先進駕駛輔助系統(tǒng)ADAS_汽車智能防撞系統(tǒng)_智能剎車_77G毫米波雷達

先進駕駛輔助系統(tǒng)ADAS

作者：麒云科技時間：2019-07-27

　　先進駕駛輔助系統(tǒng)ADAS

　　在車輛電子智能化的時代，先進駕駛輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Assistance System，ADAS)與智能運輸系統(tǒng)(Intelligent Transport System, ITS)已開始朝向自動無人駕駛之目標邁進。以車用影像技術(shù)之應用特性及未來發(fā)展的潛力而言，利用機器視覺所得影像信息，就如同駕駛者眼睛所看到各種道路情景，以成為駕駛者所擁有雙眼判斷能力外的第三只眼，提供更便利、安全與智慧的行車環(huán)境。

　　車用影像技術(shù)應用大致可分為下列幾種類型，相關(guān)技術(shù)對應如表1所示：

　　●前方輔助：利用安裝于車輛前方的攝影機，偵測車輛前方的道路環(huán)境，如：車輛、障礙物、車道標志、交通號志和路人等，及時辨識出前方的道路環(huán)境，以提醒駕駛者。

　　●側(cè)方與全周輔助：利用安裝于車輛四周的攝影機，偵測車輛四周的道路環(huán)境，以擴大駕駛視野。

　　●停車輔助：透過安裝于車輛后方的攝影機與角度傳感器，擷取相關(guān)的環(huán)境資訊，協(xié)助駕駛?cè)嘶蚴亲詣舆M行停車動作。

　　●車內(nèi)監(jiān)視：系利用安裝于車艙內(nèi)部的攝影機，監(jiān)視并進行乘客或駕駛?cè)说陌踩o助，例如：辨別駕駛?cè)说恼ＵＱ叟c疲勞時的閉眼動作，或辨識乘客的體型與坐姿調(diào)節(jié)安全氣囊。

　　車用影像技術(shù)對照表

　　ADAS的主要功能并不是控制汽車，而是為駕駛?cè)颂峁┸囕v的工作情形與車外環(huán)境變化等相關(guān)信息進行分析，且預先警告可能發(fā)生的危險狀況，讓駕駛?cè)颂嵩绮扇∫驊胧苊饨煌ㄒ馔獍l(fā)生。

　　先進駕駛輔助系統(tǒng)程序

　　ADAS是由多達9個，包括盲點偵測系統(tǒng)(Blind Spot Detection System)、后方碰撞警示系統(tǒng)(Rear Crash Collision Warning System)、偏離車道警示系統(tǒng)(Lane Departure Warning System)、緩解撞擊煞車系統(tǒng)(Collision Mitigation System)、適路性車燈系統(tǒng)(Adaptive Front-lighting System)、夜視系統(tǒng)(Night Vision System)、主動車距控制巡航系統(tǒng)(Adaptive Cruise Control System)、碰撞預防系統(tǒng)(Pre Crash System)、停車輔助系統(tǒng)(Parking Aid System)，甚至更多功能的系統(tǒng)組成。

　　每個系統(tǒng)主要包含3個程序：

　　(1)信息的搜集，不同的系統(tǒng)需藉由不同類型的車用傳感器，包含毫米波雷達、超聲波雷達、紅外雷達、激光雷達、CCDCMOS影像傳感器及輪速傳感器等來收集整車的工作狀態(tài)及其參數(shù)變化情形，并將不斷變化的機械運動變成電參數(shù)(電壓、電阻及電流)。

　　(2)電子控制單元(ECU)，功能在將傳感器所收集到的信息進行分析處理，然后再向控制的裝置輸出控制訊號。

　　(3)執(zhí)行器，依據(jù)ECU輸出的訊號，讓汽車完成動作執(zhí)行。

　　先進駕駛輔助系統(tǒng)ADAS-車用雷達

　　車用雷達依據(jù)傳輸介值不同，可分為微波雷達、超聲波雷達、紅外線雷達及激光雷達，各傳輸優(yōu)缺點，數(shù)據(jù)如下：

　　●紅外線及超聲波雷達：因測量距離相對激光雷達及毫米波較短，所以主要應用于汽車停車輸助系統(tǒng)，超音波雷達應用于倒車輔助較多，而紅外線雷達則應用于夜視系統(tǒng)。

