ADAS 是什么?

ADAS 怎么工作?

ADAS 市場行情分析

 

隨著經濟的發展、人們生活水平的提高,汽車進入到千家萬戶,成為普通大眾的交通工具,全世界汽車保有量與日俱增。而電氣化、自主性、連接性、舒適性也被認為是未來汽車行業發展的趨勢。恩智浦在接受 Yole Dédevelopment 訪談的時候就曾闡述:“在過去的 10 年間,互聯信息娛樂、ADAS 和電氣化系統正在重塑汽車行業”的觀點。

 


其中,ADAS 作為安全系統的一部分成為了未來趨勢的標準與焦點。早在 2016 年,美國就曾承諾在 2022 年前為所有的車輛配備 AEB 設備,今年上半年,美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)和公路安全保險協會(IIHS)又公布了自動緊急制動(AEB)設備的排名。同時,歐盟委員會要求在 2022 年之前,所有歐洲型號都必須配備 ADAS 設備,包括 AEB。這也意味著來自監管機構的壓力促使美國和歐洲的汽車市場加速了對 ADAS 的接受力度。


為什么來自大西洋兩岸的美國和歐洲的監管機構都如此重視 ADAS 的布局呢?原因有三:第一,以安全為核心的 ADAS 設備是未來汽車的銷售亮點,在過去的十年間,美國與汽車相關的行人死亡人數有所增加,而歐洲的死亡人數減少速度正在放緩,因此布局 ADAS 是需求之所在,而目前基于攝像頭的 AEB 的 ADAS 1 級和 2 級車輛的累計數量約為 5000 萬輛,僅占道路上所有車輛的 4%,市場前景看好。第二,AEB 現在已經被充分證明可以提高安全性,將總體碰撞率降低 10-15%。據調查機構的數據顯示,如果道路上的所有車輛都配備 AEB 設備,歐美國家每年共可減少 3000-4000 人的死亡。第三,未來會進入無人駕駛時代,高度發達的 ADAS 產業可以是一個先行者。

 


圖片來源:Yole


ADAS 是什么?


ADAS 是先進駕駛輔助系統(Advanced Driving Assistant System)的英文縮寫,是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器, 在第一時間收集車內外的環境數據, 進行靜、動態物體的辨識、偵測與追蹤等技術上的處理, 從而能夠讓駕駛者在最快的時間察覺可能發生的危險, 以引起注意和提高安全性的主動安全技術。


ADAS 的系統組成與作用有哪些?


根據 ADAS 的功能區別,從“環境感知→決策規劃→控制執行”的角度出發,可以將 ADAS 分為兩大陣營:第一個方面是報警陣營,第二個方面是輔助陣營,下面給大家詳細地介紹一下這兩大陣營的成員。


報警陣營:


車道偏離報警系統(LDWS)


LDWS 是車道偏離預警系統(Lane Departure Warning System )的英文縮寫,通常是通過安裝在車內擋風玻璃上的攝像頭,采集分析行車道路線,當車輛無意識地偏離車道時(比如疲勞駕駛偏離車道、新手上路不打轉向燈變道),系統會提前 0.5-1 秒鐘發出警報,輔助駕駛員糾正方向,主動避免汽車發生側撞、側翻等交通事故。


360°全景環視


360°全景環視是代替人員下車巡視一圈的一種系統,該系統可實時采集車輛四周的影像,經過圖像處理單元的一系列智能算法處理之后,形成一幅車輛四周的全景俯視圖,從而在泊車或低速行駛時為駕駛者提供輔助的車載攝像功能。駕駛人員可以通過界面來調整觀察視角,查看車輛所處的位置和周邊情況,從而在保證行車安全的同時,提升駕駛體驗。


前方碰撞預警(FCW)


FCW 是前方碰撞預警(Forward Collision Warning)的英文縮寫,該系統通常通過雷達系統實時監測前方車輛,判斷本車于前車之間的距離、方位及相對速度,當存在潛在碰撞危險時對駕駛者進行警告。但是,FCW 系統本身不會采取任何制動措施去避免碰撞或控制車輛,只是起到一個警示作用。


夜視系統(NVS)


