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简单分析高级辅助驾驶ADAS技术以及产品

2018-03-13 16:09:05·  来源:模拟世界
   
无人驾驶技术的改良路线是从现有的ADAS技术逐步演进,下面就来简单介绍一下当前主流的应用于L1和L2的高级辅助驾驶ADAS技术以及产品。
无人驾驶技术的改良路线是从现有的ADAS技术逐步演进,下面就来简单介绍一下当前主流的应用于L1和L2的高级辅助驾驶ADAS技术以及产品。

实现部分自动驾驶功能的汽车首先需要配备就是自适应巡航控制系统、自动刹车系统、车辆周围的摄像机传感器以及车道保持等,配备有以上系统的汽车才可以称之为具有部分自动驾驶功能的汽车。该类型的自动驾驶汽车在高速上行驶时就可以通过轻松设置从而实现惬意的自动驾驶旅行。当然需要注意的是在驾驶该类汽车时仍然需要集中注意力。

而常用的汽车高级辅助驾驶系统通常包括以下一些功能:

导航与实时交通系统TMC,电子警察系统ISA(Intelligent speed adaptation或intelligent speed advice)、车联网(Vehicular communication systems)、自适应巡航ACC (Adaptive cruise control)、车道偏移报警系统LDWS(Lane departure warning system)、车道保持系统(Lane change assistance),车道偏离预警(LDW), 碰撞避免或预碰撞系统(Collision avoidance system 或 Precrash system)、前碰撞预警(FCWS),后碰撞报警 (Rear Collision Warning RCW),夜视系统(Night Vision)、交叉车流报警 (Cross Traffic alert CTA),自适应灯光控制(Adaptive light control)、行人保护系统(Pedestrian protection system)、自动泊车系统(Automatic parking)、交通标志识别(Traffic sign recognition)、盲点探测BSD( Blind Spot Detection) ,驾驶员疲劳探测(Driver drowsiness detection)、下坡控制系统(Hill descent control)和电动汽车报警(Electric vehicle warning sounds)系统。

其中,现在比较主流的应用有ACC,BSD,LCA,CTA,FCW,RCW等。

简单分析自动驾驶技术以及产品

1、前碰撞预警(FCWS)

前碰撞预警核心功能:提醒车主前方存在碰撞到车辆的危险。注意,这里是前方车辆,只是碰撞前方车辆时才会预警,其他的立体障碍物是不行的,这个和倒车雷达等不一样,倒车雷达一般实用的是毫米波雷达,所以倒车车库的短距离范围内的障碍物均会被识别到,并给予报警。

FCWS是针对车辆的碰撞预警,这取决于使用的传感器和算法,一般的摄像头是不能获得深度信息的,如果不使用特殊的算法是检测不到一般的障碍物的。前碰撞预警对车辆能够检测,是因为车辆是一类相似的东西,差别不是很大,具有明显的轮廓特征,我们做前碰撞预警的就是只针对车辆的特征进行提取。前碰撞预警除了检测还要建立距离模型,至于判断预警,预警模型也有很多。前碰撞预警的准确率影响着这款ADAS主动安全产品的客户体验感,如果预警模型和车辆检测都很糟,那么频繁报警是令人头疼的事,这样反而干扰了驾驶员的正常驾驶。



2、车道保持和车道偏离预警(LDW)系统

车道偏离预警核心功能:车道保持,避免正常驾驶时压车道线。即识别车道线自动调整行驶位置的系统。车道偏离在在汽车行业的规范中有明确的规定,在偏离预警的过程中有预警等级的,对于车道线的弯道也是有识别距离的。

3、行人保护(PCW)

行人碰撞预警主要针对路面上的行人进行侦测识别,测算距离,避免碰撞行人。由于人的活动的不确定性比较大,参与道路交通的方式比较多,比如骑自行车、摩托车、蹬三轮等,再加之行人本身的多态,高矮、胖瘦、着装等参差不齐,造成行人的识别使用一般的方法的准确率都不高,误检测和识别比较多。传统使用的检测方法是hog特征+SVM,深度学习的效果比较好。



4、BSD盲点检测

盲区检测针对的是车辆两侧后方A柱子遮挡的部分进行的车辆检测,避免驾驶员因为视觉盲区无法看到盲区的车辆而造成误判变道,通过BSD可以帮助驾驶员更好的观察车辆两侧后方的车辆状态。一般使用的是光流法。