　　●激光雷達：優(yōu)點為高方向性、測量精度高、測量距離較長，但缺點在包含雨、雪、霧等惡劣環(huán)下，測量性能會下降，多使用于預防碰撞警示及盲點偵測警示系統(tǒng)。按測量原理不同可分為脈沖式激光測距雷達和相位式激光測距雷達。

　　●微波雷達(毫米波雷達)：按測量原理不同，可分為脈沖調(diào)頻(pulse frequency modulation，PFM)和調(diào)頻連續(xù)波(frequency modulation continuous wave，F(xiàn)MCW)，使用頻率主要集中在23~24，60~61，76~77GHz3個頻段，波長均為毫米級，所以也稱為毫米波雷達，優(yōu)點為測量距離遠、運行較穩(wěn)定，比較不受外在天候影響，可測量車輛間的距離及相對速度，但缺點是穿透力較差，多應用于停車輔助系統(tǒng)、碰撞預防系統(tǒng)、主動車距控制巡航系統(tǒng)及緩解撞擊剎車系統(tǒng)等。

　　國內(nèi)ADAS相關(guān)廠商

　　車道偏離警示系統(tǒng)LDWS

　　特色：

　　LDWS(Lane Departure Warning System)利用安裝在前擋風玻璃上之攝影機，測量車輛前方的道路標線，并實時計算車輛與車道線的相對距離、道路斜率與曲率等參數(shù)，當駕駛者不經(jīng)意偏離車道時，適時給予警訊，讓駕駛者實時修正車輛行駛方向，降低車禍發(fā)生的機率。

　　技術(shù)：

　　·車道線辨識演算技術(shù)。

　　·警示判斷邏輯設計。

　　·嵌入式硬件電路設計。

　　車道維持系統(tǒng)LKAS

　　特色：

　　LKAS(Lane Keeping Assist System)利用裝在車前方的CCD或CMOS鏡頭，感測車道線，計算出汽車偏移量。當駕駛者不當偏離車道線時，系統(tǒng)會給予警示并介入轉(zhuǎn)向的控制，輔助駕駛者保持于車道內(nèi)行駛，減輕長期駕駛的工作負荷，提高行車的安全性。

　　技術(shù)：

　　·車道偏離偵測。

　　·電子輔助轉(zhuǎn)向控制。

　　前方碰撞警示系統(tǒng)FCWS

　　特色：

　　FCWS(Forward Collision Warning System)主要是利用感測前方車輛，并計算兩車間的相對距離與相對車速，當車距小于安全范圍內(nèi)，則發(fā)出警示訊號并主動煞車減速，避免與前方車輛發(fā)生碰撞，提升行車的安全性。主要是根據(jù)車輛的水平及垂直邊緣特性、垂直對稱(成對)、車輪與陰影等特征，進行前方車輛的偵測辨識，之后再由透視投影與相似對稱的比例關(guān)系，即可求得兩車間的距離與碰撞時間，其系統(tǒng)雛形與LDW相同。

　　技術(shù)：

　　·車道線與車輛辨識演算技術(shù)。

　　·警示判斷邏輯設計。

　　·主動煞車判斷邏輯設計。

　　·嵌入式硬件電路設計。

　　車道偏移與前方碰撞警示系統(tǒng)演算流程

　　立體視覺前方安全警示系統(tǒng)

　　特色：

　　主要是利用感測前方車輛，并計算兩車間的相對距離與相對車速，當車距小于安全范圍內(nèi)，則發(fā)出警示訊號并主動煞車減速，避免與前方車輛發(fā)生碰撞，提升行車的安全性。

　　技術(shù)：

　　·車道線與車輛辨識演算技術(shù)。

　　·警示判斷邏輯設計。

　　·主動煞車判斷邏輯設計。

　　·嵌入式硬件電路設計。

　　盲點偵測警示系統(tǒng)BDS

　　特色：

　　BDS(Blind-spot Detection System)

