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深度阐述各类常见的智能汽车高级辅助驾驶系统

智驾最前沿 来源:智驾最前沿 陈云培 作者:智驾最前沿 陈云培 2022-05-20 17:14 次阅读

自动驾驶的发展离不开高级辅助驾驶系统的加持,高级辅助驾驶系统,就是利用安装在车辆上的传感器(毫米波雷达、激光雷达、单/双目摄像头以及卫星导航系统),在车辆行驶过程中,随时感知周围的环境,搜集数据,进行静态、动态的辨识、侦测和追踪,并结合地图数据,进行系统的运算和分析,从而让驾驶员在驾驶车辆过程中预知可能发生的危险,有效增加汽车驾驶过程中的舒适性、安全性与娱乐性。近年来,随着高级辅助驾驶的发展,高级辅助驾驶系统已经普遍应用于中低端车型中,与此同时,随着高级辅助驾驶系统的大范围使用,自动驾驶也离我们越来越近。

抬头显示

相比于自动驾驶技术落地、政策监管上的不确定性,智能座舱作为与消费者最高频的触点,已经成为传统汽车向智能终端转变过程中最典型的缩影,智能座舱的商用化落地能力也被各主机厂预见,成为相互竞争的一大着力点。智能座舱的发展也让汽车逐渐摆脱代步工具的固定认知,成为人们日常工作中不可或缺的娱乐产品与出行硬件。智能座舱的发展也让汽车个性化程度更高,带来的也不仅仅是汽车产品的创新,更体现了造车思维的创新,通过生物识别技术、语音交互、手势交互、车窗智能互联、多屏联动技术等技术革新,可以根据每个人不同的出行习惯,定制独特的智能座舱环境,满足乘坐者更多的出行体验和娱乐需求。

汽车技术的发展更像是手机从功能机时代向智能手机时代的变革,使得汽车从出行代步工具成为生活娱乐硬件,智能座舱的出现也让汽车内部的操作界面变得自定性程度更强,凭借大屏互动、智能助力、5G、智能网联等技术的加持,通过对汽车驾驶及乘坐环境的优化和升级,让汽车智能化程度更高,给驾驶员提供更智能的驾驶环境,给乘客提供更优质的乘坐体验,提升了车辆出行期间驾乘的安全性。抬头显示(Head Up Display,HUD)作为智能座舱具有代表性的功能之一,成为越来越多主机厂竞争的技术重点,也成为很多消费者在购车过程中考虑的一大重心。

HUD最早是应用在军用飞机上的一项技术,是飞行的辅助仪器,可以让飞行员在操控飞机时不需要低头就能够看到重要的飞行数据,降低飞行员飞行过程中低头查看仪表的频率,避免注意力中断及丧失对状态意识的掌握。1988年通用首次将HUD应用到汽车上,2003年宝马成为欧洲第一家使用HUD的汽车公司,此后HUD被越来越多的汽车主机厂应用到自家汽车上,主要是通过将重要的行车信息实时显示在挡风玻璃上,避免因为驾驶员低头、转移视线等带来的安全隐患,HUD功能的出现,也成为智能座舱一大亮点,前卫的设计理念及炫酷的体现方式,也成为汽车销售过程中介绍的一大卖点。

HUD主要是由投影单元和显示介质2个部分构成,其中投影单元内部集成了投影仪、反射镜、投影镜、调节电机及控制单元等,HUD从车上数据总线获取车速、导航等信息,在投影仪输出图像,利用光学发射原理,将输出图像显示在显示介质上,显示介质可以是单独安装的透明树脂玻璃或者前挡风玻璃。

目前汽车行业HUD主要有3种产品形态,分别是C-HDU、W-HDU及AR-HUD。

C-HUD通过放置于组合仪表上方的一个半透明的树脂板作为投影介质反射出虚像,这样的设计安装便利,由于C-HUD的投影介质主要是放置于仪表上方的一个半透明的树脂板,比较适合用于后装市场。但是C-HDU弊端也比较为明显,主要呈现在三个方面:

① 成像区域小、显示内容有限;

② 成像距离近,位置较低;

③ C-HUD置于仪表上方,在车辆碰撞时可能会对驾驶员产生二次伤害,不利于车内安全。也正因为有这些弊端,C-HUD逐步被边缘化。

W-HUD主要通过挡风玻璃作为投影介质来反射成像,可以支持更大的成像区域和更远的投影距离,这样的产品光学结构相对复杂,成本相对较高,目前主要应用在中高端车型上,但随着汽车技术的发展,这项技术也将会在中低端车型上普及。

