察车辆后方情况。同样地,现在很多驾驶员可以依靠自主加速和方向盘控制来将汽车保持在车道的中间,即使在车速不断变化的情况下也能根据交通情况实现巡航。某些汽车将全景或环绕影像等ADAS信息特性与信息娱乐系统结合,为车主提供全新等级的“信息娱乐”。早期系统内已经引入了认知能力,比如说读取街道标志或者检测汽车周围的物体,而购买者将会在未来几年有更多的选择。


按照人们已经熟知的发展模式,这些最初在高端车型中出现的特性将会移转到中端车型上,最终将普及于所有新车。就安全性而言,保险公司、管理部门和立法机构通常会参与其中,通过令人满意的保险金和法律授权来加快阶段性的引入和实施过程。在某些情况下,对于解决法律责任追究问题,还有更改现有需求来说,立法是必要的。例如,目前的摄像头和内部显示器可以替代外部后视镜,不但能通过消除危险盲点来提高安全性,更使汽车外形更加具有流线性,从而降低车辆油耗,减少碳排放。然而,现有安全标准往往要求必须配备后视镜,因此必须更改相关法规来允许这些改良的替代方法。在法律框架内的第一个改变就是允许摄像头的使用,而非侧视镜—这种被称为摄像头监视系统的设备已经在少数几个国家内率先推出。以欧洲NCAP系统为例,NCAP系统已针对盲点监视给出星级评定;而美国的NHTSA则要求所有新出厂的车辆,在2018年以前必须配备后视摄像头。


随着汽车与汽车之间,以及汽车与道路沿线的装置之间开始通信,安全性成为另一个关注焦点。虽然建立这些通信对于自动车辆来说很重要,,但仍然需要保护它们不受恶意攻击。这些问题在技术层面并非不能实现,但它们也无法在一夕之间就被法律和社会认可,而汽车厂商必须遵守的功能安全性标准也需要被建立。制造商将需要依靠半导体和设备供应商来来容易并快速地生产最终产品,并将这些产品推向市场。


发展ADAS特性
下列图表标示出某些现有或正在开发中的重要ADAS创新;然而,这些领域随着新想法的涌现而持续发展。所列出的每个自主控制等级为之后的自主功能提供技术支撑。也就是说,信息系统也许是被动地提供警示给驾驶员,但它们对于所有形式的自主功能也是不可或缺的组件。同样地,基本主动操作之后将会与高级控制和全自动化操作整合。(这些级别大体上与国家公路交通安全管理局的车辆自动驾驶5级分类相对应,这些车辆自动驾驶的基本级别由分类用车辆的功能数量来区分。)


信息和警报

  • 具有驾驶员显示器的侧方和后方摄像头
  • 倒车辅助
  • 接近交叉路口警示
  • 车前和车后驾驶员视线受限区域的超声波感测
  • 交通信号识别
  • 车道标记检测
  • 盲点警示
  • 夜间视觉
  • 能见度较差情况下,测定前方物体所在范围
  • 车辆与车辆之间,和车辆与基础设施之间的通信
  • 整个汽车和周围空间的动态显示图像
  • 驾驶员注意力分散时的驾驶室监视和警示 特定功能的自动驾驶
  • 车道保持辅助,以保持在车道中央
  • 针对不断变化交通情况下的自适应巡航控制
  • 通过自动刹车来避免碰撞
  • 自动紧急刹车
  • 智能大灯辅助功能,为前方弯道照明,或避免使其他交通参与者短期致盲
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