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通过高级驾驶员辅助系统提高汽车安全性能

作者:时间:2013-04-12来源:网络收藏
汽车已成为现代社会不可缺少的一部分,为全球货物及人员运输提供了一种低成本的交通方式。不幸的是,每天都会因车辆驾驶而出现大量的事故与伤亡事件。据世界卫生组织统计,1998年全球交通事故死亡人数高达120万;1990年交通事故是全球导致人类死亡的第九大原因,预计到2020年它将进一步上升为第三大致死原因。

鉴于上述原因,汽车原始设备制造商(OEM)及其供应商合作伙伴,以及全球政府机构一直在努力开发并推广主动安全与(ADAS),其设计旨在降低事故发生率并减少碰撞的严重程度。汽车产业界分析师认为,到2010年,ADAS将成为顶级新技术,其不仅可以帮助驾驶员提前意识到潜在的危险,而且还可通过车道偏离警告系统(LDWS)、睡意检测及夜视系统等技术潜在地延长驾驶员的反应时间。

随着消费者对ADAS的深入了解,得知其能够提供更高的安全性,预计他们将更容易接受该技术,从而推动市场对这一需求的增长。ADAS已应用于豪华轿车,随着技术的成熟,其将逐渐进入大众市场,应用到普通车辆中,同时产量的提高将大幅降低产品成本。就汽车OEM厂商而言,鉴于目前被动安全系统快速成为汽车的标准技术,主动安全与ADAS技术还将有助于实现与众不同的特色化产品。

ADAS概览

ADAS的设计方案并不是要控制车辆,而是向驾驶员提供车辆周围环境及车辆运行状况等相关信息,提醒驾驶员注意潜在危险,从而提高行车安全性。

ADAS应用采用多种传感器来收集有关车辆及车辆周围环境的物理数据。收集相关数据后,ADAS系统将采用目标检测、识别与跟踪等处理技术来评估危险性。我们不妨举两个应用实例来说明,一是车道偏离警告系统(检测到车道无意偏离,立即提醒驾驶员),二是交通标志识别。启用车道偏离警告系统时,系统会根据车辆位置检测并跟踪车道情况,在车辆越线进入相邻车道时通知驾驶员。就交通标志识别而言,系统能识别交通标志并告诉驾驶员当前最高限速,或通知驾驶员目前行驶的具体区段。

不同系统通常要求采用不同类型的传感器来收集环境信息。我们不妨举几个实例,如车道偏离警告系统采用CMOS摄像头传感器,夜视系统采用红外传感器,自适应巡航控制系统(ACC)通常采用雷达技术,而停车则采用超声波技术。尽管不同应用的技术细节各有差异,但技术处理过程通常都包括数据采集、预处理及后处理等三个阶段。预处理阶段执行全图像处理功能,数据工作强度较大,结构也较为常规化,具体包括图像的变换、稳定性、特征信号增强、噪声降低、颜色转换、运动分析等。后处理阶段则进行特征跟踪、场景解释、系统控制及决策制定等工作(见图1)。用于收集环境信息的传感器,不管其类型如何,均可获得生成基本图像的数据集。

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图1:主动安全系统的整个处理过程

识别、跟踪并评估驾驶相关的对象是一项复杂的工作。驾驶风格与条件会影响传感器收集的原始数据的质量,并会使识别和跟踪对象所需的重要细节变模糊。在不同的天气条件(如较强的阳光、下雨、起雾及下雪等)下,驾驶员驾驶车辆这一过程的动态化程度极高,而且操作具不可预见性。当面对更为复杂的情况,必须对所有数据进行实时处理,且处理时延不得超过30ms。警告延迟半秒钟,就很可能导致事故发生,而不能让驾驶员及时对警告做出反应。

从数据采集到采取行动的每一步都要求强大的信号处理能力,因此,及时、准确地执行主动安全与ADAS系统必须要求高性能产品提供支持。专为应用设计并优化的数字信号处理器(DSP),如德州仪器(TI)推出的TMS320DM643x达芬奇处理器就能提供所需的性能,从而使OEM厂商能够向市场推出主动安全与ADAS技术。

动态灵活性

除了高性能之外,ADAS应用还要求灵活的架构来满足多种功能要求。例如,各国的交通标志从语言、文字字体、形状到颜色等各不相同。我们必须提供足够的灵活性,这样才能在不同的产品线间尽可能地重复使用该技术,并根据新兴市场的要求以正常速度低成本地推进技术创新。软件创新是效率最高的方式。达芬奇处理器采用软件可编程的架构,因此能为开发人员提供足够的灵活性,以便支持不断变化的算法。

我们不妨设想一下在不考虑驾驶条件(如较强的阳光等)这一因素情况下的预处理算法。有些汽车供应商采用一种算法,有些则在白天采用一种算法,在夜间驾驶又采用另一种算法。实际上,针对多种不同的驾驶条件,我们将需要各种不同的预处理与后处理算法。系统还必须具备快速适应能力,比方说车辆进入遂道时,就会瞬间从白天驾驶模式切换到夜间驾驶模式。

请注意,车辆的不同传感器应执行不同的功能(见图2)。如侧向传感器进行盲点检测;前向传感器负责车辆、车道、交通标志及行人识别工作;车内传感器则检测车内是否有人,驾驶员是否出现睡意及想做些什么等。

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图2:车辆安装的多种传感器执行各种具体任务


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