AR-HUD和W-HUD一样使用挡风玻璃作为投影介质来反射成像,但是由于AR-HUD使用了增强投影面,通过数字微镜原件生成图像元素,同时成像幕上的图像通过反射镜最终射向挡风玻璃,使得增强过后的显示信息可以直接投射在用户视野角度的道路上,将显示信息可以和交通状况进行融合。AR-HUD相对于W-HUD而言成像区域更大、投影距离更远、成像也更加地生动直观。AR-HUD可以在驾驶员视线区域内合理叠加显示一些驾驶信息,将导航和ADAS信息与前方道路融合,直接将转向指示、障碍物警告、车道偏离、前车预警、盲区监测等内容显示出来。但是由于AR-HUD将信息直接显示在真实道路上,实现这一特性需要通过前视摄像头对前方的路况进行解析建模,得到对象的位置、距离、大小,再把HUD需要显示的信息精准地投影到对应的位置,这就需要强大的运算能力,AR-HUD也是智能座舱比较好的整体解决方案。

AR-HUD即AR和抬头显示的融合,AR技术,全称Augmented Reality,翻译一下就是增强现实。是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术,这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。AR-HUD分为近投影和远投影2个成像点,近投影主要显示诸如车辆速度、油量等车辆的基本信息,远投影拥有更大的视场角,成像距离更远,可以有更大的显示尺寸,可以将虚拟图像和现实路况融合到一起,可以加入导航信息,将导航路况及时显示在挡风玻璃并与路面进行融合,给车主提供更好的驾驶体验。

HUD未来发展会如何?AR-HUD是否会普及并商用化?汽车未来会向着自动驾驶发展,但在发展的过程中,尤其是在L2、L3及L4阶段,驾驶员或安全员的角色是必不可少的,AR-HUD将助力驾驶,有了AR-HUD的加持,会提供更加安全的驾驶提示,提供更加完善的驾乘体验,因此AR-HUD将会有一个蓬勃发展的未来。

若自动驾驶真到了普及的那一天,就无需驾驶员的介入,届时AR-HUD就会像一个鸡肋,成为一个没有使用场景的功能,但那时候的AR-HUD或许会以另一种方式应用到车辆上,在车辆自动驾驶的时候,类似游戏、观影等可视化的娱乐场景,就可以通过AR-HUD的方式进行展示,给乘客提供沉浸式的驾乘体验。

自适应巡航系统

释放双手双脚、解除驾驶员对汽车的控制,是自动驾驶概念下的最终的目标。自动驾驶,简而言之就是在无需驾驶员介入驾驶行为的情况下,汽车可以独立完成驾驶要求,为了实现该目标,国际汽车工程师协(SAE)会将自动驾驶功能划分为L0级~L5级,共6个等级,随着驾驶员介入驾驶行为的参与度越低,自动驾驶的等级也就越高。在自动驾驶等级还未拉满到L5级时,高级辅助驾驶功能的出现,成为了自动驾驶过渡阶段最好的解决方案,高级辅助驾驶系统的核心是辅助,像是盲点监测系统、抬头显示等高级辅助驾驶系统的出现,更多是用来辅助驾驶员驾驶,让驾驶员在驾驶汽车过程中更省心、更安全。而有一个高级辅助驾驶功能的出现,让我们提前预见了自动驾驶时代的到来,它也是最能让我们感受到自动驾驶功能的一项技术,它就是自适应巡航系统。

定速巡航

提到自适应巡航系统,我们首先要认识下定速巡航系统,定速巡航系统是安装在汽车上,能够让汽车保持设定速度行驶的设备。定速巡航的前身可以追溯到1992年,三菱汽车在汽车上提供了“距离警告”的功能,在驾驶员驾驶汽车过程中,如果与前方汽车靠的过近,就会给驾驶员进行提示,从而让驾驶员踩下制动踏板降低车速。定速巡航就是在该技术上进行了提升,驾驶员在驾驶汽车过程中可以开启定速巡航系统,之后就不需要再踩油门,汽车就可以按照设定的车速前进。在定速巡航系统开启后,驾驶员也可以通过定速巡航的手动调整设备对车速进行小幅度的调整,且不需要去踩加速踏板。在需要超车时,可以踩下加速踏板,超车完成后汽车还会自动回到原先设定的车速,当需要减速时,按钮取消或者踩下制动踏板就可以自动解除定速巡航,当需要时,驾驶员可以再按下按钮重新设定定速巡航。

定速巡航只可以在平坦、少车路面,如高速路面行驶,使用定速巡航让汽车保持匀速行驶,可以减少耗油量,也可以将驾驶员的双脚从油门踏板上释放出来,一定程度上减少驾驶员的驾驶疲劳,也可以让驾驶员将注意力全部放在路面上,但定速巡航会有一个初始速度,需要汽车达到一定车速时才可以使用,无法实现灵活的驾驶要求。

