司機、車輛和系統(tǒng)相互之間的影響是目前高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）面臨的挑戰(zhàn)。西門子Siemens VDO汽車公司通過應(yīng)用pro.pilot駕駛導(dǎo)向系統(tǒng)來迎接這一挑戰(zhàn)。
司機在駕駛過程中會面臨非常復(fù)雜的交通狀況。首先，司機需要對汽車進行動力控制。其次，他們還要保持對汽車四周環(huán)境的關(guān)注。第三，司機還要規(guī)定從出發(fā)點到目的地的導(dǎo)航線路。除此之外，司機還可能會同時使用車載信息娛樂系統(tǒng)或者與乘客聊天。輔助駕駛系統(tǒng)能幫助司機監(jiān)測和處理穩(wěn)定性、控制和導(dǎo)航三個層面（如圖2 所示）的信息，這將能有效減少司機的工作負(fù)擔(dān)，并且進步了操控的方便性和駕駛的安全性。防抱死制動系統(tǒng)和汽車穩(wěn)定控制系統(tǒng)已經(jīng)能夠完成汽車穩(wěn)定性層面上的任務(wù)。導(dǎo)航系統(tǒng)能夠滿足導(dǎo)航層面的需要，而且應(yīng)用越來越廣泛。在汽車的直接環(huán)境中，司機需要引導(dǎo)車輛保持在車道內(nèi)行駛。例如，司機需要監(jiān)測其他車道的情況，又如行人、車輛和騎自行車的人，同時還要留意交通訊號和車道標(biāo)志線，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。
圖1 高級駕駛輔助系統(tǒng)能夠增加駕駛的舒適性和安全性
高級駕駛輔助系統(tǒng)
目前，司機還是主要依靠自己的感官刺激來進行判定。在過往的幾年中，由于汽車數(shù)目的增加，道路的交通情況變得越來越復(fù)雜，這使得司機需要具備傳感器、控制器和制動器那樣的能力。高級駕駛輔助系統(tǒng)利用多種傳感技術(shù)來感應(yīng)四周的環(huán)境，并智能地匯集了全球以及內(nèi)部數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性，實現(xiàn)了對司機駕駛控制的支持。這將能明顯減少交通事故的數(shù)目，這正是象美國高速公路安全協(xié)會（NHTSA）和歐盟這樣的美國和國際協(xié)會所?？纯吹降摹?/p>
圖2 數(shù)據(jù)支持和信息輔助系統(tǒng)
pro.pilot網(wǎng)絡(luò)
為了從高級駕駛輔助系統(tǒng)中獲得最大的利益，并且實現(xiàn)“零事故”的目標(biāo)，西門子VDO汽車公司開發(fā)的pro.pilot是以司機為中心的。除了增加安全性和舒適性以外，pro.pilot還能為司機提供更多的方向選擇和目前整體的交通狀況，使司機選擇更經(jīng)濟的駕駛方案。這樣，pro.pilot能夠在緊急情況下幫助司機，但確又不會減少駕駛樂趣。但是司機仍然要對汽車負(fù)所有的責(zé)任。環(huán)境感應(yīng)和傳感器技術(shù)的性能只是高級輔助駕駛系統(tǒng)成功的一方面。除了象傳感器和制動器這樣的電子機械部件，pro.pilot還包括車輛一體化、應(yīng)用程序和驅(qū)動接口，如圖3所示。
圖3 pro.pilot的組成
車輛一體化包括機械和電子兩方面因素，比如像傳感器和制動器需要集成到汽車的結(jié)構(gòu)和電子體系中往。由于傳感器一般被安裝在車輛表面四周，所以在設(shè)計和封裝上有很多限制。驅(qū)動反饋顯示屏的設(shè)計和安裝位置受到整個汽車內(nèi)飾設(shè)計的影響。增加元件和控制器會影響汽車整體的電子體系，比如ECU的數(shù)目、內(nèi)部的連接、總線的帶寬、延遲時間等。
應(yīng)用程序包括運算法則和軟件，可以處理和分析傳感器獲得的數(shù)據(jù)，以獲得汽車四周環(huán)境的示意圖并對交通狀況進行分類。通過對目標(biāo)物體的探測，司機可以及時地獲得通知或警示，終極對汽車的動力性進行干預(yù)。人機界面（HMI）可以包括視覺、聽覺或者觸覺反饋。司機與系統(tǒng)之間的交流會影響整個系統(tǒng)的性能，包括對司機和車輛的影響，因此決定了高級輔助駕駛系統(tǒng)能否減少事故的發(fā)生。