NVS 是夜視系統(Night Vision System)的英文縮寫,它是一種利用紅外線技術,使駕駛者在夜間或弱光線的環境下,通過紅外線攝像頭獲得更高的視覺預見能力。汽車夜視系統結構主要包括兩部分:第一部分是紅外線攝像機,第二部分是設置在擋風玻璃上的光顯示系統。其運行原理是,利用紅外攝像機,捕捉人類肉眼難以辨別的,隱藏在黑暗中的路面信息,再通過光顯示系統,將捕捉到的路面信息投射顯示在擋風玻璃上。因此,夜視系統能夠針對潛在危險向駕駛者提供更加全面準確的信息或發出早期警告,避免和減少事故的發生。


交通標志識別(TSR)


TSR 是交通標志識別(Traffic Sign Recognition)的英文縮寫,主要是通過安裝在車輛上的攝像機采集道路上的交通標識信息,傳送到圖像處理模塊進行標識檢測和識別,并根據識別結果向駕駛員傳遞重要交通信息的一種系統。比如圖中遇到限速、限牌、禁止超車等標識,駕駛員卻粗心忽略了,此時 TSR 系統會指導駕駛員做出合理的反應,從而減輕駕駛壓力,緩解城市交通壓力,減少交通違規行為。


盲點監測系統(BSD)


BSD 是盲點檢測系統( Blind Spot Detection)的英文縮寫,是一種基于短距微波雷達探測技術的設備,用于監測處于內外后視鏡視覺盲區側后方移動物體(如汽車、摩托車、自行車、行人),探測相鄰車道后方是否有車子在靠近,以及后視鏡盲區里是否有車子,從而降低變道時發生碰撞事故的可能性。


疲勞駕駛檢測系統(DDD)


DDD 是疲勞駕駛檢測系統(Drowsy Driving Detection)的英文縮寫,通常是一種采用基于多面部特征融合的人臉識別,結合操作信號進行綜合判斷,進而發出疲勞駕駛告警信號的系統。通過增設疲勞駕駛檢測系統,可有效地減少因疲勞駕駛產生地交通事故。


離手檢測(HOD)


HOD 是離手檢測(Hands Off Detection)的英文縮寫,是一種通過紅外、超聲波或者是攝像頭等傳感器來檢測在行車過程中駕駛人員是否雙手脫離方向盤駕駛,并發出告警信號的系統,從而提高行車的安全性。


輔助陣營:


車道保持輔助系統(LKA)


LKA 是車道保持輔助系統(Lane Keeping Assistance)的英文縮寫,是一種重要的主動安全系統,主要通過攝像頭識別車輛與車道線的相對位置關系,結合方向盤轉角、車速、車輛動力學參數等信息,控制轉向系統,完成對車道線的軌跡跟蹤,它可以看成是在車道偏離預警系統(LDWS)的基礎上對剎車的控制協調裝置進行控制的一種系統。當車道保持輔助系統識別到本車道兩側的標記線,那么系統處于待命狀態,若處于待命狀態,打轉向燈后變道,該變道行為引發的告警會被屏蔽;當車輛接近識別到的標記線并有脫離行駛車道的可能性,那么系統會發出方向盤振動或語音告警信號,引起行駛人員的注意。


自適應燈光控制系統(ADB)


ADB 是自適應燈光控制系統(Adaptive Driving Beam)的英文縮寫,是一種能夠根據路況自適應地變換遠光光型的智能遠光控制系統。具體來說,就是根據車輛行駛狀態、環境狀態以及道路車輛狀態,自適應燈光控制系統在自動為駕駛員開啟或退出遠光的同時,可根據車輛前方視野中的車輛位置,自適應地變換遠光光型,以避免對其他道路使用者造成眩目,降低了操作復雜性和安全隱患。


全 / 半自動泊車 


全自動泊車是一鍵泊車地簡稱,不需要駕駛人員控制方向和油門等任何一項操作地自動泊車形式,而半自動泊車與全自動泊車的區別在于駕駛人員需要控制汽車油門,而油門以外地方向等控制由半自動泊車系統來解決。這種泊車方式地到來大大減輕了新手駕駛員地泊車壓力,減少了泊車事故地發生概率。


下坡輔助系統(DAC)


