汽車安全趨勢(shì)―消除盲區(qū)的設(shè)計(jì)考慮

摘要：本文介探討了汽車的安全趨勢(shì)，以及消除盲區(qū)的設(shè)計(jì)考慮，諸如后視和攝像頭組合，獲得鷹眼視野等。

從防抱死制動(dòng)系統(tǒng)到安全氣囊，汽車安全的重要性多年來(lái)一直是大量重要?jiǎng)?chuàng)新背后的原動(dòng)力。德國(guó)汽車制造商率先利用了許多最先進(jìn)的技術(shù)來(lái)改進(jìn)對(duì)駕駛員安全保護(hù)和整體駕駛體驗(yàn)。例如，僅在過(guò)去二十年間，德國(guó)汽車就率先提供了主動(dòng)車道保持輔助、變道輔助、起停和制動(dòng)輔助等功能。其中，車道保持輔助系統(tǒng)通過(guò)振動(dòng)方向盤(pán)提醒駕駛員汽車偏離了車道。變道輔助系統(tǒng)是基于雷達(dá)的系統(tǒng)，可提醒駕駛員有汽車進(jìn)入盲區(qū)，以幫助進(jìn)行安全變道。起停和制動(dòng)輔助是巡航控制的延伸，通過(guò)在瀕臨碰撞前快速施加制動(dòng)來(lái)減小追尾碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。

這些功能逐漸變得更加復(fù)雜和普遍，特別是隨著安全攝像頭在汽車上的使用、消除了駕駛員的盲區(qū)的情況下。

設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)

在后視和其他攝像頭逐漸成為主流的過(guò)程中，成本和可靠性是汽車制造商面臨的兩個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮因素。系統(tǒng)成本的兩個(gè)要素是攝像頭和顯示器。初始實(shí)現(xiàn)利用了安裝在后視鏡中的低成本顯示器。隨著導(dǎo)航單元和儀表盤(pán)中的顯示器 (in-dash display) 變得更加常見(jiàn)，它們也被用于顯示后視攝像頭影像。原始設(shè)計(jì)想通過(guò)負(fù)責(zé)管理信息娛樂(lè)子系統(tǒng)的核心處理器來(lái)運(yùn)行該視頻。但這些復(fù)雜的系統(tǒng)芯片 (SoC) 帶來(lái)了可靠性問(wèn)題，由于啟動(dòng)過(guò)慢，它們無(wú)法在汽車一點(diǎn)火后就及時(shí)向駕駛員提供后視攝像頭影像。

另一個(gè)選擇(特別是在這些SoC上的負(fù)載繼續(xù)增加時(shí))是利用類似于“硬件實(shí)現(xiàn)的”視頻解碼器和LCD控制器解決方案來(lái)繞過(guò)SoC，將倒車影像幾乎立即傳送至顯示器(圖1)，以確保在不到500ms內(nèi)的可靠傳送。

該方案使系統(tǒng)能夠檢測(cè)鎖定情況并在需要時(shí)繞過(guò)SoC。硬件旁路提供了所有主要整車廠都要求的通信健全性和可靠性。

目前的系統(tǒng)架構(gòu)師面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，大多數(shù)數(shù)字SoC沒(méi)有足夠多的端口來(lái)接受現(xiàn)代汽車要求的越來(lái)越多的視頻輸入。因此，雖然它們擁有處理該數(shù)據(jù)的能力——盡管并不總是那么可靠，但無(wú)法立即把來(lái)自多個(gè)輸入的數(shù)據(jù)傳送到器件。答案是通過(guò)一條數(shù)據(jù)總線來(lái)一起交錯(cuò)傳送這些信號(hào)，而且該總線只需要一個(gè)連接應(yīng)用處理器的視頻接口。SoC因此能夠解復(fù)合(demux)和處理多個(gè)不同的視頻流。隨著時(shí)間的推移，交錯(cuò)傳送的視頻流的數(shù)量將會(huì)增加，從而支持更多視頻輸入。交錯(cuò)傳送數(shù)字輸出方案使用的多通道模擬視頻解碼器騰出了SoC上的寶貴引腳，而這是一個(gè)重要設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)。

另外還有成本優(yōu)勢(shì)。由于每個(gè)汽車上有多達(dá)8個(gè)攝像頭，所以成本成為這些安全功能進(jìn)入更多中低端車的一個(gè)重要因素。需要更復(fù)雜和昂貴的處理及接線的高清攝像頭，對(duì)這些汽車來(lái)說(shuō)并非經(jīng)濟(jì)有效的選擇。反之，模擬技術(shù)是全功能的，并能以低得多的實(shí)施成本提供可靠性優(yōu)勢(shì)。

獲得鷹眼視野

現(xiàn)在，汽車制造商已不再爭(zhēng)論后視攝像頭是否有用，大多數(shù)制造商正大踏步邁進(jìn)，欲使全景環(huán)視功能成為許多車型的標(biāo)準(zhǔn)安全功能。

