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浅谈自动驾驶技术之ADAS(下)

自动驾驶明杨 4浏览 2022-04-14 IP属地: 未知
   ADAS是Advanced Driving Assistance System的简称。中文名叫做高级驾驶辅助系统。目前市面上把它分为17种子系统,上两期我们只说了前面的十一种,今天我们接着说说后面的六种。

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12.自动泊车系统(Automatic parking)  
       自动泊车系统就是不用人工干预,自动停车入位的系统。可以使汽车自动地以正确的停靠位泊车,该系统包括一个环境数据采集系统、一个中央处理器和一个车辆策略控制系统。上述的环境数据采集系统一般包括图像采集系统和车载距离探测系统(通过超声波雷达或者毫米波雷达系统)
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       根据汽车行业协会相关数据统计,市面上已量产的泊车辅助系统主要有三类。最为常见的第一代叫做APA自动泊车,后来出现与手机结合使用的第二代叫RPA远程遥控泊车,最后是较为先进的第三代叫做自学习泊车。在不远的未来将会出现更为先进的泊车解决方案——AVP代客泊车,也就是还没有量产的第四代泊车辅助系统。

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      不同的自动泊车系统采用不同的配置来检测汽车周围的物体,有些在汽车前后保险杠四周装上了感应器,既可以当做发送器,又可以当做接收器。这些感应器会发送信号,当信号碰到车身周边的障碍物时会反射回来。然后,车上的计算机会利用其接收信号需要的时间确定障碍物的具体位置。

        一些系统则使用安装在保险杠上的摄像头或雷达来检测障碍物。但最终结果都是一样的,汽车会检测到已停好的车辆、停车位的大小以及与路边的距离,然后自动驶入停车位。不过环境条件对车位测量和停车入位过程有一定的影响,例如树叶、废弃物或者冰雪盖住路沿时,驻车转向辅助系统可能很难识别路沿。

      在汽车智能化的浪潮中,车载传感器发展迅速,越来越多搭载了先进传感器的汽车进入了我们的视野。比如能够在高速公路上实现单车道巡航的凯迪拉克CT6,以及交通严重拥堵时解放驾驶员时间的奥迪A8,以及能够轻松实现高速公路自动驾驶、上下匝道的特斯拉Model系列的车型。

      大众对自动驾驶的认识主要集中在高速、环路,解决的是“开车”的问题。其实自动驾驶技术除了能开得一手好车外,还可以帮助解决新老司机都比较头痛的停车问题。泊车辅助系统目前已经发展至第三代,从最开始的驾驶员必须在车内配合挂挡完成泊车,发展到驾驶员可以站在车外5米使用手机控制泊车,最后到汽车自己学习泊车路线,完成固定停车位或自家车库的泊车。

     下面,我就来盘点一下已经成熟的这三代泊车辅助系统的传感器配置以及典型的应用场景,随后我会对将在一两年内量产的第四代泊车辅助系统做一个简单说明。

泊车辅助一代:APA自动泊车APA(Auto Parking Asist)
     自动泊车是生活中最常见的泊车辅助系统。泊车辅助系统在汽车低速巡航时,使用超声波雷达感知周围环境,帮助驾驶员找到尺寸合适的空车位,并在驾驶员发送泊车指令后,将汽车泊入车位。
    APA自动泊车所以依赖的传感器并不复杂,包括8个安装于汽车前、后的UPA超声波雷达,也就是大家常说的“倒车雷达”,和4个安装于汽车两侧的APA超声波雷达,雷达的感知范围如下图所示


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      APA超声波雷达的探测范围远而窄,常见APA最远探测距离为5米;UPA超声波雷达的探测范围近而宽,常见的UPA探测距离为3米。不同的探测范围决定了他们不同的分工。

      APA超声波雷达的作用是在汽车低速巡航时,完成空库位的寻找和校验工作。如下所示,随着汽车低速行驶过空库位,安装在前侧方的APA超声波雷达的探测距离有一个先变小,再变大,再变小的过程。一旦汽车控制器探测到这个过程,可以根据车速等信息得到库位的宽度以及是否是空库位的信息。后侧方的APA在汽车低速巡航时也会探测到类似的信息,可根据这些信息对空库位进行校验,避免误检。
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      使用APA超声波雷达检测到空库位后,汽车控制器会根据本车的尺寸和车位的大小,规划出一条合理的泊车轨迹,控制方向盘、变速箱和油门踏板进行自动泊车。在泊车过程中,安装在汽车前后的8个UPA会实时感知环境信息,实时修正泊车轨迹,避免碰撞。