DAC 是下坡輔助系統(Down-hill Assist Control)的英文縮寫,為了避免制動系統負荷過大,減輕駕駛員負擔,下山輔助控制在分動器位于 L 位置;車速 5-25km/h 并打開 DAC 開關的條件下,不踩加速踏板和制動踏板,下山輔助控制系統可以自動把車速控制在適當水平。下山輔助控制系統工作時停車燈會自動點亮。下坡輔助系統的出現能使車輛以恒定低速行駛,防止車輪鎖死,同時可以大大降低車輛在坑洼路面下坡時產生的震動,從而確保了行駛的穩定性與提高駕乘舒適性。


上坡輔助系統(HAC)


HAC 是上坡輔助系統(Hill-start Assist ControL)的英文縮寫,是在 ESP 系統基礎上衍生開發出來的一種功能。車輛在陡峭或光滑坡面上起步時,駕駛員從制動踏板切換至油門踏板車輛將向后下滑,從而導致起步困難。為防止此情況發生,上坡起步輔助控制暫時(一般為幾秒鐘)對四個車輪施加制動以阻止車輛下滑。


自動剎車輔助系統(AEB)


AEB 是自動剎車輔助系統(Autonomous Emergency Braking)的英文縮寫,是一種汽車主動安全技術,主要由 3 大模塊構成,包括控制模塊(ECU),測距模塊,和制動模塊。其中測距模塊的核心包括微波雷達、人臉識別技術和視頻系統等,它可以提供前方道路安全、準確、實時的圖像和路況信息。自動剎車輔助系統的工作原理是:采用雷達測出與前車或者障礙物的距離,然后利用數據分析模塊將測出的距離與警報距離、安全距離進行比較,小于警報距離時就進行警報提示,而小于安全距離時即使在駕駛員沒有來得及踩制動踏板的情況下,AEB 系統也會啟動,使汽車自動制動,從而為安全出行保駕護航。


自適應巡航系統(ACC)


ACC 是自適應巡航控制(Adaptive Cruise Control)的英文縮寫,是一種智能化的自動控制系統,它是定速巡航的高階產品。自適應巡航系統的工作原理是:在車輛行駛過程中,安裝在車輛前部的車距傳感器(雷達)持續掃描車輛前方道路,同時輪速傳感器采集車速信號。當與前車之間的距離過小時,ACC 控制單元可以通過與制動防抱死系統、發動機控制系統協調動作,使車輪適當制動,并使發動機的輸出功率下降,以使車輛與前方車輛始終保持安全距離。自適應巡航控制系統在控制車輛制動時,通常會將制動減速度限制在不影響舒適的程度,當需要更大的減速度時,ACC 控制單元會發出聲光信號通知駕駛者主動采取制動操作。當與前車之間的距離增加到安全距離時,ACC 控制單元控制車輛按照設定的車速行駛。。所以自適應巡航控制既有自動巡航功能,又有防止前向撞擊功能。


交通堵塞輔助(TJA)


TJA 是交通堵塞輔助(Traffic Jam Assist)的英文縮寫,它不是幫忙緩解交通堵塞的系統,而是在交通堵塞的時候緩解駕駛人員疲勞的一種設備。比如交通堵塞輔助在車輛行駛速度為時速 60 公里以下時,能實現慢慢的跟車定速巡航,并且保持在車道中間,讓駕駛人員的擁堵之旅不用不停踩剎車,減輕駕駛人員的負擔,增加行駛舒適度。


ADAS 的關聯零部件有哪些?


ADAS 由 ADAS 關聯控制器、整車控制器 VCU、電機控制器 MCU、提供轉角等信號的 EPS 、提供剎車與制動的 ESP 、提供環境溫度信號的 AC 空調、提供轉向與車門等車身狀態信號的 BCM、中控主機大屏 HMI 和提供如報警信息、開啟狀態信息顯示的 IP 儀表組成,他們之間采用的是一種協同工作機制。


除了這些心臟器件,ADAS 的組成重點還有如汽車“眼睛”般的傳感器,ADAS 采用的傳感器主要有毫米波雷達、攝像頭(包括紅外攝像頭)、轉角傳感器、輪速傳感器、室外溫度傳感器、激光雷達、超聲波雷達、激光雷達等。


