基于FPGA平臺的駕駛輔助應用加速發(fā)展

眾所周知，在過去50年時間里，安全帶、前置氣囊、安全帶預緊器、防抱死制動(ABS)以及側邊氣囊等汽車安全系統(tǒng)的應用大大降低了汽車事故的傷亡率?，F(xiàn)在，汽車生產商在汽車安全方面付出更多努力，特別是在汽車駕駛輔助系統(tǒng)方面做出了許多創(chuàng)新。駕駛輔助(DA)技術在進一步提高安全性的同時還將帶來革命性的嶄新駕駛體驗。包括工具、IP和芯片在內的FPGA平臺將在實現(xiàn)這一誘人前景的過程中扮演關鍵角色。

賽靈思公司汽車系統(tǒng)架構師和駕駛輔助專家Paul Zoratti表示：“汽車生產商在汽車中集成的駕駛輔助系統(tǒng)可以幫助司機做得更好。駕駛輔助系統(tǒng)能夠以報警等形式為司機提供多種信息，幫助司機在任何情況下做出更準確的選擇，從而使駕駛更安全。”

得益于電子技術的發(fā)展以及OEM廠商在此基礎上的創(chuàng)新，駕駛輔助系統(tǒng)的能力相當強大，而未來的潛力更是令人驚嘆。

關注汽車電子行業(yè)的Semicast公司首席分析師Colin Barnden認為，汽車生產商和一級供貨商以及研究人員對駕駛輔助系統(tǒng)的研究已有幾十年的時間，但只是在過去的10年多時間里，電子系統(tǒng)和設計技術才發(fā)展到足夠高的水平，OEM廠商才欣然接受并將其配置于汽車內。Barnden表示：“駕駛輔助系統(tǒng)在如此短的時間里取得如此大的發(fā)展確實令人感到驚奇。”

目前，OEM廠商及其供應商，甚至零配件電子控制單元(ECU)制造商都正在提供及設計多種駕駛輔助系統(tǒng)(見圖1)。駕駛輔助系統(tǒng)可以幫助司機更快更好地停車，與前車保持安全距離，還可以通知司機他們此前可能無法看到的危險，并幫助他們安全地更換車道。

許多此類系統(tǒng)在幾年前出現(xiàn)時還都是相當簡單的技術。但OEM廠商很快就發(fā)展出更復雜的系統(tǒng)，而現(xiàn)在又在將這些系統(tǒng)集成為“傳感器融合技術”，即融合多種駕駛輔助系統(tǒng)，每個系統(tǒng)獨立工作，但都使用源于相同的共享傳感器的輸出。這樣就可以為司機提供更精確的周邊環(huán)境信息，幫助他們做出更準確的決定，并提供更安全更豐富的駕駛體驗。要實現(xiàn)這些，就需要更強大的高級計算技術。這也是FPGA平臺可以大展身手的地方。

停車系統(tǒng)的快速演化

大約10年前，OEM廠商推出了第一代輔助駕駛系統(tǒng)——倒車輔助系統(tǒng)。倒車輔助系統(tǒng)包括安裝在車尾的一系列傳感器，可通過超聲波或雷達信號測量與車后物體的距離。在司機倒車時，傳感器通常會發(fā)出“嗶嗶”的提醒聲，且提醒聲的頻率會隨著汽車離障礙物距離的縮短而增加。當汽車離障礙物的距離小于四英寸時，提醒聲會變成固定音調的報警音。

Barnden表示：“這一功能非常有用，特別是當駕駛大型車輛(如載貨車)的時候。但這只是最基本的系統(tǒng)，實際上并沒有集成智能功能，所有工作和判斷仍然必須由司機完成。當汽車靠近其他物體時，系統(tǒng)會發(fā)出警報，但最終還得由司機決定是繼續(xù)倒車還是停下來。”