5. ACC(Adaptive CruiseControl)自适应巡航系统或激光测距系统

自适应巡航控制是一个允许车辆巡航控制系统调整速度以适应交通状况的控制系统。安装在车顶的雷达能够探测前方物体的距离,通过一系列算法来识别路上的潜在威胁。



6. 自动泊车系统(Automaticparking)

顾名思义,自动泊车系统就是不用人工干预,自动停车入位的系统。自动泊车系统,可以使汽车自动地以正确的停靠位泊车,该系统包括环境数据采集系统、中央处理器和车辆策略控制系统,所述的环境数据采集系统包括图像采集系统和车载距离探测系统。

其原理是:遍布车辆周围的雷达探头测量自身与周围物体之间的距离和角度,然后通过车载电脑计算出操作流程配合车速调整方向盘的转动,驾驶者只需要控制车速即可。可采集图像数据及周围物体距车身的距离数据,并通过数据线传输给中央处理器;中央处理器可将采集到的数据分析处理后,得出汽车的当前位置、目标位置以及周围的环境参数,依据上述参数作出自动泊车策略,并将其转换成电信号;车辆策略控制系统接受电信号后,依据指令作出汽车的行驶如角度、方向及动力支援方面的操控。



ACC详细介绍

ACC英文全称是“Adaptive Cruise Control”,中文意思是“自适应巡航控制”。 我们先从巡航说起,一般,巡航又分为定速巡航和自适应巡航。

定速巡航是汽车以一定的速度巡航,不需要驾驶员进行操作(踩油门)。定速巡航功能需要一定的速度才能进入,一般情况下,这个速度是可以标定的,比如有些车标定大于50公里的时速才可以进入。进入巡航以后会有一个初始速度,比如50km/h,而且速度是可以通过按钮进行调节的(加,减,快加,快减),巡航的退出也有一系列的条件,比如,踩刹车时就会推出巡航。定速巡航相对来说比较简单,没有复杂的传感器,处理器等。一般情况下,定速巡航只适用于路况较好的情况下,比如高速公路等封闭路况。

自适应巡航(AAC)就比较智能,而且一般在较低的速度下就可以进入巡航。除了高速公路,也能适用于城市路况,走走停停都可以。

自适应巡航控制系统是一种智能化的自动控制系统,它是在早已存在的巡航控制技术的基础上发展而来的。在车辆行驶过程中,安装在车辆前部的车距传感器(雷达)持续扫描车辆前方道路,同时轮速传感器采集车速信号。当与前车之间的距离过小时,ACC控制单元可以通过与制动防抱死系统、发动机控制系统协调动作,使车轮适当制动,并使发动机的输出功率下降,以使车辆与前方车辆始终保持安全距离。同时车内音响会发出警报声音提醒走神的驾驶员注意,它能有效的防止追尾这类事故的发生。自适应巡航控制系统在控制车辆制动时,通常会将制动减速度限制在不影响舒适的程度,当需要更大的减速度时,ACC控制单元会发出声光信号通知驾驶者主动采取制动操作。当与前车之间的距离增加到安全距离时,ACC控制单元控制车辆按照设定的车速行驶。

简单地说,自适应巡航控制系统,通过汽车的传感器(雷达)采集的距离信息,会根据前车以及本车的行驶状态(车距和速度),经过ECU的计算判断以后向执行器(节气门,制动器,档位等)发送指令,以决定自己的行驶状态,是加速还是减速,还是退出巡航,切换回人工驾驶。自适应巡航最基本功能是保持车辆纵向行驶,在有碰撞危险时,车辆会提示驾驶员并进行主动制动干预。

目前,ACC还属于一项科技含量较高的技术,目前只有像沃尔沃、宝马之类的豪华车配备了ACC。随着汽车底盘零部件集成化和电子化的不断发展,ACC会像如今比较普及的定速巡航系统一样在越来越多的车型中使用,并成为未来主被动安全集成中的重要一环。

如上所述,ACC系统中,传感器的作用是显而易见的。在车辆行驶过程中,安装在车辆前部的车距传感器(雷达)必须持续扫描车辆前方道路。目前常用的传感器有雷达(长距毫米波雷达和激光雷达等),超声波测距传感器,红外测距传感器,视频传感器等。

在ACC系统中,传感器就相当于驾驶员的“眼睛”。对于眼睛来说,关键是要识别在本车道的前车,排除旁边车道车辆的影响。如果是在城市道路行驶,还必须识别行人等其他可能在道路上出现的目标对象。