下面簡單的講述一下目前幾個主流傳感器的應用情況:


1、前視攝像頭(探測距離 150m)


目前主流的前視攝像頭大都是基于 Mobileye EyeQ3、Mobileye EyeQ4 芯片來完成其先進駕駛輔助系統功能的,比如車道保持、車道偏離預警、道路標志識別、自適應燈光控制、自適應巡航、自動剎車輔助系統、前方碰撞預警等,這些功能的實現不需要借助其他傳感器,僅前視攝像頭就可單獨完成這一系列工作。這種方案最大的優點就是功能多、傳感器少、成本低。


2、360°攝像頭(探測距離 20m)


360°攝像頭的功能不止于全景環視一個功能,它還可以完成盲點檢測、車道偏離預警等。但對于車道偏離檢測來說,前視攝像頭的性能會優于 360°攝像頭,因為前視攝像頭的探測距離及精度都比 360°攝像頭來的高。


3、77G 毫米波雷達(探測距離 100m~200m)


77G 毫米波雷達的最大優點是探測精度高,受環境溫度等干擾因素影響小,因此主要用于自適應巡航和自動剎車輔助系統這兩個功能,相比前視攝像頭在黑夜、大雨、大霧、大學等惡劣環境下的探測功能和精度的減退,77G 毫米波雷達具有很大的優勢;但是前視攝像頭基于圖像處理的特點,可以將標識物、障礙物等分析的更加到位,因此是各有優勢。


4、24G 毫米波雷達(探測距離 5m~30m)


24G 毫米波雷達主要實現近距離探測(SRR),可用于盲點檢測功能,一般在 ADAS 系統中與 77G 毫米波雷達結合使用。


5、超聲波雷達(探測距離分 UPA:0.15m~2.5m 和 APA:0.3m~5m 兩種)


超聲波雷達是利用傳感器內的超聲波發生器產生 40KHz 的超聲波,再由接收探頭接收經障礙物反射回來的超聲波,根據超聲波反射接收的時間差計算與障礙物之間的距離。超聲波雷達的優點在于成本低、探測精度高、不受光線影響三個方面,缺點是受環境溫度影響大(不同溫度下,超聲波傳播速度不同)、無法精確描述障礙物位置以及響應慢,目前常用于泊車系統中。


隨著 ADAS 高級功能的不斷解鎖,ADAS 系統對傳感器的需求會不斷上升,而傳感器的單獨工作效果明顯跟不上步伐,未來是傳感器數據融合的時代,只有更多、更全面的數據融合才能作出更正確的判斷與執行。當然,這個多不是指的傳感器數量,在傳感器數量方面,是以做減法為導向的,只有這樣才能使功能的實現成本降低,而是指的數據的交互、提取與應用。


ADAS 產業國內外行情


Yole 預測,2018 年至 2023 年,全球先進駕駛輔助系統(ADAS)市場的復合年均增長率將達到 16%,是汽車電子領域增長最快的領域之一。


Technavio 研究分析,中國汽車 ADAS 市場預計在 2017 至 2021 年達到接近 35%的強勢復合年增長率。市場由少數成熟的制造商或供應商提供 ADAS 給 OEM。


Technavio 的汽車電子市場首席分析師 Ganesh Subramaniam 表示:“中國市場是一個有著巨大發展潛力,且尚未開發的市場,政府的支持對于中國汽車市場的發展至關重要。 隨著感測器和攝像頭技術的進步,ADAS 的未來元件將以接近零的誤差工作,從而確保更好的道路安全。”


ADAS 設備與系統級供應商


Technavio 在近日發布了一份關于中國汽車產業 ADAS 市場五大供應商的報告,報告中指出:至 2021 年,博世(Bosch)、大陸(Continental)、德爾福(Delphi Automotive)、DENSO 和 Mobileye,將是中國汽車 ADAS 市場中最具競爭力的業者。


ADAS 芯片級供應商


在 ADAS 系統中,各類傳感器扮演著非常重要的角色,而芯片與算法更是這些傳感器的核心之所在。目前的 ADAS 芯片供應商主要分為前端攝像頭模組供應商、雷達供應商以及 ADAS 處理器芯片供應商三大類。