考慮到上述所有的因素，才有可能具體說明輔助駕駛系統(tǒng)的概念，并采用恰當(dāng)?shù)姆桨负驮韺崿F(xiàn)完美的高性能系統(tǒng)。
ADAS的傳感器
高級輔助駕駛系統(tǒng)基于不同的傳感器技術(shù)，如圖4所示。77GHz的雷達(dá)傳感器目前已經(jīng)在高端奢華轎車上的主動式巡航控制系統(tǒng)（ACC）上應(yīng)用多年了。該系統(tǒng)的傳感器可以丈量前方車輛的速度以及兩車之間的間隔，同時可以監(jiān)測自身車輛的速度和間隔。目前已經(jīng)在中級轎車和經(jīng)濟型轎車市場上開始應(yīng)用的機載激光雷達(dá)（Lidar）傳感器是遠(yuǎn)程傳感器中比較經(jīng)濟的選擇。相比于雷達(dá)，這種傳感器發(fā)射激光脈沖，并能檢測從其他物體反射回來的光線。與其他物體之間的間隔可以通過信號延遲的時間來進行計算。
圖4 重要的傳感器
短程雷達(dá)傳感器的工作頻率是24GHz，用于監(jiān)測車輛四周的物體。這種傳感器一般安裝在車輛的側(cè)面，其信息用于盲點檢測（BSD）和并線輔助（LCA）功能，比如在盲點中出現(xiàn)物體或者鄰近車道車輛進進盲點時，會向司機提出預(yù)警。下一步，其信息能夠與導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，更好地實現(xiàn)車輛引導(dǎo)。安裝在車輛前方或后方的24GHz雷達(dá)傳感器可以用于預(yù)防碰撞發(fā)生。
視頻傳感器能夠監(jiān)測圖像信息，比如側(cè)面物體的大小和外形。視頻傳感器能夠監(jiān)測其他的道路使用者、交通訊號和路標(biāo)等情況。傳感器發(fā)出的信息能夠?qū)崿F(xiàn)車道偏離警告和交通訊號識別功能。
其他基礎(chǔ)設(shè)施如交通訊號、轉(zhuǎn)彎或山坡等信息可以通過輿圖來獲得。超聲波傳感器用于低速情況，比如停車，同時不需要高探測范圍。而且內(nèi)部數(shù)據(jù)可以收集起來提供給其他車輛。通過車對車通訊進行數(shù)據(jù)傳遞，來監(jiān)測車流密度。
另外，通過不同傳感器獲得的數(shù)據(jù)可以相互融合，用于增加系統(tǒng)功能或增強現(xiàn)有的功能。比如，雷達(dá)、攝像機和機載激光雷達(dá)與導(dǎo)航數(shù)據(jù)的融合對改善車輛性能十分重要。通過將從攝像機和輿圖的信息進行結(jié)合，就能進步交通訊號識別系統(tǒng)的識別率。探測到的交通訊號再與eHorizon的數(shù)據(jù)進行對比，eHorizon能夠通過提供基于導(dǎo)航數(shù)據(jù)的道路基礎(chǔ)設(shè)施具體信息來支持ADAS的功能。計算置信水平就能決定向司機顯示哪種交通訊號。融合這些傳感器還能獲得一種新的功能，即SensiTIve Guidance，這是融合了雷達(dá)或攝像機系統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出與交通情況、雷達(dá)或攝像機傳感器相適應(yīng)，比如監(jiān)測盲點中或其他車道中的車輛。
圖5 主動和被動安全：未來的發(fā)展趨勢
無論是正常駕駛或在危險環(huán)境中駕駛，目前市場上多數(shù)駕駛輔助系統(tǒng)都是通過提供附加信息來幫助司機的，如圖5所示。在上述兩種情況中，系統(tǒng)都能夠幫助減少碰撞事故的發(fā)生。高級駕駛輔助系統(tǒng)未來有兩種發(fā)展趨勢：