倒車輔助系統(tǒng)是部署最廣泛的系統(tǒng)，也是OEM供貨批量最大的駕駛輔助系統(tǒng)。2007年，汽車生產商在歐洲生產的500萬輛汽車中以及在美國生產的200萬輛汽車中均安裝了倒車輔助系統(tǒng)，全球的總安裝量約為1000萬。也就是說，2007年生產的汽車中大約6輛車中有1輛安裝了倒車輔助系統(tǒng)。“我預計這一數(shù)字在所有地區(qū)還會進一步增長，因為這一功能既有用又簡單，并且還不貴。”Barnden說。

OEM廠商將這一技術向前推進了一步，增加了智能系統(tǒng)從而創(chuàng)造出被稱為停車輔助(Park Assist)的新駕駛輔助系統(tǒng)。安裝在汽車后號牌附近的攝像頭可連接至司機座位前面的導航顯示系統(tǒng)，倒車時，導航系統(tǒng)會自動激活攝像頭，這樣司機就能看到汽車距離后面的物體到底有多近。有些系統(tǒng)還能進行一些基本的圖像識別，并在屏幕上顯示一些可視線索，這樣司機就可以獲得應該何時打輪等信息。

Barnden指出，奔馳和寶馬等OEM廠商在5年前就開始在其最高端的車型中提供停車輔助系統(tǒng)。現(xiàn)在，這一技術更多地出現(xiàn)在更為主流的車型中，特別是 SUV，因為司機很難通過向背后看或從后視鏡中確定車后的障礙。Barnden表示，2007年售出的汽車中配有停車輔助系統(tǒng)的共有100萬輛。

下一代系統(tǒng)則是自動停車，凌志(Lexus)汽車在幾年前就率先在其LS系列豪華車型中安裝了自動停車系統(tǒng)。

在自動停車系統(tǒng)中，幾個近身傳感器(包括超聲波傳感器和攝像頭)遍布車身周圍。當司機倒車時，系統(tǒng)會檢查本車與其它停放車輛之間的距離，并報告空間是否足夠。實際上，系統(tǒng)還可以做更多工作。根據(jù)司機的最終判斷和確定的方向，自動停車系統(tǒng)會完成剩下的所有任務，自動將車停放好。

Barnden表示：“司機只需按動一個按鍵，汽車就會自動停好，這確實令人著迷。也許你認為能夠自動停車的汽車是20或25年以后的事情，但今天的 OEM廠商就已經做到了。”

停車輔助系統(tǒng)能夠全方位地對車身周圍進行測量，并迅速計算每一邊與其它物體的距離。“這個系統(tǒng)能夠了解停車時的操作步驟，是因為設計師已經將停車算法編程入系統(tǒng)中。因此，系統(tǒng)知道應當向哪個方向打輪，相對于后面的車輛應當如何向前移動，以及停車所需的所有參數(shù)。”Barnden補充道。

在這方面，日本的OEM廠商比世界其它地方提前3到5年，但歐洲的汽車生產商也已開始采用停車輔助系統(tǒng)。“這一功能在美國并不普遍，但毫無疑問，它最終也會流行起來。”Barnden表示。最初應用于高端汽車的停車輔助系統(tǒng)正逐漸應用于較小的日本和歐洲汽車，并且在城市中非常流行，因為大城市中很難尋找到寬敞的停車空間。

Barnden認為：“更令人驚奇的是，停車輔助系統(tǒng)非?？煽?，并且特別精確，這令人難以置信。”隨著這一技術越來越常見，司機很可能將會越來越相信停車輔助系統(tǒng)要比自己停車更好。

Barnden解釋道：“如果交給計算機一項相對獨立的任務，那么計算機通常做得比人要好。” 然而，駕駛輔助系統(tǒng)的關鍵特點之一是司機在控制汽車方面具有最終決定權，具有比自動系統(tǒng)更高的優(yōu)先控制權。

汽車巡航控制的快速演化