前端攝像頭模組供應商


主要集中在以索尼、三星為代表的日韓企業。


雷達供應商


超聲波雷達技術門檻較低,供應商較多;激光雷達成本高昂,未商業化;毫米波雷達成本在兩者之間,技術門檻較高,主要掌握在采埃孚天合、博世等企業手中。


ADAS 處理器芯片供應商


作為 ADAS 傳感器的大腦,ADAS 處理器芯片的發展起步較晚,產業集中度高,供應商主要分布在 Mobileye(被英特爾收購)、意法半導體、英偉達、亞德諾半導體、德州儀器、瑞薩和恩智浦等幾個半導體龍頭企業之中。下面分別介紹一下這幾個公司的主流產品。


Mobileye 攜手意法半導體——EyeQ5

 


圖片來源:Mobileye 官網


EyeQ®5 將于 2020 年推出,它將進入下一個性能級別,能夠處理超過 16 個百萬像素攝像頭和其他傳感器。它的計算能力以每秒 15 萬億次的運算速度為目標,而在典型的應用中只需要 5-6 瓦。


從 EYEQ®5 開始,Mobileye 將支持汽車級標準操作系統,并提供一個完整的軟件開發工具包(SDK),允許客戶通過在 EYEQ®5 上部署算法來區分其解決方案。該 SDK 還可用于神經網絡的原型和部署,以及用于訪問 Mobileye 預先訓練的網絡層。EYEQ®5 作為開放式軟件平臺的使用,得益于諸如硬件虛擬化和 CPU 與加速器之間的完全緩存一致性等架構元素。


EYEQ®5 專用 iOS 支持至少 40Gbps 的數據帶寬。若傳感器非常多,可以通過 PCIE 和千兆以太網端口進行接入。


Eyeq®5 實現了兩個用于處理器間通信的 PCIE Gen4 端口,這可以使用多個 Eyeq®5 設備實現系統擴展或與應用處理器連接。EYEQ®設備實現了高性能片上網絡互連和多通道低功耗 DDR 接口,以支持高速計算和數據帶寬要求。


英偉達——Xaiver SoC

 


圖片來源:英偉達官網


英偉達在 2018 年發布了一款全新 AI 芯片—Jetson Xavier,Jetson Xavier 作 NVIDIA Isaac 平臺的核心,是全球首款專為機器人設計的計算機。


Jetson Xavier 包含了六顆處理器,包括 1 個 Volta Tensor Core GPU、1 個 8 核 ARM64 CPU、2 個 NVDLA 深度學習加速器、1 個圖像處理器、1 個視覺處理器和 1 個視頻處理器,每秒可執行 30 萬億次操作。它的處理能力與配備了 10 萬美元 GPU 的工作站大致相同,但功率僅為 30W。


Drive PX Pegasus 是針對 L5 級全自動駕駛出租車的 AI 處理器,搭載了兩個 Xavier SoC 處理器。SoC 上集成的 CPU 也從 8 核變成了 16 核,同時增加了 2 塊獨立 GPU。計算速度達到 320Tops,相當于 PX Xavier 的 10 倍,算力能夠支持 L5 完全自動駕駛系統,但其功耗也達到了 500W。


亞德諾半導體——Blackfin

 


圖片(ADSP-BF70x Block Diagram)來源:亞德諾半導體官網


ADI Blackfin 視覺駕駛輔助系統(ADAS)都是基于 Blackfin 系列處理器,其中核心器件是 DSP(digital signal processor,即數字信號處理器)。具有車道偏離警告、交通信號識別、智能前燈控制、物體檢測 / 分類、行人檢測等功能。其中低端系統基于 BF592,實現 LDW 功能;中端系統基于 BF53x/ BF54x/ BF561,實現 LDW/ HBLB/ TSR 等功能;高端系統基于 BF60x,采用了流水線視覺處理器(PVP),實現了 LDW/ HBLB/ TSR/ FCW/ PD 等功能。