自适应巡航

自适应巡航也称为主动巡航,自适应巡航在定速巡航功能上实现了升级,是一种智能化的高级辅助驾驶系统,除了可以和定速巡航一样,设定既定车速,让汽车在道路上自适应行驶外,还对汽车进行了升级。通过在汽车前端安装雷达持续扫描车辆前方道路,且同时采集轮速传感器测得的汽车车轮速度来计算汽车行驶速度,在汽车过于靠近前方车辆时,自适应巡航控制单元还可以通过控制制动防抱死系统、发动机控制系统等,使汽车车轮适当制动,并使发动机功率下降,从而与前方车辆保持一定的安全距离。

自适应巡航功能主要包括雷达传感器/超声波测距传感器/红外测距传感器、数字信号处理器及控制模块,在自适应巡航功能工作时,通过低功率的雷达或红外线光束等多传感器融合来测量前方车辆的确切位置,如果发现前方车辆减速或检测到新的目标,自动巡航系统就会给发动机或者制动器传递降速的信号,从而让汽车和前方车辆实现安全距离下的跟车行驶。当前方没有汽车或前方汽车变道后,自适应巡航系统会让汽车根据设定车速安全行驶,而且雷达会不断测定前方目标,根据实际路况对车辆速度进行调整。

自适应巡航系统相较于定速巡航,减少驾驶员需要不断取消和设定定速巡航功能的动作,适用于更多的道路情况。简而言之,自适应巡航除了可以根据驾驶员要求设定车速外,还可以通过对发动机和制动器进行适当控制,在驾驶员不干预的情况下,对汽车进行自动化的调整。

自适应巡航被广泛认为是未来自动驾驶汽车的关键组成部分,但自适应巡航系统的应用还是不太成熟,难点在于它的自适应性。作为一种高级辅助驾驶系统,永远无法做到和驾驶员驾驶车辆一样智能,在道路拥挤、下雨或大雾等极端情况下,自适应巡航系统无法实现很好的工作。现阶段自适应巡航系统还是通过测量前方汽车车速对汽车进行适当控制,而对于两边车道的汽车的监测就略微不足,当两边车道的汽车需要变道到自己车道时,自适应巡航系统就无法做到很好的预判。自适应巡航系统在转弯情况时的表现也不是很好,如果前车忽然进入弯道时,由于雷达自身硬件缺陷,自适应巡航系统就会对前方车辆距离造成误判,从而对汽车速度进行调整,容易造成事故的发生。

协同自适应巡航

自适应巡航已经在很多高端车辆上实现了搭载,但由于自身缺陷,无法完全满足自动驾驶的需求,在多变的道路状况下,如何解决自适应巡航系统对旁边车道及弯道等环境下的监测,成为了需要解决的问题,随着智能网联的出现,协同自适应巡航的概念也被提出。

协同自适应巡航就是在自适应巡航的基础上,让汽车与道路固定设施或其他车辆之间进行信息交互,进一步实现更有效的行车控制。协同自适应巡航是智能网联下的体现,通过与集成卫星、道路信号量、路边基础设施、路边信号标志、移动基础设施或其他车辆提供的信息,可以在各道路情况下实现自适应巡航,也可以确保自适应巡航过程中的安全性。这将是未来发展的一种趋势。

自适应巡航在部分车辆上已经实现了商用化,也被认为是自动驾驶发展过程中必不可少的一项功能,相较于抬头显示功能,自适应巡航的功能更可能被完整应用到最终的自动驾驶功能上。随着汽车技术的不断发展,更多高级辅助驾驶功能将逐步商用化、中低端搭载化,这也是自动驾驶技术普及过程中必不可少的一个过程。

盲点检测系统

想必开车的各位都遇到过这样的场景,车辆在路面行驶的过程中,会遇到需要变道、转弯、驶入或驶出停车位的需求,由于车辆本身存在盲区的缘故,仅通过两侧后视镜,很难准确查看后方道路情况,如果盲区内有车辆或行人存在,就会导致剐蹭事故出现,很多的交通事故都是因为车辆的盲区的存在,驾驶员获得了错误的道路信息导致的。

所谓盲区,就是驾驶员在驾驶座位上无法通过后视镜查看到的道路位置,盲区无法直接通过调整后视镜进行消除,在大雨天气、大雾天气、夜间光线昏暗的场景,更是增加了驾驶员的判断难度,导致驾驶员难以通过后视镜准确判断后方车辆的位置,此时如果进行变道、转弯等操作,就会面临更大的危险。