泊车辅助二代:RPA远程遥控泊车

     RPA(Remote Parking Asist)远程遥控泊车辅助系统是在APA自动泊车技术的基础之上发展而来的,车载传感器的配置方案与第一代类似。它的诞生解决了停车后难以打开自车车门的尴尬场景,比如在两边都停了车的车位,或在比较狭窄的停车房。RPA远程遥控泊车辅助系统常见于特斯拉、宝马7系、奥迪A8等高端车型中。 


泊车辅助三代:自学习泊车

       在汽车变得越来越聪明后,驾驶员的期望也越来越高。他们希望在大雨天下班时,不用自己冒雨取车,而是用手机发送指令后,汽车能自己启动,泊出车位,并行驶到他们面前。

      市面上的很多高配车型上配备的360°全景影像功能,就是基于以上原理拼接而成的“鸟瞰图”。为了给驾驶员提供更好地泊车体验,工程师在鸟瞰图的基础上做了更多文章,做出了“上帝视角”,我们可以称之为“真·360°高清全景影像系统”,配合车上的大屏使用,效果更佳。如下图所示:

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     自学习泊车辅助系统的核心技术——SLAM(Simultaneous Localization And Mapping,即时定位与地图构建)。SLAM最早应用于军事领域,随后是机器人领域,近两年才被广泛应用到汽车领域。我将用一个非常简单的例子让大家了解SLAM技术。

     基于相机实现的SLAM技术,被称为视觉SLAM。视觉SLAM需要从图像中提取特征信息,再配合视觉里程计的技术建立地图,但基本原理与上述例子大同小异。

自学习泊车的学习过程

     驾驶员在准备停车前,可以在库位不远处,开启“路线学习”功能,随后慢慢将汽车泊入固定车位,系统就会自学习该段行驶和泊车路线。泊车路线一旦学习成功,车辆便可达到“过目不忘”。



泊车辅助四代:AVP自动代客泊车   

      AVP(Automated Valet Parking)自动代客泊车的研发就是为了解决日常工作、生活中停车难的痛点,其主要的应用地点通常是办公楼或者大型商场的地上或地下停车场。
      在5G、传感器技术、基础设施愈发成熟的未来,汽车将会更加智能。在不远的未来,随着自动驾驶技术和国家交通方面法律法规的不断完善,过年回家、长途出差将不再是舟车劳顿,因为我们完全可以把驾驶权移交给车辆,我们在车上可以睡觉,看书,玩手机等。
13 道路交通标志识别系统(Traffic sign recognition)
        可以自动识别车辆行驶过程中交通路段的所有交通标志并向驾驶员发出提示信息。不管是指示标志、警告标志、禁令标志还是指路标志都可以识别。

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采用深度神经网络LeNet架构处理图像,实现交通标志识别。具体处理过程包括:

  • 数据导入

  • 图像采集

  • 图像预处理

  • 图像分割检测

  • 图像特征提取

  • 图像识别


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14 盲点监测系统( Blind spot monitoring system)
        盲点监测系统又叫并线辅助系统,英文简称BSM或者BLIS,有的叫盲点探测系统。是汽车上的一款安全类的高科技配置,主要功能是扫除后视镜盲区,通过微波雷达探测车辆两侧的后视镜盲区中的超车车辆,对驾驶者以提醒,从而避免在变道过程中由于后视镜盲区而发生事故。上市的很多车型都有盲区监测的功能配置。
       由于汽车后视镜存在视觉盲区,变道之前就看不到盲区的车辆,如果盲区内有超车车辆,此时变道就会发生碰撞事故。在大雨天气、大雾天气、夜间光线昏暗,更加难以看清后方车辆,此时变道就面临更大的危险,盲点监测系统就是为了解决后视镜的盲区而产生的。

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        通过在汽车后保险杠内安装两个24GHz雷达传感器,在车辆行驶速度大于10KM/H自动启动,实时向左右3米后方15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。

 15.驾驶疲劳预警系统((Driver Fatigue Monitor System)
      是一种基于驾驶员生理反应特征的驾驶人疲劳监测预警产品,全世界只有美国的Attention Technologies公司推出的DD850,瑞典的SmartEye公司推出的AntiSleep系统已经商用,奔驰、沃尔沃的高端车系以及日本丰田公司在日本销售的13代皇冠也都标配瞌睡报警系统。
      工作原理就是通过视觉传感器对人的眼睑眼球的几何特征和动作特征、眼睛的凝视角度及其动态变化、头部位置和方向的变化等进行实时检测和测量,建立驾驶人眼部头部特征与疲劳状态的关系模型,研究疲劳状态的多参量综合描述方法;同时研究多元信息的快速融合方法,提高疲劳检测的可靠性和准确性,从而研制稳定可靠的驾驶员疲劳监测系统。它检测的方法很多,比如:人脸快速检测方法、疲劳程度检测方法、疲劳驾驶问题检测等等。