　　于車道變換或停車開門時，利用圖像處理手法，辨識左右側(cè)盲點區(qū)出現(xiàn)的逼近物體(各式車輛與行人)，若有符合目標特征之物體出現(xiàn)，則以"預警燈號"或"預警燈號加上警示聲響"之方式，對駕駛者提出警示。

　　技術(shù)：

　　·全天候影像辨識技術(shù)。

　　·逼近物體偵測。

　　·車身訊號整合。

　　·開門警示功能。

　　·嵌入式DSP(數(shù)字訊號處理器)硬件平臺。

　　全周物體偵測暨自動更正系統(tǒng)

　　特色：

　　在車輛前后及側(cè)邊之廣角攝影機取得車輛周邊環(huán)境影像信息，利用圖像處理方法利用影像扭曲校正技術(shù)及影像視點轉(zhuǎn)換技術(shù)與影像縫合技術(shù)將車輛周邊影像縫合成一張視點由車輛上方往下看之全周影像(圖2鳥瞰圖)，再以影像式異物感知技術(shù)主動偵測車輛周邊異物，包含行人、汽機車等對本身車輛有危險的物體，以警示聲音或影像告知物體方位與距離，讓駕駛者能在狹窄路段會車、狹窄路段過彎或路邊停車時，有更全方位的車輛周邊環(huán)境監(jiān)控信息，提高駕駛者行車安全。

　　技術(shù)：

　　·影像扭曲校正技術(shù)。

　　·影像視點轉(zhuǎn)換技術(shù)。

　　·影像縫合技術(shù)。

　　·特征點自動搜尋與對應技術(shù)。

　　·動態(tài)障礙物偵測技術(shù)。

　　·DSP(數(shù)字信號處理器)嵌入式硬件平臺。

　　倒車影像式障礙物偵測系統(tǒng)

　　特色：

　　以單一攝影機為傳感器，應用圖像處理技術(shù)偵測車輛后方之障礙物，提出警示并顯示障礙物與車身之距離。本技術(shù)可取代傳統(tǒng)超音波雷達障礙物偵測的功能，除主動偵測障礙物外，并可讓駕駛者監(jiān)控車輛及周圍環(huán)境的相對位置關(guān)系，以增加行車時的便利性和安全性。本系統(tǒng)安裝設定容易、成本低，適合各式車輛使用。

　　技術(shù)：

　　·障礙物偵測算法。

　　·DSP(數(shù)字信號處理器)嵌入式硬件平臺。

　　·分級警示設計。

　　停車輔助系統(tǒng)PAS

　　特色：

　　PAS(Parking Assistance System)具平行停車與倒車入庫兩種停車輔助模式。利用倒車攝影機所擷取的后方影像及方向盤轉(zhuǎn)向角度訊號，以數(shù)字信號處理器實時產(chǎn)生倒車軌跡線于車內(nèi)屏幕顯示，指引駕駛者順利停入停車格內(nèi)，可提升安全與便利性。

　　技術(shù)：

　　·車輛運動軌跡演算技術(shù)。

　　·影像合成技術(shù)處理。

　　·嵌入式硬件電路設計。

　　先進停車導引系統(tǒng)

　　特色：

　　利用超音波停車空間掃描與倒車攝影機影像定位方式，以圖像式停車空間選擇接口設定停車位置并進行路徑規(guī)劃，并透過電動輔助轉(zhuǎn)向控制技術(shù)，自動控制方向盤轉(zhuǎn)向直至停妥目標停車位子。

　　技術(shù)：

　　·停車格偵測技術(shù)。

　　·路徑規(guī)劃與追蹤技術(shù)。

　　·電動輔助轉(zhuǎn)向控制。

　　·車輛方位推算技術(shù)。

　　全自動停車系統(tǒng)

　　特色：

　　結(jié)合超音波與影像之智能感測技術(shù)，可導引駕駛者尋找停車空間、偵測鄰近的障礙物，并進行多轉(zhuǎn)向路徑規(guī)劃與電動輔助轉(zhuǎn)向控制，只要One Touch遙控模塊，車子就能自動的控制方向盤轉(zhuǎn)向、排檔、煞車直至停妥目標停車空間。停車模式支持平行停車、倒車入庫與斜角停車，可有效縮短所需之停車空間長度，并幫助駕駛者更安全、有效率地完成停車動作。