为了提升驾驶员行车安全,补偿驾驶员在驾车过程中无法消除的盲区,盲点监测系统(BMS或BLIS)应运而生,盲点监测系统又被称之为并线辅助系统,是车辆上的一个高级辅助驾驶功能,主要功能就是扫除后视镜盲区,通过微波雷达探测车辆两侧的后视镜盲区中的超车车辆,当在盲区内出现有其他车辆时,盲区监测系统就会通过声音、灯光等强提醒的方式给驾驶员进行提醒,因此盲点监测系统可以有效保障车辆在变道或转弯过程中的安全,避免剐蹭事故的发生。

盲点监测系统的出现可以追溯到1995年美国工程师乔治·普拉策向美国工程师协会提出的“盲点区后视镜”,通过调整中间及双侧后视镜的方式来减少驾驶员的视觉盲区,主要是在两侧后视镜上加装可以看清盲区状况的辅助曲面镜,来增加驾驶员的可视范围,提高驾驶员的驾驶安全,此方案被很多汽车厂商所采纳,并得到实际的应用。

被普遍认可并接受的盲点监测系统则是在2007年装载于第二代富豪S80车辆上的高级辅助驾驶系统,主要是通过加装在后视镜下方的摄像头来获取车辆侧后方的影像,再通过影像来辨别后方的车辆或行人,从而提醒驾驶员行车安全。但是这个系统需要在车辆时速超过22.5 km/h时才可以开启,且在浓雾、下雨等视线不佳的天气,这套系统也会造成误判。

盲点监测系统主要是由感知单元、电子控制单元及执行单元组成,感知单元包括摄像头、探测雷达、超声波传感器,执行单元为声光报警器。感知单元主要用来监测车辆侧后方盲区中是否存在车辆或行人,并将感知信息传递给电子控制单元;电子控制单元将感知单元获取的信息进行处理及判断,并将处理后的信号输出给执行单元;执行单元的主要作用是执行电子控制单元的指令,如果盲区存在车辆或行人,声光报警器会通过图像或者声音的方式,给驾驶员进行提示,让驾驶员得到更好的驾驶预判。

盲点监测系统从技术上主要分为影像和雷达2种,2种技术路线各有优劣。

影像:影像顾名思义就是通过在车辆上加装摄像头的方式,对车辆盲区进行监测,摄像头主要加装在两侧后视镜和车尾,以影像方式监控车辆后方是否有来车,但采用影像的技术方式,在恶劣天气(大雨、大雾等)下就会表现不佳,极易产生误判。

雷达:盲点监测系统使用的雷达主要为24 GHz和77 GHz的短波雷达,将雷达安装于车侧或后保险杠处,通过发出微波侦测车辆两侧及车尾来车,在车辆行驶速度大于10KM/H自动启动,实时向左右3米后方8米范围,发出探测微波信号,系统对反射回的微波信号进行分析处理,即可知后面车辆距离,速度和运动方向等信息,通过系统算法,排除固定物体和远离的物体,当探测到盲区内有车辆靠近时,指示灯闪烁,此时驾驶员看不到盲区内的车辆,但是也能通过指示灯知道后方有车辆驶来,变道有碰撞的危险,如果此时驾驶员仍然没有注意到指示灯闪烁,打了转向灯,准备变道,那么系统就会发出“哔哔哔”的语音警报声,再次提醒驾驶员此时变道有危险,不宜变道。通过整个行车过程中,不间断地探测和提醒,防止行车过程中因恶劣天气,驾驶员疏忽,后视镜盲区,新手上路等潜在危险而造成交通安全事故。相较于采用影像的技术方式,雷达的方案不受天气的影像,且微波不依赖于空气传送,因此微波的侦测能力和车辆的行驶速度也没有关联。

盲点监测系统是现有高级辅助驾驶系统中应用比较普遍的一种技术,随着技术的发展,自动驾驶时代终究会到来,在自动驾驶技术普及后,盲点监测系统还有存在的意义吗?从前文我们可以了解到,盲点监测系统的本质还是通过监测车辆两侧及后部盲区是否有车辆进入,从而通过声音或光亮来提醒驾驶员行车安全,主要还是辅助驾驶员驾驶的一种技术。自动驾驶实现的前提是车辆的驾驶过程无需驾驶员的参与,在那时,盲点监测系统是否还有存在的必要?

笔者认为,在自动驾驶技术普及后,车辆行驶的任务被交由了车辆自身,道路路况的识别依旧十分重要,对道路的多样化监测,将确保车辆自动驾驶时的安全。盲点监测系统也会随着自动驾驶技术的升级转变为另一种形式。

在L4级别自动驾驶时,车辆虽然可以实现自主驾驶的功能,但还是需要安全员来辅助识别路况,在出现必要状况时,还是需要安全员来接管车辆,此时盲区监测系统将会和现在一样发挥自身作用,当车辆盲区出现车辆或行人时,依旧会通过声光来提醒安全员,从而确保车辆驾驶的安全。

