ADAS朝自动驾驶迈进是汽车产业大势所驱

摘要: 麦姆斯咨询:通过这个引爆点的关键是有效的“传感器融合”。当车辆中的多种系统互连,可作出更复杂、安全攸关的决策能力。

11-02 18:21 首页 MEMS


先进驾驶辅助系统(ADAS)发展越来越精密且广泛,并借由不同程度的自动化定义朝向全自动驾驶的“终极目标”迈进。这股汽车大势正不断累积动能,刺激汽车产业与消费者发展出不同的看法和观点,而消费者肯定将深受这波汽车进化趋势所影响。

有些汽车驾驶人期待有朝一日可以在从A地到B地旅行时,不需要再自己开车,而且安全性更高以及一些其他好处。有些人则可能对自动驾驶比较没那么期待,因为驾驶的乐趣届时可能消失了。

事实上汽车领域的技术正大步加快前进中。汽车制造商和一线供应商开始与先进的电子元件制造商合作,持续补充其专业知识与技术。而像安森美半导体(ON Semiconductor)等公司也参与其中,投入动力传动、资讯娱乐以及其他车用电子相关领域。

安森美半导体虽然是一家半导体元件制造商,但其不断扩展中的汽车电子产品阵容和专业知识,意味着有越来越多的元件可以整合或结合高度可靠的系统解决方案,并借此协助一线制造商和OEM更快速且高效率地推动新的ADAS进展。显而易见的是,从ADAS、先进ADAS到全自动驾驶车辆,需要开发智能、安全和可靠的芯片解决方案。

全世界的许多领域正明显发生变化,而这大多数都是由技术进步所推动。尤其是汽车领域,几乎所有讨论都集中于全自动或无人驾驶车辆。整体而言,人们对于驾驶的态度正在改变;上一代的驾驶大致上可说是在享受驾驶的乐趣,有些人甚至几近于崇拜车子。如今,越来越多的人只想快速、安全且高效地从A地抵达B地。

安全在汽车迈向自动化的过程中扮演着关键的驱动因素。根据世界卫生组织(WHO)在2017年的统计资料显示,每年有125万人死于道路交通事故,另外还有2000万至5000万人受伤或残疾。正如美国运输部(DOT)于2016年5月的资料所指出的,这些道路交通事故绝大多数是人为失误,美国每年有超过200万起交通事故,其中有94%肇因于驾驶员失误。

革新或是进化?

自动驾驶车的发展将是一路的急速进化,而不是革新。自从1980年代以来,扎实的相关研究持续蓄积动能,如今已有50家公司正积极开发自动驾驶车,一些重要的大学研究计划专案更进一步提升汽车的潜能。

如今汽车功能的电气化相当普遍,精密的电子元件广泛应用在动力传动、车体、内装、照明以及主动式安全系统等关键领域。这些系统不断发展,其中一项主要趋势是传感和车载网络的强化,并结合各种功能,从而实现整合的自动驾驶车。


图1:即使是入门款车辆也明显展现电气化趋势

如今许多车辆已采用了自动紧急刹车、车道偏离警告系统、主动巡航控制,以及盲点监测与自动停车等功能。这些系统不再局限于豪华车辆,而是扩展到入门款车辆,这些自动化功能为控制汽车的驾驶提供了宝贵贡献。

引爆点

当量产车辆进展到具备一般认可的ADAS功能,要再演进为全自动驾驶的联网车辆,汽车产业将会达到一个转捩点——车辆本身将会提供整合式监测。随着我们越来越依赖自动系统和大数据(big data),而且还可能包括车子以外的领域,功能安全性和系统的网络安全重要性也将提高。安森美半导体已经意识到这一点,并借由硬件和软件的创新解决了这些顾虑。


图2:车辆产业正迅速接近自动驾驶车进展的引爆点

通过这个引爆点的关键是有效的“传感器融合”(sensor fusion)。当车辆中的多种系统互连,可作出更复杂、安全攸关的决策能力,以及避免可能导致事故的错误之备援(redundancy)能力也会随之提升

传感器融合

视觉(vision)是日益重要的车辆技术之一,用于支持主动安全功能,包括后视与前视摄影机以及车内ADAS。

然而,不同的传感器类型有各自的特殊优、缺点——可能是长距离或短距离的性能,或是在恶劣天气条件下的运作能力等。因此,能够结合并处理来自多种传感器类型的数据,有助于确保做出正确的决策、回应和调整。这可能包括图像传感器、雷达和激光雷达(LiDAR)的组合。

功能安全

大多数ADAS系统中的主要传感器是图像传感器,它同时也是打造系统整体功能安全的重要一环。随着ISO 26262推出,车辆安全的完整等级涵盖从最基础的ASIL-A到最高的ASIL-D。ASIL的安全等级由三项因素所决定:故障严重程度、故障发生机率、控制故障影响的能力。

由传感器启动的功能安全以及延迟与高速故障检测等问题,已经被汽车OEM、一线厂商和传感器制造商列为密切关注的重要议题了。如果ADAS(特别是像自动巡航控制、避免碰撞和行人检测等系统)所使用的图像传感器未进行故障检测,可能意味着一场灾难即将发生。

要在成千上万个潜在的故障模式中检测到其中任何一种,过程中需要用到密集的处理器,而且每一个故障都需要各自的算法。事实上,在系统层级可能无法检测到某些故障。容错系统中的延迟是所有系统设计人员最关心的问题——也就是发生故障和系统恢复到安全状态之间的时间差。为了安全,必须在发生危险事件之前即检测到故障并加以解决。


图3:延迟是故障检测过程中的关键参数之一

随着视觉传感器变得更先进,功能安全故障检测正从ADAS系统转向传感器本身。借由这种内置检测的方式,设计即可辨识故障。传感器检测带来的益处是提高故障检测能力,以及减轻一些ADAS系统处理功能的压力。

时至今日,许多ADAS系统仍难以达到ASIL-B的标准要求。近期内必须满足ASIL-B规定的系统数量将显着增加。未来的ADAS系统如果实现广泛使用,甚至必须符合更严格的ASIL-C和ASIL-D规定。诸如安森美半导体等业界厂商正积极耕耘这一领域,并在许多图像传感器中内建精密的安全机制,以确保完整的功能安全。

此外,为了符合特定功能的需求以及对汽车运作环境的严格要求,ADAS图像传感器结合了坚韧性以及减少光照闪烁(LFM——可克服LED前照灯或后照灯在传感器视场中所引起的场景误判问题)、优越的红外性能等功能,以及在极亮或极低光照条件下工作的能力。

总结

ADAS反映出车辆日益电气化与功能持续增加的一面,但或许也是发展最快的领域。迈向全自动驾驶的旅程正加快步伐,汽车产业的发展也即将达到引爆点。功能安全的先进视觉传感器将是未来ADAS系统的心脏。将这些传感器与其他汽车技术“融合”,并确保网络安全,将带动汽车产业迅速达到并超越真正自动驾驶的引爆点。


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