融合傳感器數(shù)據(jù)的駕駛輔助系統(tǒng)（DAS）
加入技術(shù)交流群
圖像合成
駕駛輔助系統(tǒng)（DAS）正得到越來越廣泛的應(yīng)用。無論是正在開發(fā)中的，還是已經(jīng)量產(chǎn)的，最新的DAS系統(tǒng)可以幫助駕駛者更好地根據(jù)當(dāng)時(shí)的路況來控制車輛。車載傳感器可以探測車輛周圍的環(huán)境，包括車道、障礙物，以及道路上的其他車輛。更先進(jìn)的車載技術(shù)甚至可以通過安裝在其他車輛上的遠(yuǎn)程傳感器，以及道路兩旁的基礎(chǔ)設(shè)施來接收信息。
一般的車輛傳感器通常只有某個(gè)特定用途。例如，雷達(dá)用于物體探測，超聲波傳感器用于停車監(jiān)測，攝像頭用于車道監(jiān)測，每一個(gè)傳感器只能提供環(huán)境的一部分信息。復(fù)雜的傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)結(jié)合了來自不同信息源的數(shù)據(jù)，從而形成一套全面的環(huán)境信息。傳感器數(shù)據(jù)融合的優(yōu)點(diǎn)包括：
1．提高測量精度，包括提高準(zhǔn)確度、精密度、可靠性、降低錯(cuò)誤/缺失檢測率，并降低測量噪聲；
2．?dāng)U大測量范圍，例如，結(jié)合具有不同測量范圍的傳感器；
3．提高傳感器探測車輛周圍環(huán)境的魯棒性；
4．通過傳感器協(xié)同作用獲得的額外數(shù)據(jù)，例如：一個(gè)傳感器用來測量車輛與物體間的距離，另一個(gè)傳感器用來測量相對速度，把兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，就可以獲得車輛的抵達(dá)時(shí)間。
傳感器數(shù)據(jù)融合需要高的處理速度和內(nèi)存配置。通過更高規(guī)格的處理器、高效算法在軟件和硬件中的運(yùn)用，以及新的電路技術(shù)，電子儲存和處理能力都得到了提高，這意味著可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。本文將介紹部分傳感器的協(xié)同作用。
雷達(dá)傳感器
用于汽車行業(yè)的雷達(dá)，根據(jù)其探測距離的不同可分為遠(yuǎn)程、中程和短程三大類。TRW專注于遠(yuǎn)程和中程雷達(dá)的研發(fā)，用于物體分類和路面信息探測。
1．遠(yuǎn)程雷達(dá)（76～77GHz）
汽車遠(yuǎn)程雷達(dá)的頻率是76～77GHz，通常用來測量目標(biāo)區(qū)域、相對速度和角位置。最大探測距離通常在180～250m之間，水平視野范圍是12°左右（而16～18°正成為新的標(biāo)準(zhǔn)）。
TRW下一代遠(yuǎn)程雷達(dá)具有一個(gè)卡塞格倫天線，可以擴(kuò)大視野范圍，還有一個(gè)調(diào)頻、頻移鍵控調(diào)控技術(shù)（FMFSK）。該產(chǎn)品可用于碰撞預(yù)警系統(tǒng)，以加強(qiáng)對靜止障礙物的探測。
2．中程雷達(dá)（24GHz）
TRW開發(fā)的24GHz中程雷達(dá)，最大探測距離達(dá)150m，有效控制距離100m，而且水平視野非常寬。該產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)行了成本優(yōu)化，確保其可以應(yīng)用到更多不同級別的車輛上。
該雷達(dá)還可以應(yīng)用到碰撞預(yù)警系統(tǒng)、側(cè)向“車道偏離輔助”和“盲點(diǎn)監(jiān)測”系統(tǒng)中（注：24GHz雷達(dá)不受歐盟超寬帶立法限制，該立法將于2013年生效，影響范圍是工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療頻段）。
3．視覺系統(tǒng)
視覺系統(tǒng)通常包含了攝像頭、圖像處理硬件，以及數(shù)據(jù)傳輸方法。攝像頭用來捕捉可見光圖像，從中提取“特征”。