当自动驾驶技术达到L5级别时,安全员的角色也不再需要,此时盲区监测系统将会转变为道路监测系统,不断进行道路状况的监测,给车辆提供更完善的道路状况,声光提醒也将消失,车辆将自主实现车辆两侧及后方来车的识别,给系统进行路况数据采集,以便让系统做好驾驶预判,给乘客提供完善的自动驾驶服务。高级辅助驾驶系统的发展将是逐渐递进的,现有的高级辅助驾驶系统更多是辅助驾驶员安全行驶,随着自动驾驶技术的提升,这些辅助驾驶员行驶的高级辅助驾驶系统也将得到技术的提升,转变为自动驾驶技术中另一种技术方向。

防碰撞预警系统

早上起床,发现已经起晚,为了能够及时赶到公司打卡,避免扣掉全勤奖,你在赶往公司的过程中,不得不加快开车速度,与前车也没有保持足够的安全距离,急躁的心情和远高于驾驶习惯的车速,让驾驶过程充满了未知性,忽然,前车忽然急刹,你来不及反应,车辆就要撞上去,但是你自己的车却自己开始刹车,避免了与前车相撞,你知道,是你车辆上装配的防碰撞系统起作用了!

高级辅助驾驶系统的出现,有效保障了车主在驾车过程中的安全性,弥补了车主在驾车过程中出现的危险动作,让驾车出行越来越安全。防碰撞预警系统,作为驾驶员驾车过程中的第三只眼,在驾驶员驾车过程中,持续不断监测车辆前方道路情况,辨别判断各种潜在的危险情况,让驾驶车辆变得更加安全。

防碰撞预警系统是一种不断侦测车辆周围的道路情况,以辅助驾驶员驾车过程的安全性的高级辅助驾驶系统,主要用于协助驾驶员避免高速、低速追尾,高速中无意识偏离车道,导致与行人发生碰撞等场景,通过监测车辆周围道路情况,辨别潜在的危险情况,并通过声音和振动的方式,来提醒驾驶员,让驾驶员及时对驾驶行为做出改变,以防止或减缓驾驶过程中出现碰撞事故。有研究指出,如果所有车辆都加装了防碰撞预警系统,可以有效降低约27%的交通事故,每年可以救回8 000人的生命。

早在2009年,美国国家公路交通安全管理局便开始着手研究防碰撞警示及车道偏移警示的规范。2011年欧盟通过一项决议,所有在欧盟地区贩售的新款汽车自2013年11月1日起必须安装预先紧急刹车系统,2015年11月1日起则欧盟境内的所有车辆必须要安装。2012年美国非营利性研究机构公路安全保险研究所((英文)Insurance Institute for Highway Safety)的人员针对预防碰撞系统如何影响各种形式的保险索赔做研究,他们发现主动刹车辅助系统和主动转向头灯对驾驶人最有帮助;但是令人意外的是,该项研究认为车道偏离警示对驾驶人非但毫无帮助,甚至是有害的。2015年美国公路安全保险协会则有一份研究指出,主动刹车辅助系统和前向碰撞警示能有效降低后向碰撞的发生率。此外,2016年柏林圣诞市场卡车冲撞事件中歹徒企图驾驶卡车冲撞圣诞市场,幸亏主动刹车辅助系统介入,强制卡车停下来而避免更多死伤。

防碰撞预警系统主要是基于智能视频分析处理的一种高级辅助驾驶系统,通过动态视频摄像技术、计算机图像处理技术来监测并辨别车辆周围道路环境,可以用来监测车距预防追尾、前车碰撞预警、导航和黑匣子等功能。防碰撞预警系统主要由信号采集系统、数据处理系统及执行机构等构成。信号采集系统主要是应用毫米波雷达、激光、声纳、红外线、摄像头等技术监测车辆速度、车辆与前车距离等数据;数据处理系统是软件接收到信息采集系统采集的数据后,对数据进行处理,判断驾驶车辆与前车是否保持在安全距离内,如果辆车车距及速度小于安全设定值,数据处理系统就会发出指令,并让执行机构做出反应;执行机构就是负责对数据处理系统的指令进行执行,如当发现驾驶车辆与前车距离过近时,就通过声音、振动等方式提醒驾驶员注意保持安全距离。

目前开发汽车防撞系统的车电系统大厂包括美国德尔福汽车零件和伟世通公司、日本电装和爱信精机、加拿大麦格纳国际、德国大陆集团、法国法雷奥等公司。奥迪、BWM、福特、通用、本田等车企已经将防碰撞预警系统进行了使用,国内品牌车辆也逐渐将防碰撞预警系统进行了普及,并在车辆销售中作为介绍重点让消费者了解。