　　技術(shù)：

　　·停車環(huán)境偵測(超音波停車空間掃描與倒車攝影機影像定位)。

　　·路徑規(guī)劃與追蹤技術(shù)。

　　·車輛方位推算技術(shù)。

　　·電動輔助轉(zhuǎn)向控制。

　　·主動式排檔、煞車控制。

　　·無線傳輸模塊。

　　先進倒車輔助系統(tǒng)架構(gòu)圖及發(fā)展

　　自動停車輔助系統(tǒng)

　　駕駛者狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)DDMS

　　特色：

　　DDMS(Driver Drowsiness Monitoring System)結(jié)合圖像處理技術(shù)、訊號整合暨無線傳輸技術(shù)，偵測駕駛者臉部狀態(tài)(頭部偏擺、眼睛開闔)，并進行駕駛身份辨識，且透過微處理器整合駕駛者狀態(tài)、駕駛呼氣酒精濃度與車身訊號，偵測并判斷駕駛者是否有不專心駕駛、疲勞駕駛、酒醉駕駛與替代駕駛之情形發(fā)生。本系統(tǒng)亦可結(jié)合無線通信模塊后，配合后臺系統(tǒng)建置，亦可作為商用車隊駕駛績效管理之用。

　　技術(shù)：

　　·人臉偵測暨辨識與駕

　　·駛狀態(tài)解析算法。

　　·DSP(數(shù)字信號處理器)

　　·嵌入式硬件平臺。

　　·車身訊號整合暨無線傳輸模塊與酒精感測模塊。

　　車輛翻覆警示系統(tǒng)

　　特色：

　　利用影像偵測技術(shù)，藉以估算出車輛前方車道線曲率，并根據(jù)車身動態(tài)感測之車輛滑動角、車輛速度、車輛加速度與翻滾角等參數(shù)，預測當下之實時翻覆指標與即將翻覆臨界車速，將有效降低車輛在彎道行駛之翻覆危險。

　　技術(shù)：

　　·翻覆偵測。

　　·車輛動態(tài)模型。

　　·車道曲率偵測。

　　·翻覆臨界速度。

　　特色：

　　智能化節(jié)能駕駛輔助系統(tǒng)系利用圖像處理處理技術(shù)，及時偵測交通狀況，再透過節(jié)能駕駛行為模式設計，主動指引與車輛油門控制，有效解決當前系統(tǒng)因缺乏交通狀況信息，僅能被動顯示油耗資訊，而節(jié)能效率不佳之問題。經(jīng)軟件仿真與實車測試，該系統(tǒng)省能效率最高可達20.4%，有效提升燃油使用效率。未來本系統(tǒng)可應用在各類車型，并可整合于智能屏幕顯示、行車記錄器或是智能巡航系統(tǒng)，提升產(chǎn)品價值。

　　技術(shù)：

　　·車輛偵測與交通號志辨識演算技術(shù)。

　　·節(jié)能駕駛行為模式設計。

　　·嵌入式硬件電路設計與主動式油門控制。

　　財團法人車輛研究測試中心ARTC

　　車輛中心于創(chuàng)新車用影像發(fā)展上，如圖1所示，在擴大駕駛視野與安全感知提升上，開發(fā)了雙視覺長距離偵測模塊，透過2個不同焦距鏡頭的配合，有效擴大駕駛視野至雷達等級的150m，大大提升前方安全系統(tǒng)的感知能力。在3D立體視覺發(fā)展上，則是透過立體視覺方式，進行前方障礙物偵測，藉由2個攝影機像差信息，精準的估算出障礙物深度坐標(3D立體空間)。在多功合一上，則整合車道偏離警示、前方碰撞警示、盲點警示與駕駛狀態(tài)監(jiān)控于多感知融合系統(tǒng)內(nèi)，并進行整合性車用影像芯片開發(fā)，達到實時且全方面的監(jiān)控與警示。