視頻圖像處理是典型的計(jì)算密集型技術(shù)。然而，汽車功能的執(zhí)行需要通過強(qiáng)大的處理電子的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)，廣泛應(yīng)用的低成本照相機(jī)使得攝像系統(tǒng)的成本效益成為可能。TRW的車道監(jiān)測就是這樣一個(gè)系統(tǒng)，通過識別道路標(biāo)識（例如：外車道上的人行道邊線、分隔迎面駛來的車輛的柵欄），來推斷車輛的位置、行駛方向，以及道路的彎曲度。這些信息用來警醒駕駛者發(fā)生車道偏離的可能，方式有聲頻警告（如蜂鳴）、視覺提示和觸覺反饋（如可震動(dòng)的方向盤）。
汽車傳感器數(shù)據(jù)融合案例
充分利用數(shù)據(jù)融合的前置雷達(dá)和視覺系統(tǒng)，如今已經(jīng)運(yùn)用到量產(chǎn)車上。盡管在下文中沒有明確說明，但其他幾種傳感器，如輪速傳感器、偏航率傳感器和橫向加速度傳感器，也能進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。
1．車道偏離輔助
車道偏離輔助需要探測車輛周圍的環(huán)境，僅靠一個(gè)傳感器來探測附近所有車輛的信息是不切實(shí)際的，因此需要一組傳感器來覆蓋所需的探測范圍。TRW Conekt（TRW工程服務(wù)機(jī)構(gòu)）在德國曼（MAN）商用車公司的一輛26t商用車上安裝了一組傳感器，用來參與德國汽車工業(yè)與道路研發(fā)項(xiàng)目INVENT。INVENT項(xiàng)目的目的是進(jìn)行道路交通研究，以改進(jìn)交通流并減少事故。這組傳感器由兩個(gè)TRW的77GHz雷達(dá)傳感器、三個(gè)第三方24GHz傳感器以及一個(gè)TRW車道攝像頭監(jiān)測系統(tǒng)組成（見圖1）。
圖1 通過傳感器數(shù)據(jù)的融合來為車道偏離提供輔助
2．車道監(jiān)測數(shù)據(jù)
ACC系統(tǒng)可以獲知主車是否與前方豐輛處于同一車道上。如果是，則主車的車速可能會(huì)放緩，以保持系統(tǒng)所設(shè)定的間距。系統(tǒng)可利用來自攝像頭系統(tǒng)的車道監(jiān)測數(shù)據(jù)，給道路上的其他車輛定位，從而決定主車是否保持與其他車輛的間距（見圖3）。
為了支持ACC系統(tǒng)的停-啟功能（也稱交通擁堵輔助功能），必須擴(kuò)大車輛附近區(qū)域的物體監(jiān)測范圍。如圖4所示，這可以通過一個(gè)遠(yuǎn)程雷達(dá)和一個(gè)具有寬闊視野的短程雷達(dá)的融合來實(shí)現(xiàn)。部分供應(yīng)商通過使用短程雷達(dá)＋遠(yuǎn)程雷達(dá)，或中程雷達(dá)＋遠(yuǎn)程雷達(dá)來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，但TRW的策略是通過結(jié)合雷達(dá)和視頻傳感器來實(shí)現(xiàn)。
4．物體探測
TRW的雷達(dá)傳感器可用于精確的范圍測量和視覺系統(tǒng)的角測量。通過融合技術(shù)把這些可互補(bǔ)的測量方法結(jié)合起來。這相比于單個(gè)傳感器的工作，能夠更精確地給目標(biāo)物體定位。圖5展示了TRW技術(shù)如何把雷達(dá)和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，給前方車輛準(zhǔn)確定位。車輛定位可用于碰撞預(yù)警和自動(dòng)緊急制動(dòng)。兩個(gè)傳感器獨(dú)立工作，以確認(rèn)物體的存在。
5．GNSS定位
ACC系統(tǒng)也可使用來自于車載導(dǎo)航系統(tǒng)的信息。車載導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合了車載地圖和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）定位。然而，GNSS定位的精確性和有效性有時(shí)會(huì)比較差，尤其是在建筑物覆蓋區(qū)。
若想提高車輛相對于車道的橫向位置精度，可以把來自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)與攝像頭車道監(jiān)測系統(tǒng)的信息進(jìn)行融合。橫向和縱向定位精度都可進(jìn)一步提高，方法是匹配和比較視頻圖像特征及GNSS地圖特征。這只是DAS利用基礎(chǔ)設(shè)施信息系統(tǒng)
評論