趨勢1：從預(yù)警系統(tǒng)到干預(yù)系統(tǒng)都發(fā)生了一些變化。ADAS目前主要職責(zé)是在危急情況下提醒司機，比如盲點檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)未來將會向干預(yù)系統(tǒng)發(fā)展，即在限定的情況下對汽車進行控制。比如攝像系統(tǒng)將會從車道偏離預(yù)警系統(tǒng)向車道控制系統(tǒng)發(fā)展。
趨勢2：將主動安全與被動安全系統(tǒng)結(jié)合起來。目前，碰撞中的被動安全系統(tǒng)與主動安全ADAS是相互獨立的，比如安全氣囊和預(yù)縮式安全帶。它們之間沒有相互的聯(lián)系，比如在機載激光雷達(dá)、雷達(dá)或視頻傳感器監(jiān)測到不可避免的碰撞時就讓安全氣囊做好預(yù)備。目前機載激光雷達(dá)傳感器用于主動式巡航控制系統(tǒng)，能夠在正常駕駛狀態(tài)下為司機提供支持。未來，這些傳感器將會與短程雷達(dá)（24GHz）和攝像機相結(jié)合，以便為安全氣囊和預(yù)縮式安全帶提供相應(yīng)的預(yù)備信息。
完整的預(yù)防碰撞系統(tǒng)
這些發(fā)展趨勢將會使預(yù)防碰撞系統(tǒng)更加完整，系統(tǒng)通過利用多種傳感器技術(shù)監(jiān)控車輛四周的環(huán)境，能夠預(yù)先檢測到不可避免的碰撞事故。在預(yù)防碰撞情況下，系統(tǒng)會干預(yù)車輛的動態(tài)性能（如制動）并預(yù)先觸發(fā)被動安全系統(tǒng)。這種發(fā)展趨勢意味著，車輛中的制動器、控制器和傳感器的一體化。開發(fā)和實現(xiàn)這種ADAS系統(tǒng)還需要考慮到下列因素：協(xié)同、融合、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。
假如一個傳感器只能實現(xiàn)一個功能，那就難以獲得本錢更為優(yōu)化的解決方案。比如攝像性能夠提供復(fù)合功能的數(shù)據(jù)，如監(jiān)測路標(biāo)、交通訊號和其他道路的使用者等。協(xié)同功能答應(yīng)系統(tǒng)通過增加部分軟件來方便地實現(xiàn)功能的增加。假如復(fù)合傳感器應(yīng)用到一輛汽車上，這些傳感器提供的數(shù)據(jù)就能夠進行相互融合。這將使針對目標(biāo)的信息更加豐富，使得探測的結(jié)果更加可信。在預(yù)防碰撞系統(tǒng)中，這種探測可靠性的增加使得系統(tǒng)干預(yù)和預(yù)警更加輕易和有效。在車輛中使用復(fù)合傳感器對車輛的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重大的影響，比如增加了電子控制單元ECU性能。因此，車輛應(yīng)被視為一個完整的系統(tǒng)，是相互影響的各種元件的集合。
為了實現(xiàn)這些發(fā)展趨勢，西門子VDO汽車公司參與了很多國際和國內(nèi)的合作項目。目的是通過組合完整系統(tǒng)的方法來保證交通安全。安全系統(tǒng)將支持司機在各種交通情況中駕駛，從正常駕駛到潛伏的不可避免的碰撞。安全系統(tǒng)包括交通情況分類、風(fēng)險評估和行動觀念。
總結(jié)
在過往的幾年中，高級輔助駕駛系統(tǒng)的市場已經(jīng)開始蓬勃發(fā)展。目前，以舒適性為導(dǎo)向的系統(tǒng)（如ACC）主要應(yīng)用在中級或豪華轎車上。未來，這些系統(tǒng)將會被涵蓋到安全系統(tǒng)當(dāng)中，并且在經(jīng)濟型轎車中得以應(yīng)用。
但是，高級輔助駕駛系統(tǒng)的發(fā)展不應(yīng)該僅僅被視為一個技術(shù)題目，其中包括很多與司機之間的影響，以及和車輛結(jié)構(gòu)之間的影響關(guān)系。這就使得系統(tǒng)需求的方法是非常復(fù)雜和重要的。西門子VDO汽車公司通過pro.pilot網(wǎng)絡(luò)將自己視為一個系統(tǒng)集成者，更有效地來迎接挑戰(zhàn)。
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