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16.下坡辅助系统(Down-hill assist control)简称DAC
    DAC下坡行车辅助控制系统(Down-hill assist control)与发动机制动的道理相同,为了避免制动系统负荷过大,减轻驾驶员负担,下山辅助控制在分动器位于L位置;车速5-25km/h并打开DAC开关的条件下,不踩加速踏板和制动踏板,下山辅助控制系统可以自动把车速控制在适当水平。下山辅助控制系统工作时停车灯会自动点亮。

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     DAC系统的出现能使车辆以恒定低速行驶,防止车轮锁死,同时可以大大降低车辆在坑洼路面下坡时产生的震动,从而确保了行驶的稳定性与提高驾乘舒适性。

17.汽车防盗系统(Car Security System)   
      是指防止汽车本身或车上的物品被盗所设的系统。它由电子控制的遥控器或钥匙、电子控制电路、报警装置和执行机构等组成。最早的汽车门锁是机械式门锁,只是用于汽车行驶时防止车门自动打开而发生意外,只起行车安全作用,不起防盗作用。随着社会的进步、科学技术的发展和汽车保有量的不断增加,后来制造的轿车、货车车门都上装了带钥匙的门锁。这种门锁只控制一个车门,其他车门是靠车内门上的门锁按钮进行开启或锁止。

       汽车防盗系统是通过设备防止车辆本身或者车内部的物品被盗的一种系统。最早的一些防盗系统是由机械组成,就是我们常常看到的防盗锁。而随着科技的发展,防盗配件逐步地转向电子化,如遥控器、蓝牙感应器等。当下更多的汽车防盗系统不仅仅只限制防盗,还有带上汽车定位的功能,以防被盗后定位找回。

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常见的汽车防盗系统一般分为机械式和电子式两大类。

1、机械式——机械式是市面上最早,也是最简单的一种汽车防盗装置。其优点是价格便宜,安装简单;缺点就是防盗不彻底,拆装麻烦,体积大占用空间等。下面的这些机械式比较常见:
转向盘锁:这是大家最为熟悉的防盗装置,也被车主称作"拐杖锁"。以坚固的金属结构锁住汽车操纵部分,使车辆无法行驶。
车轮锁:车轮锁是一种车外的防盗装置,它可以牢固地锁住汽车轮胎,使车轮无法转动来防止车辆被盗。
可拆卸方向盘:顾名思义,就是将方向盘取下,然后把防盗装置的锁帽盖套在转轴上。可就是说即使小偷自带方向盘来偷车也不能用。
离合刹车锁防盗:这是一种将离合或者是制动板锁住并支撑稳,使小偷无法操控而防止车辆被盗。
排挡锁:这是车主们最爱的一种机械式防盗装置,因为此防盗系统简便又坚固,采用特殊高硬度合金钢制造,防撬、防钻、防锯,且独特采用同材质镍银合金锁芯和钥匙,没有原厂配备钥匙,绝无法打开,钥匙丢失后,可使用原厂电脑卡复制钥匙。
2、电子式——这是当下市面上使用最广的一种防盗装置,这种装置优点就是安装方便,有些甚至免安装、体积小隐蔽性强、自动报警、自动设防撤防、定位寻车功能,就以一动网GPS系列为例,它具备以下的功能;
不用安装:操作方便,搁置在车内任何位置都可以。免安装版的优势就在于减少拆线安装可能引发的断油断电等的隐患;
开门即报警:只要车门和后备箱被打开,终端设备立即打警报电话和发送手机信息给车主。在最快的时间里将事故发生率降到最低。相对于传统的汽车定位器而言。唯有汽车开出安全围栏后才会发出报警消息;
自动布撤防:熄火泊车后,当蓝牙感应器相隔汽车约10-20米内自动进入设防状态。若是汽车出现震动,设备即速给车主发出报警信号;
超长待机时间:电池容量50000毫安,一动网CBB-100G2最长待机时间可以达3年之久;
微信平台:应用成熟的微信平台,更加节省手机的内存并保证信息安全。减少了传统的汽车定位器需要安装APP,注册后才能使用等繁琐且毫无信息保护的流程;
查询历史轨迹:回放60天内的行驶轨迹,包含当时的车速、方向、停留时间等信息,也可以根据需要关掉行驶轨迹,让个人隐私得到更好的保护;
精准定位:采用双向定位——GPS和GSM,空旷环境下GPS定位精准度为2米左右。GSM(基站定位系统)模式下,精准度在20-100米之间;
 


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