全景環(huán)視監(jiān)控系統(tǒng)(亦稱全景環(huán)視監(jiān)控器)可處理來(lái)自四個(gè)車載攝像頭的視頻，然后將四幅圖像合并為鷹眼俯視圖，如同汽車正上方有個(gè)攝像頭一樣。該監(jiān)控器可幫助駕駛員從視覺(jué)上確認(rèn)汽車相對(duì)于周圍物體的位置，以方便其機(jī)動(dòng)操作和停車。據(jù)Infinity Research的研究，僅全景環(huán)視監(jiān)控器一項(xiàng)應(yīng)用在2018年前的復(fù)合增長(zhǎng)率就達(dá)到33%。

實(shí)施該應(yīng)用的成本效益已經(jīng)提高，并可通過(guò)專為全景環(huán)視泊車輔助應(yīng)用開(kāi)發(fā)的新型多通道視頻解碼器技術(shù)提供大量的可靠性好處。集成始終是個(gè)關(guān)鍵推動(dòng)因素，最新解決方案通過(guò)集成四個(gè)高質(zhì)量NTSC/PAL模擬視頻解碼器與10-bit模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 來(lái)同時(shí)支持四個(gè)獨(dú)立模擬攝像頭輸入(圖2)。靈活的數(shù)字輸出接口可將圖像發(fā)送至處理器，隨后由處理器將四幅圖像合并為一個(gè)全景環(huán)視畫(huà)面。片上模擬視頻解碼器能夠?qū)⒑铣梢曨l作為標(biāo)準(zhǔn)模擬復(fù)合信號(hào)傳送至汽車音響本體顯示器。直接接收差分模擬視頻輸入的能力，避免了在每個(gè)輸入通道上配置一個(gè)外圍功率放大器，進(jìn)一步減少了元件數(shù)目。這一高集成度有助于簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和最大限度減小解決方案尺寸，以節(jié)省寶貴的電路板空間和降低總系統(tǒng)成本，這是使該功能得到普及的一個(gè)關(guān)鍵因素。

靈活性也很重要。由于可能采用各種實(shí)現(xiàn)方法，這些新的四通道視頻解碼器現(xiàn)在可提供數(shù)字輸出接口，來(lái)支持多種配置，包括通過(guò)四條27MHz 8-bit總線提供標(biāo)準(zhǔn)ITU-R BT.656格式輸出;通過(guò)一條54MHz 8-bit總線發(fā)送雙通道視頻的時(shí)分復(fù)用字節(jié)交錯(cuò)輸出;或者通過(guò)一條108MHz 8-bit總線發(fā)送四通道視頻的時(shí)分復(fù)用字節(jié)交錯(cuò)輸出。這使系統(tǒng)工程師能夠設(shè)計(jì)用于不同車型的大量功能變體，而無(wú)需進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)工程師還應(yīng)注意有些視頻解碼器和編碼器具有更適合監(jiān)控系統(tǒng)而非汽車應(yīng)用的功能，因?yàn)樗鼈儧](méi)有關(guān)鍵的論斷功能，如對(duì)電池短路和對(duì)地短路，而這些功能可進(jìn)一步提升可靠性，并確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師無(wú)需為其不需要的功能花錢(qián)。

未來(lái)趨勢(shì)

安全性在過(guò)去十年已成為一個(gè)重要區(qū)別因素——碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的容易獲得和避免小磕碰及嚴(yán)重事故的能力已成為消費(fèi)者選擇汽車時(shí)的重要考慮因素。這已改變了汽車制造商宣傳這些新功能的方式。由于消費(fèi)者準(zhǔn)備為安全花錢(qián)，所以諸如盲區(qū)監(jiān)控器和車道偏離警告等功能，使得擁有中央LCD和信息娛樂(lè)系統(tǒng)比通過(guò)升級(jí)來(lái)獲得更好的無(wú)線電或?qū)Ш较到y(tǒng)變得更有吸引力?；A(chǔ)車型的附加高檔功能日益集中于幫助實(shí)現(xiàn)更佳的視野和安全性，并且事實(shí)證明在經(jīng)濟(jì)上對(duì)汽車制造商也是更好的選擇。

隨著安全功能實(shí)施成本使其有可能在更多主流車型上實(shí)現(xiàn)，還有更多進(jìn)展將會(huì)到來(lái)。越來(lái)越多的視頻將被用于提供諸如夜視和自動(dòng)增亮和變暗功能來(lái)改善可視性，例如，擋風(fēng)玻璃將成為顯示診斷數(shù)據(jù)的又一個(gè)顯示器。提供可靠、易于集成和經(jīng)濟(jì)有效的視頻解決方案將成為下一代ADAS功能的關(guān)鍵推動(dòng)因素，這將增加對(duì)駕駛員的安全保護(hù)并最終增加消費(fèi)者對(duì)新車的需求。