這里主要介紹一下 BF70x ,ADSP-BF70x Blackfin®處理器系列功耗不到 100 mW,實現了 800 MMACS 的處理性能。此系列 Blackfin 處理器由 8 款高性價比成員構成,搭載最高 1 MB 內置 SRAM,使許多應用無需采用外部存儲器,同時也提供了一個可選的 DDR 存儲器接口供用戶進行擴展。該系列集性能、能效、集成度和價值等優勢于一身,允許設計師在眾多新型嵌入式視覺及音頻應用領域集成 16 位和 32 位處理能力,包括工業成像、樓宇控制以及便攜式和汽車音頻等。


德州儀器——TDA SoC

 


圖片來源:德州儀器官網


TI 在 ADAS 處理芯片上的產品線主要是 TDAx 系列,目前有 TDA2x、TDA3x、TDA2Eco 等三款芯片。


TDA2x 于 2013 年 10 月發布,主要面向中到中高級市場,配置了 2 顆 ARM Cortex-A15 內核與 4 顆 Cortex-M4 內核、2 顆 TI 定浮點 C66xDSP 內核、4 顆 EVE 視覺加速器核心,以及雙核 3DGPU。TDA2x 主要是前置攝像頭信息處理,包括車道報警、防撞檢測、自適應巡航以及自動泊車系統等,也可以出來多傳感器融合數據。


TDA3x 于 2014 年 10 月發布,主要面向中到中低級市場。其縮減了包括雙核 A15 及 SGX544GPU,保留 C66xDSP 及 EVE 視覺加速器核心。從功能上看,TDA3x 主要應用在后置攝像頭、2D 或 2.5D 環視等。


TDA2Eco 是 2015 年發布的另一款面向中低級市場的 ADAS 處理器,相比于 TDA2x,TDA2Eco 去掉了 EVE 加速器,保留了一顆 Cortex-A15、4 顆 Cortex-M4、DSP、GPU 等內核。TDA2Eco 支持高清 3D 全景環視,由于 TDA3x 主要應用于 2D 或 2.5D 環視,所以 TDA2Eco 填補了中低級市場對于高清 3D 全景環視應用的需求。


瑞薩——R-Car

 


圖片來源:瑞薩官網


瑞薩在 2017 年 4 月發布了一個 ADAS 及自動駕駛平臺 Renesas Autonomy,主打開放策略,目的在于吸引更多一級供應商以擴大生態系統。同時發布的還有 R-CarV3M SoC,該芯片配有 2 顆 ARM CortexA53、雙 CortexR7 鎖步內核和 1 個集成 ISP,可滿足符合 ASIL-C 級別功能安全的硬件要求,能夠在智能攝像頭、全景環視系統和雷達等多項 ADAS 應用中進行擴展。


除了 R-Car 系列產品外,瑞薩還擁有針對雷達傳感器的專業處理器芯片,如 RH850/V1R-M 系列,該產品采用 40nm 內嵌 eFlash 技術,優化的 DSP 能快速的進行 FFT 的處理。


恩智浦——BlueBox

 


圖片(S32V234 Block Diagram)來源:恩智浦官網


S32V234 是 NXP 的 S32V 系列產品中 2015 年推出的 ADAS 處理芯片,在 BlueBox 平臺上負責視覺數據處理、多傳感器融合數據處理以及機器學習。這款芯片擁有 CPU(4 顆 ARM CortexA53 和 1 顆 M4)、3D GPU(GC3000)和視覺加速單元(2 顆 APEX-2vision accelerator),能同時支持 4 路攝像頭,GPU 能實時 3D 建模,計算能力為 50GFLOPs。同時,S32V234 芯片預留了支持毫米波雷達、激光雷達、超聲波的接口,可實現多傳感器數據融合,最高可支持 ISO26262 ASIL-C 標準。


恩智浦還有一款專門的雷達信息處理芯片 MPC577XK。這是一款面向 ADAS 應用的 Qorivva32 位 MCU,基于 Power 架構,能夠支持自適應巡航控制、智能大燈控制、車道偏離警告和盲點探測等應用。


總結語


目前 ADAS 市場滲透率不高,正處在高速發展階段的 ADAS 市場需求量大。這幾年我們也看到許多新的玩家進入這個領域,其中不乏國內的一些企業,比如地平線、寒武紀、四維圖新、森國科等。新的機遇也意味著新的挑戰,對于國內企業來說,政策利好是一大優勢,但是技術革新才是最終出路。

 

 

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