高级驾驶辅助系统与自动
驾驶的发展与方案
随着半导体与人工智能技术的快速发展，高级驾驶辅助系统（ADAS）已经成为许多汽车的标准配备，而无人自动驾驶也逐渐走上台面，成为未来汽车发展的重点。这些巧妙的技术采用摄像头、雷达、传感器和软件，来帮助驾驶员自动检测危险，甚至在需要时控制车辆，减少了车祸的发生。本文将为您介绍ADAS与自动驾驶的发展，以及相关的产品与解决方案。
高级驾驶辅助系统
减少人为失误造成的车祸
高级驾驶辅助系统（ADAS）是一种数字技术，这套复杂的系统可执行各种计算机视觉功能，可以帮助驾驶员进行基本的停车和导航，是智能安全驾驶的未来。ADAS可包含多种子系统，从自适应巡航控制到自动停车系统，ADAS旨在防止人为失误造成的事故，而当今90%以上的碰撞事故都是由人为失误造成的。
最先进的ADAS安全技术系统可自动化和增强与驾驶相关的许多功能，以提高安全性和保障驾驶操作。这些子系统主要可分为两类，包括用于提高驾驶员意识的被动ADAS系统，例如车道偏离警告系统、盲点检测等，以及主动ADAS系统，例如自动紧急制动（AEB）、自适应巡航控制（ACC）、车道保持辅助（LKA）、车道居中（LC）等。
ADAS可协助驾驶员感知交通状况，并可分析和理解驾驶行为，以及通过预测性技术结合云计算、边缘计算、传感器数据收集和分析，提早通知驾驶员任何可能发生的汽车问题，以警告用户进行维护并确保安全。
ADAS采用的传感器与软件技术
ADAS采用许多传感器来提高车辆安全性并提供广泛的自动驾驶功能，其中包括常用的四种传感器类型。首先是摄像头传感器，这种基于摄像头的解决方案成本较低，已成为ADAS最常见的传感器技术。其次则是毫米波雷达传感器，会产生无线电波计算物体与波之间的距离，最典型的是作为防撞系统的一部分。第三种则是激光雷达传感器（LiDAR），使用激光来检测距离，也可以检测人员和地理异常情况。第四种则是超声波，主要用途是停车辅助和自动停车系统。
除了传感器之外，软件的部分也相当重要，包括人机界面（HMI）用于改善驾驶员与车辆自动化系统的连接。此外，人工智能（AI）技术也用于辨别道路上的各种车辆、行人，以及在紧急状况时介入操控车辆，扮演着相当重要的角色。
ADAS和自动驾驶则是两种独立的技术，ADAS旨在提高整体驾驶安全性的一系列技术的集合，而自动驾驶则是指车辆能够在没有人类参与的情况下自行驾驶。不过，需要强调的是，ADAS并不能取代驾驶员，ADAS技术的使用主要在于提高道路安全，尽管车内配备了更多便利设施和娱乐设施，但驾驶员仍必须专注于驾驶车辆。
关键的ADAS智能传感器
与应用处理器
ADAS牵涉到的系统与元器件相当多样，以下仅为您介绍一部分重要的产品供您参考。
首先，由英飞凌（Infineon）推出的XENSIV™ BGT60ATR24C是一款汽车等级的60 GHz雷达传感器，可在小型封装中实现超宽带调频连续波（FMCW）雷达操作，支持4GHz带宽与2个TX及4个RX频道，传感器通过数字接口实现配置和数据采集，具有用于独立操作的整合状态机，可通过电源模式优化实现独立数据采集，以实现最低功耗，并符合AEC-Q100/101标准。
这款可用于手势识别的新型智能传感器包含多个模块，包括射频（RF）前端、模拟基带（ABB）、模数转换器（ADC）、锁相环（PLL）、存储器（例如FIFO）、串行外设接口（SPI），BGT60ATR24C在单个芯片组中提供了高度的集成。
BGT60ATR24C的核心功能是通过发射通道（TX）发射FMCW信号，并在四个接收通道（RX）上接收来自目标物体的回波信号。每个接收器路径都包括基带滤波、电压增益放大器（VGA）以及ADC。数字化输出存储在FIFO中。数据传输到外部主机、微控制器单元（MCU）或应用处理器（AP），以运行雷达信号处理。
目前英飞凌的新型智能传感器已经应用在采用Cadence Vision P6 DSP的MulticoreWare舱内雷达传感之中。舱内雷达传感可监测乘客是否在座与其健康状态，它尤其擅长监测乘客的生命体征和跟踪心率，还包括在汽车锁止时检测儿童存在与否等关键功能。此外，该系统还提供入侵警报，可增强车辆的整体安全性。
此外，恩智浦（NXP）推出的i.MX 95应用处理器，可为汽车带来高效、安全的人工智能处理能力，恩智浦的新型i.MX 95旨在通过符合ASIL-B和SIL2安全标准的灵活异构计算域，来处理智能边缘应用（包括汽车）中的混合关键性功能，该处理器为电子座舱（eCokpit）和连接域提供安全高效的AI处理能力。
恩智浦的i.MX 95系列应用处理器，结合多核高性能计算、沉浸式3D图形、集成式恩智浦eIQ® Neutron神经处理单元（NPU），可实现机器学习和先进边缘应用，其应用领域涵盖汽车、工业和物联网。