防碰撞预警系统现阶段还是以被动安全为主,以提供声音和振动提醒驾驶员注意驾车安全。但随着自动驾驶技术的发展,防碰撞预警系统必将会进行升级,由被动安全转为主动安全,由提醒驾驶员转变为控制车辆行车过程,在发现即将发生碰撞时,可以主动控制车辆速度和方向,避免碰撞。防碰撞预警系统对着自动驾驶技术的不断实现,其技术也会不断提升,将会升级为防碰撞安全系统,自动驾驶时代的到来,防碰撞安全系统将是给予乘客安全保障的一大重要安全新车系统,确保乘客在乘坐自动驾驶汽车过程中的安全性。

自动泊车系统

下班驾车回到小区停车场,在密密麻麻的停泊车辆中忽然发现了一个停车位,带着惊奇与庆幸,你将汽车开到停车位旁。但在这时你却忽然发现,旁边两个汽车停得与空置的车位靠较近,凭借你一(la)流(ji)的技术,汽车根本停不进去,只能眼看车位空瞪眼,只悔科二忘天边。

汽车的出现,满足了人们的出行需求,但现阶段,汽车的行驶永远离不开驾驶员对汽车的操作,到达目的地后,停车成为每个驾驶员需要面对的问题。无论是侧方位停车,还是倒车入库,都是需要每个驾驶员熟练掌握的技巧,而实际情况却远不是想象的那么美好,“停车”这一简单操作,却成为了很多驾驶员的难题。

随着高级辅助驾驶系统的出现,汽车的驾驶体验越发丰富,驾驶员在驾驶汽车的过程中也越来越轻松,驾驶安全性也由于高级辅助驾驶的搭载获得了巨大的提升,作为在驾驶汽车过程中不可避免的动作——停/泊车,也被汽车设计师考虑到,设计并研发了相关的高级辅助驾驶系统,它就是——自动泊车系统。

自动泊车系统的发展

自动泊车系统最早可以追溯到1992年,大众在其IRVW(Integrated Research Volkswagen)Futura概念车上采用了自动泊车技术。IRVW是一款具有全自动泊车功能的汽车,驾驶员可以下车观看汽车自动泊车的全过程。行李箱中安装了如同个人电脑大小的计算机来控制整个自动泊车系统。大众当时估计这一功能会使汽车售价提高约3000美元,所以后来并没有将这套系统投入生产。

自动泊车功能真正实现商用化,是2003年丰田在日式普锐斯混合动力汽车上提供了可选的自动泊车功能,三年后,英国驾驶员花上700美元就可以在他们的普锐斯上增加自动泊车功能了。

2004年,瑞典Linkopeng大学的一群学生与沃尔沃(Volvo)合作开发了一个名为Evolve的项目。Evolve汽车可以自动顺列式驻车。这群学生在沃尔沃S60上装上感应器,并在行李箱里装上用来控制方向盘和加速及刹车踏板的计算机。西门子VDO正在开发一种名为ParkMate的独立驾驶员辅助系统,该系统可以帮助驾驶员找到车位并停好车。

自动泊车系统的定义

自动泊车系统主要是利用遍布车辆自身和周边环境里的传感器,测量车辆自身与周边物体之间的相对距离、速度和角度,然后通过车载计算机平台或云计算平台计算出操作流程,并控制车辆的转向和加减速,使车辆实现自动泊入、泊出及部分行驶功能。

按照自动化程度等级,自动泊车可以分为:半自动泊车和全自动泊车。半自动泊车系统为驾驶员操控车速,计算平台根据车速及周边环境来确定并执行转向,对应于SAE自动驾驶级别中的L1级;全自动泊车为计算平台根据周边环境来确定并执行转向和加减速等全部操作,驾驶员可在车内或车外监控,对应于SAE自动驾驶级别中的L2级。目前市场上的自动泊车系统仍为半自动泊车,车辆的泊车过程还是需要驾驶员的介入,如通过对油门和刹车控制来控制车速。

自动泊车系统的技术要求

自动泊车过程大致可包含以下五大环节:环境感知、停车位检测与识别、泊车路径规划、泊车路径跟随、控制模拟显示。按照泊车方式,分为三种模式:平行式泊车、垂直式泊车、斜列式泊车。

环境感知是自动泊车系统中比较重要的一个功能,通过对停车场环境的探测,如寻找可用的停车位、自动泊车过程中两侧车辆的监测、确认车辆的位置信息和车辆的车身状态信息等,从而确保车辆自动泊车过程中的安全可靠。自动泊车系统环境感知主要通过超声波雷达进行监测,在车辆四周安装超声波雷达,让车辆在自动泊车过程中实时监测周边环境,让车辆避免剐蹭。

在使用超声波传感器探测车位时,车辆以一定的恒定车速V平行行驶向泊车位:


1)当车辆驶过1号车停放的位置时,装在车身侧面的超声波传感器开始测量车辆与1号车的横向距离D。

2)当车辆通过1号车的上边缘时,超声波传感器测量的数值会有一个跳变,记录此时时刻。

3)车辆继续匀速前进,当行驶在1号车与2号车之间时,处理器可以求得车位的平均宽度W。

4)当通过2号车下边缘时,超声波传感器测量的数值又发生跳变,处理器记录当前时刻,算得最终的车位长度L。

5)处理器对测量的车位长度L和宽度W进行分析,判断车位是否符合泊车基本要求并判断车位类型。

考虑到自动泊车实现原理,泊车路径规划一般尽可能满足以下要求:

1)完成泊车路径所需要的动作必须尽可能少。因为每个动作的精度误差会传递到下一个动作,动作越多,精度越差。

2)在每个动作的实施过程中,车辆的转向轮(绝大部分为前轮)的角度需要保持一致。因为系统是通过嵌入式系统实现的,而嵌入式系统的性能有限,转向轮角度保持一致能够将运动轨迹的计算归结为几何问题,反之需要涉及复杂的积分问题,这对嵌入式系统的性能是一个挑战。

在自动泊车过程中,还会由传感器反馈构建泊车环境模拟,给驾驶员进行提示与交互,让驾驶员在车辆自动泊车过程中可以进行必要的操作,并可以在车辆自动泊车过程中发现问题时立刻介入自动泊车过程,从而避免危险的发生。

自动泊车系统的优缺点

现阶段,自动泊车技术主要应用在高端车辆上,但由于硬件设备与软件系统的局限,自动泊车技术并不能在任何场景下实现驾驶员泊车需求,由于主车厂设计的不同,有的车辆搭载的自动泊车系统可以实现多种车位的停泊,但有个车辆搭载的自动泊车系统仅可以实现侧方位或倒车入库下的自动泊车,对于不常见的斜方车位的停泊就可能无法实现了。

现阶段的自动泊车系统对于停车场景也有特殊要求,如果停车位过小或两侧车辆空置的空间达不到自动泊车要求,自动泊车系统将无法工作。另外,如果遇到极端天气或传感器脏污时,自动泊车系统也将出现异常或失灵。

自动泊车系统的未来发展趋势

随着汽车技术的不断提升,自动泊车系统将朝着自主泊车的技术突破和演进。自主泊车又被称为代客泊车或一键泊车,驾驶员可以在指定地点召唤停车位上的车辆,或让当前驾驶的车辆停入指定或随机的停车位。整个过程正常状态下无需人员操作和监管,对应于SAE自动驾驶级别中的L3级。自主泊车系统包含两个功能,即泊车与唤车。

泊车功能:是指用户通过车载中控大屏或手机APP选定在园区、住宅区等半封闭区域内的停车位或者选定停车场(有高精地图覆盖),然后车辆通过获取园区、住宅区等半封闭道路上的车道线、道路交通标志、周围其他车辆等交通环境、参与者信息;控制车辆的油门、转向、制动来实现安全自动驾驶,并通过自动寻找可用停车位或识别用户选定停车位;实现自动泊入、自动停车、挂P档、熄火、锁车门,同时防止潜在的碰撞危险的功能。

唤车功能:是指用户通过手机APP选定园区、住宅区等半封闭区域内的某一唤车点,然后车辆从停车位自动泊出、低速自动驾驶到达唤车点,从而实现唤车,同时防止潜在的碰撞危险的功能。

随着自动驾驶技术的普及,当达到SAE自动驾驶级别中的L5级时,驾驶员的角色将消失,汽车的使用场景将进一步改变,当乘坐自动驾驶汽车到达目的地后,车辆将实现自动寻找停泊车位的需求。届时停车场景将进一步改变,如相邻车位同时有自动驾驶车辆进行停泊动作时,车辆应该如何处理?停泊时如果遇到加塞行为应该如何反应?没有驾驶员/安全员的辅助,自动驾驶汽车是否可以安全完成需求动作?停泊车辆过程中不可预见的可能性太多,但自动驾驶的普及一定也绕不开自动泊车技术,只有让车辆做好驶出车位—驾驶汽车—停泊汽车这一完全连贯的最基本的行车需求时,自动驾驶技术才有可能真正地实现。

车道偏移预警系统

根据交通部的数据统计,约有50%的交通事故是由于车辆在行驶过程中偏移正常行驶的车道引起的,根据(美国)联邦公路局的统计,美国2002年所有的致命交通事故中44%是跟车道偏离有关的,同时车道偏离也被看成车辆侧翻事故的主要原因,究其主要原因,主要是因为驾驶员在驾驶车辆过程中出现注意力不集中、驾驶疲劳、心神烦乱等,严重影响驾驶员在驾驶车辆时的安全性。

