如何通過傳感器融合技術(shù)提升自動(dòng)駕駛水平

隨著ADAS技術(shù)擴(kuò)展至緊急剎車、前方碰撞警告和避讓以及盲點(diǎn)探測(cè)等時(shí)間敏感型關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域，它可通過結(jié)合來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)提供可靠的決策，從而帶來更安全的自動(dòng)駕駛體驗(yàn)。

使用人工智能輔助攝像頭，可識(shí)別路標(biāo)并讓車輛保持行駛在車道標(biāo)線內(nèi)，它實(shí)現(xiàn)了更加智能與安全的駕駛功能。但是，當(dāng)攝像頭視野和駕駛?cè)藛T視野同樣受到霧氣影響時(shí)，會(huì)發(fā)生什么？

“攝像頭可能在物體識(shí)別方面功能強(qiáng)大，但在惡劣天氣或夜間使用時(shí)效果不佳?！?a class="article-link" target="_blank" href="/manufacturer/1000216/">德州儀器高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)?(ADAS)總經(jīng)理Miro Adzan表示，“而雷達(dá)卻可以在雨雪或薄霧天氣繼續(xù)工作。駕駛輔助系統(tǒng)需要整合多種不同的傳感器，這樣車輛行駛時(shí)才能充分利用這些不同技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。”

憑借不同類型傳感器的優(yōu)勢(shì)，不僅可以在不同條件或應(yīng)用之間進(jìn)行切換，即使是在晴朗的天氣，攝像頭也能更準(zhǔn)確地捕捉到物體的細(xì)節(jié)，而雷達(dá)也會(huì)更準(zhǔn)確地測(cè)量物體的距離。

隨著此類系統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)展至緊急剎車、前方碰撞警告和避讓以及盲點(diǎn)探測(cè)等時(shí)間敏感型關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)計(jì)工程師需要將這些不同的信息來源整合到單一畫面中，從而據(jù)此做出實(shí)時(shí)可靠的決策。

德州儀器Jacinto?處理器的總經(jīng)理Curt Moore表示：“對(duì)于自動(dòng)泊車，您需要結(jié)合來自攝像頭、雷達(dá)的數(shù)據(jù)，有時(shí)還需要超聲波數(shù)據(jù)，這樣便可準(zhǔn)確了解車輛周圍的情況。單獨(dú)使用此類傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都不夠準(zhǔn)確，但如果將它們結(jié)合使用，則可以更準(zhǔn)確地了解您周圍的空間情況。這樣，您可以安全地將車停在更為狹窄的空間內(nèi)?！?/p>

汽車傳感器的普及
現(xiàn)在，高級(jí)安全系統(tǒng)不再只是高端汽車的專利。近 93%在美國生產(chǎn)的汽車都配備了至少一項(xiàng)ADAS功能。到 9 月份，美國 99% 的新車將標(biāo)配自動(dòng)緊急剎車功能。1

這種轉(zhuǎn)變?cè)从趥鞲衅鞯某杀静粩嘟档颓页叽缭絹碓叫?，例如，TI 毫米波雷達(dá)傳感器就將整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)集成到了硬幣大小的芯片中。

Miro表示：“十年前，由于尺寸、成本和復(fù)雜性問題，雷達(dá)主要用于軍事應(yīng)用。而如今，雷達(dá)即將成為汽車的標(biāo)配?！?/p>

雖然經(jīng)濟(jì)適用的傳感器的普及開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域，但也給ADAS工程師帶來了新的挑戰(zhàn)。他們需要設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)所有數(shù)據(jù)流進(jìn)行匯總和有效處理，同時(shí)滿足嚴(yán)苛的性價(jià)比和功耗限制要求。

通信方面的挑戰(zhàn)
在單傳感器ADAS系統(tǒng)中，可在傳感器附近預(yù)處理物體檢測(cè)的數(shù)據(jù)，這樣便可立即使用這些信息。然而，傳感器融合技術(shù)要求將原始的高分辨率數(shù)據(jù)立即傳輸?shù)街醒雴卧M(jìn)行處理，從而形成單一、準(zhǔn)確的環(huán)境模型，幫助車輛避免碰撞。

德州儀器FPD-Link??產(chǎn)品總經(jīng)理Heather Babcock表示：“由于所有數(shù)據(jù)都來自此類傳感器節(jié)點(diǎn)，因此需要確保所有數(shù)據(jù)都進(jìn)行了同步，這樣，車輛能夠感應(yīng)您周圍發(fā)生的狀況并做出關(guān)鍵決策。為了實(shí)時(shí)傳輸同步數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行高帶寬、無壓縮的傳輸，因?yàn)閴嚎s數(shù)據(jù)會(huì)造成延遲。”

我們創(chuàng)建FPD-Link通信協(xié)議的初衷是為了將數(shù)字視頻流從圖形處理器傳輸?shù)綌?shù)字顯示器，如今旨在用簡(jiǎn)單、易于布線的電纜在數(shù)米范圍內(nèi)傳輸大量未壓縮的數(shù)據(jù)。

Heather表示：“您在這一端有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議以及FPD-Link串行器，該串行器配備非常安全且可靠的專有編碼功能，用于轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)流。這與另一端配對(duì)的解串器相匹配，該解串器將數(shù)據(jù)重構(gòu)為原始格式，并通過TI產(chǎn)品組合支持的各種其他接口協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?！?/p>

實(shí)現(xiàn)更有效的決策
一旦這些數(shù)據(jù)到達(dá)中央處理器，通常需要使用計(jì)算密集型信號(hào)處理和深度學(xué)習(xí)算法，將其整合到汽車周圍環(huán)境的統(tǒng)一模型中，所需的電源輸入和熱量輸出也隨之增加。

由于汽車的物理限制，對(duì)電池和冷卻功能基礎(chǔ)設(shè)施的尺寸和重量有嚴(yán)格限制要求，因此ADAS工程師需要專門設(shè)計(jì)處理器，從而盡可能有效地執(zhí)行此類任務(wù)。

德州儀器的?Jacinto處理器結(jié)合了專用的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)和矩陣乘法內(nèi)核，即便在高達(dá)125攝氏度的溫度下，也能以業(yè)內(nèi)超低的可用功率運(yùn)行。

Curt表示：“將DSP和處理器集成到一個(gè)片上系統(tǒng)中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。在單獨(dú)使用的情況下，它們各自都需要獨(dú)立的內(nèi)存和電源，這會(huì)提高系統(tǒng)成本。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是將此類操作集成到一個(gè)芯片，可以減少延遲?！?/p>

除了節(jié)能處理器，德州儀器的汽車級(jí)電源管理集成電路具有用于傳感器融合、前置攝像頭和域控制器的功能安全特性，可提升車輛的整體電源效率和功能。

除了單個(gè)器件外，德州儀器整個(gè)ADAS產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)無縫兼容而創(chuàng)建的，汽車制造商可從整體產(chǎn)品組合中進(jìn)行選擇，該組合可根據(jù)其車輛的需求和價(jià)位進(jìn)行擴(kuò)展。

Miro表示：“我們?cè)谒蠥DAS藍(lán)圖設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都考慮到了車輛所面臨的各種挑戰(zhàn)。這樣，我們的客戶可以更輕松地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。”