在防碰撞应用上，OEM和一级供应商现在可以更轻松地获取价格合理且性能可靠的成像雷达传感器技术。恩智浦推出了一套专用的芯片组，包括16nm FinFETS32R41汽车成像雷达处理器和TEF82xx RFCMOS收发器，采用双级级联配置。
恩智浦雷达芯片组的4D成像雷达传感器，拥有高性价比、高性能，具有48个信道，能支持实现1度的方位角分辨率、2度的仰角分辨率，最大370米的汽车检测距离，以及最大130米的无轮辋轮胎检测距离。
自动驾驶技术成为新世代
汽车发展的重要技术
自动驾驶技术俨然已经成为新世代汽车发展的重要技术，其中包括特斯拉等公司，已经推出了相当先进的自动驾驶辅助系统。其中基于激光雷达（LiDAR）传感器的ADAS是自动驾驶汽车最具创新性和高效的技术。与基于视觉和雷达的系统一起，LiDAR系统可在ADAS中提供高精度的物体检测和识别。毫米波雷达、激光雷达和基于视觉的系统的结合，可以非常有效地创造安全的自动驾驶体验。
LiDAR传感器可发射不可见激光来扫描和检测传感器附近或远处的物体，并在显示屏上创建物体和周围环境的3D地图。在激光雷达技术的汽车应用中，大多数激光雷达传感器安装在车辆的顶部。激光雷达传感器持续旋转并每秒产生数千个激光脉冲。这些来自LiDAR的高速激光束在车辆360度周围连续发射，并被路上的物体反射。通过使用复杂的机器学习算法，将此活动接收到的数据被转换为实时3D图形，这些图形通常显示为周围物体的3D图像或3D地图。
eInfochips是艾睿电子旗下的子公司，作为汽车工程服务和解决方案提供商，帮助汽车公司通过基于视觉、雷达和激光雷达的传感器设计和开发ADAS系统。在2024年嵌入式世界（#ew24）展会上，eInfochips展示了一款自主移动机器人（AMR），能够在各点之间导航，同时避开动态障碍物。它配备了先进技术，包括飞行时间（ToF）传感器、成像传感器、惯性测量单元（IMU），并由NVIDIA主处理器提供支持，电机控制和电源管理（包括电池）则由ADI的器件处理，展示了复杂的设计。
摄像头模块也是自动驾驶应用不可或缺的元器件，由D3工程公司推出的DesignCore®摄像头系列，相当适合对于要求最高安全性和精度的嵌入式视觉应用，可利用D3现成相机进行快速原型设计，并为客户的生产系统定制设计。D3的高性能摄像头产品组合包括新的DesignCore® Discovery、Velocity和Chroma系列，每个摄像头都经过重新设计，以最大限度地提高图像质量，除了通过更高的分辨率和更宽的光圈改善信号的光学器件外，还针对开箱即用的人工智能进行了优化调整。
由安森美（onsemi）推出的AR0234CS也相当适用于自动驾驶应用，这是一款带全局快门的1/2.6英寸2.3Mp CMOS数字图像传感器，有源像素阵列为1920 (H) x 1200 (V)。它采用了一种创新的全局快门像素设计，以每秒120帧的全分辨率准确而快速地捕捉移动场景。该传感器在微光和明亮的场景中都能产生清晰、低噪声的图像。AR0234CS以业界领先的全局快门效率产出极为清晰、锐利的数字图片，它既能捕获连续视频，又能捕获单帧，这使它成为自动驾驶应用的完美选择。
虽然自动驾驶技术仍需要更多时间来证明，但随着边缘计算能力的持续提升，自动驾驶技术的成熟将为期不远。在此之前，自主移动机器人（AMR）则将继续帮助市场准备更强大的人工智能算法，然后再应用于道路上的乘用车。
随着移动机器人出货量激增，以满足寻求运营效率的行业不断增长的需求，NVIDIA正在推出一个新平台来支持下一代AMR应用。NVIDIA通过Isaac AMR为移动机器人带来先进的自主性，其具有先进的地图绘制、自主性和模拟功能，是一个用于模拟、验证、部署、优化和管理自主移动机器人的平台。它包括从边缘到云的软件服务、计算，以及一组参考传感器和机器人硬件，以加速AMR的开发和部署，从而降低成本并缩短上市时间。
结语
高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶技术的不断发展，正引领我们进入一个全新的交通时代。随着技术的日益成熟，ADAS为我们提供了更安全、更便捷的驾驶体验，同时为实现完全自动驾驶奠定了基础。尽管全面自动驾驶面临诸多挑战，包括技术复杂性、法律和伦理问题，但不可否认的是，这一领域的创新和进步正在迅速推进。限于篇幅，本文介绍的解决方案仅只是相关应用的一小部分，若想了解更多相关的ADAS系统设计方法与元器件议题，请直接与艾睿电子联系。
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