随着汽车智能化方向的发展,越来越多高级辅助驾驶功能得以在汽车上得到应用,其中影响驾驶员驾驶习惯、提升驾驶员驾驶安全性的高级辅助驾驶系统也越来越多成为人们购车时考量的因素之一,车道偏移预警系统就是其中一个应用较为普及的高级辅助驾驶系统。

车道偏移预警系统就是通过环境感知传感器探测车辆在行驶过程中与两侧车道线的距离,当环境感知传感器侦测到车辆偏离预定车道时,就会通过发出声音警示信号、振动方向盘,甚至是主动参与行车行为,通过微调方向盘来提醒驾驶员,如果驾驶员在开车过程中精神不济疏忽导致车辆偏移预定车道时,就可以获得很好的提示,从而及时调整车辆,保障驾驶员驾驶过程的安全性。

全球首个车道偏移预警系统是在日产汽车的Infiniti FX系列和Infiniti M系列,该系列的系统是由Valeo和Iteris两车商联合开发,系统的影像感测器是装置在车内照后镜的位置。车道偏移预警系统主要是由HUD抬头显示、车载摄像头、控制器及传感器组成,在车辆行驶在预定车道时,安装在车身侧面或后视镜位置的车载摄像头会时刻采集行驶车道的标识线,并不断探测车辆相对两侧车道线的距离,通过图像处理获得车辆在当前车道中的位置参数,当发现车辆偏移预定车道线时,传感器就会及时收集车辆数据和驾驶员的生物状态,并通过声音警示信号、振动方向盘等方式提醒驾驶员。

由于车道偏移预警系统决定了安全员驾驶汽车过程的安全性,所以在车道偏移预警系统工作时,整个过程是十分短的,大概0.5 s之内就可以完成所有步骤,给驾驶员提供更多的反应时间。对于驾驶员在需要控制车辆变道时,当打开转向灯后,车道偏移预警系统就不会工作,确保驾驶员可以正常变道。

车道偏移预警系统主要分为纵向和横向2个主要的功能,其中纵向车道偏移预警系统主要用于预防由于车速过快或车辆方向失控导致的车道偏移碰撞,横向车道偏移预警系统主要用于在驾驶员驾驶车辆过程中,不注意驾驶环境,精神涣散等导致的车道偏移碰撞,车道偏移预警的商用化程度已经比较高,很多车辆上已经加装了该系统。

车道偏移预警系统主要还是基于视觉系统开发出来的,因此车载摄像头的安装位置将决定车道偏移预警系统的安全性,除了前文提及的,安装在车侧(车身侧面或后视镜位置)的车载摄像头,斜指车道线的方案外,还有通过安装在车辆前部的车载摄像头,斜指向前方车道的解决方案,但无论是侧视系统还是前视系统,都由道路和车辆状态感知、车道偏离评价算法和信号显示界面三个基本模块组成。系统首先通过状态感知模块感知道路几何特征和车辆的动态参数,然后由车道偏离评价算法对车道偏离的可能性进行评价,必要的时候通过信号显示界面向驾驶员报警。

由于车道偏移预警系统主要是依托于视觉系统,因此车载摄像头的很多弊端在车道偏移预警系统上也得到了很好的体现,像是雨雪天气下或者能见度不高的大雾天气时,或者在车道上有积水导致反光时,车载摄像头采集车道线的精准度就会降低,导致车道偏移预警系统准确度下降,目前,研究各种鲁棒性强、能适应各种天气条件、克服光照变化以及阴影条件的影响的车道偏离评价算法是所有基于视觉的车道偏离预警系统的发展趋势。但车道偏移预警系统的出现,是可以有效减少由于车道偏移导致的事故,保障驾驶员行车安全的。

对于自动驾驶的发展,车道偏移预警系统将担任很重要的角色,自动驾驶达到L5级后,驾驶员的角色将消失,自动驾驶车辆在道路行驶时,除了需要监测车辆与前车位置、车辆行驶路径的正确与否外,还是需要不断探测车辆相对于两侧车道线的位置的,这时车道偏移预警系统将起到决定性的作用。不同于HUD抬头显示会随着自动驾驶的出现、驾驶员角色的消失,将会通过另一种形态来满足人们乘车出行时的娱乐需求,车道偏移预警系统将会在现有的技术方向上不断提升,将可以直接应用到自动驾驶汽车上。

高级辅助驾驶系统的出现,将促使自动驾驶系统的发展,也是全自动驾驶时代到来的技术储备,相信随着高级辅助驾驶系统的越发完善,自动驾驶时代终究会到来。大家还想了解哪些高级辅助驾驶系统?欢迎留言,智驾最前沿将坚持给大家进行自动驾驶相关技术、趋势介绍,欢迎大家关注。

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