眼睛接收到信号后,就传递给汽车大脑中的ACC 巡航控制系统,该系统会查询一系列规章制度,以决定汽车该怎么行驶,这些规章制度就是ACC中的控制策略。

安全车距模型(意思就是汽车跟前车保持多少距离合适)是ACC系统控制的主要控制策略之一;他不能过大,否则会导致你后头车辆的抗议;不能过小,否则有追尾风险;安全车距是最小停车距离与当前车速的函数。安全距离,其实并不是一个固定的长度单位,而是所谓的TTC,time to collsion,即假设保持当前相对速度,两车发生追尾所需要的时间。

在大脑告诉了汽车该怎么做之后,接下来就是执行机构的事了,执行机构相当于汽车的“手脚”。执行机构包括节气门,制动,档位。通过这些机构的动作,对汽车进行操控。

ACC系统,相比于其他的汽车电子控制技术,还略显不成熟。难点,在于对路况适应性。

自适应巡航作为一种驾驶辅助,毕竟不能做到像人一样的智能,能分辨所有的路况,且能做出最优的及时反应。目前ACC还主要用在路况较好的道路(高速或高架),而且是主要针对主车道目标车辆的判断。而对于旁车道,以及多目标车辆的监测;有并线意图的车辆的预判,还做得不足。比如前车突然进入弯道,这时本车可能会认为安全距离过大,出现误判而突然加速进入弯道。

以下是一些典型路况的分析:

1. 当前方没有车辆,ACC会以一定的速度巡航(巡航的车速在你设定的车速限值范围内);

2. 当雷达监测范围内出现车辆时,如果车速过高,此时汽车会减速,并一定的车速跟随前车行驶,保持安全距离;若前车又切出本车道,则本车会自动加速至设定车速。

ACC 巡航控制系统中,对于定速巡航的状态,控制电控单元有两个输入信号,当测出的实际车速高于或低于驾驶员调定的车速时,电控单元将这两种信号进行比较,得出两信号之差,即误差信号,再经放大、处理后成为油门控制信号,送至油门执行器,驱动油门执行器动作,调节发动机油门开度,以修正两输入车速信号的误差,从而使实际车速很快恢复到驾驶员设定的车速,并保持恒定。 如下图,前方车道无车,此时车速是80km/h,做定速巡航。



而下图中,前方车道出现车辆,ACC做自适应巡航控制,根据前车车速以及和前车的车距,做自适应巡航车速控制,车速下降。



当前车变向时,汽车会更换跟车目标;另外,有些ACC自适应巡航系统带停走功能(自动启停系统,Start Stop),会在汽车低速,甚至静止也能启用,这点在走走停停的城市工况比较有用。该系统在低速时仍能够保持与前车的距离,并能够对汽车制动,直至静止,在几秒后,如果前车起动,ACC也会自动跟随启动;如果停留时间较长,只需驾驶员轻踩踏板则能够再次进入巡航模式。

要实现带停走功能的ACC,通常还需要摄像头的辅助,因为雷达识别目标的能力虽然强,但是受到杂波干扰非常厉害,还是需要摄像头的图像识别功能来确认目标。而Mobileye公司的产品甚至可以只用摄像头实现ACC。同时,跟车到停车以后,绝大部分厂商的策略是必须由驾驶员确认之后才能再次起步,可以是按键确认,也可以是踩油门确认。下图中为城市工况,此时车速25km/h。



如下图是等红灯时,汽车能自动刹车,车速降为0,前车起动后,本车自动跟随起动。



如果进入弯道时,汽车会根据弯道的情况而调整车速;长距雷达的视野较小,弯道半径过大可能会丢失目标,所以目前最高等级的ACC也仅对150m以上的弯道半径做性能要求。

自适应巡航定速控制系统的雷达传感器如果只能检测车辆前面狭窄的锥形区域内的物体,那么,对障碍物的检测可能会受到限制。系统可能无法及时制动,或有可能意外制动。

如果其他车辆正在驶入和驶出ACC 车辆所在的车道,则这些车辆只有在完全处于相应车道上时才会被检测到。有时候无法检测到或无法及时检测到很窄或很小的车辆。如果是投影较大的车辆(例如木材运输车),则无法正确检测到该车的尾部。





说到ACC的优点,显然,在一定程度上,ACC可以减轻驾驶员驾驶的疲劳。ACC系统加上车道偏离辅助系统,可以让你在较好的城市路况中极大的解放双脚甚至双手。

ACC作为智能驾驶技术,将会是未来汽车发展方向,就像无人驾驶一样,然而机器始终是机器,并不能完全代替人类,再智能的驾驶也只是辅助驾驶,不能完全依赖和信任。