汽车技术的未来 智能技术新玩法

7 通常，创新功能首先在高端汽车上作为选项推出，随着成本下降、认知度增加和需求增长而最终大量用在主流汽车上。汽车技术创新的核心是安全性，虽然某些创新仅仅只是为了方便。今天，许多主动安全系统包含了广泛的多学科领域和技术，比如行人检测摄像头、距离测定雷达、路径规划和车对车无线互联网通讯。视觉传感技术在转向与倒车时提供查看车后的后视摄像头系统现已成为主流。到2018年，美国拟强制要求汽车制造商在每一辆新车内安装后视摄像头，制造商早在2014年开始推出配备后视摄像头系统的新汽车。目前的新趋势是环视摄像头系统，采用四到五个广角摄像头，安装在汽车的前部、两侧和后部，提供360度鸟瞰视图或前/后拆分视图。某些更先进的系统甚至可以提供盲点检测和泊车辅助。早在2005年，夜视摄像头就已经配置在奔驰S系列汽车中。现在，E系列汽车也提供这项技术。通常，夜视摄像头使用长距离LED灯，使汽车前方的距离看的更远。当前的夜视摄像头还增加了行人检测，当行人或物体靠近车辆时，在监视器或汽车挡风玻璃显示器(headsupdisplay)上给驾驶员提供警告信息。自动远光车前灯(high-beam)控制是一项新的技术，使驾驶员能够更好地看清道路弯道周围。根据公路损失数据协会(HighwayLossDataInstitute)的调查，通过使用自动调节车前大灯(adaptiveheadlights)，财产损失责任险的索赔下降了10%。对于自动调节车前大灯，摄像头安装在后视镜上，当车辆接近迎面而来的汽车，以及车辆在同一方向行驶中超车时进行检测，并解除远光灯。它可以在近光和远光间切换，但会基于迎面车辆的接近距离而逐渐增大或降低灯光分布。它还可在急转弯时对远光灯进行调暗，然后当转弯完成后，假如没有迎面车辆驶近时，重新启用远光车前灯。其它创新的车辆安全特性包括自适应巡航控制、前部碰撞警报系统、自动紧急制动；行人检测和车道偏离报警也越来越普及。这些特性使用摄像头或摄像头加雷达/激光雷达(Lidar)来监测道路/危险状况，甚至有时辅助驾驶员来自动刹车，以使撞车影响降到最低。因此，自动紧急刹车(AutonomousEmergencyBraking，AEB)系统在新汽车中日益普及。在汽车技术中驾驶员监控是最新的应用，其不断评估驾驶员适合驾驶的能力。在驾驶员监控系统中，使用摄像头来检测瞌睡的驾驶员，并当认为驾驶员疲劳或不清醒时发出视觉或声音警告。驾驶员监控系统需要考虑的其它因素还包括车速、道路状况、加速和减速模式。在不久的将来即可应用到车辆上的最新基于视觉的技术就是用于人车(human-car)界面的手势识别、后视镜/侧视镜替代方案和安全气囊配置。在手势控制中，驾驶员可以与信息娱乐中心或控制面板相连接，无需触摸任何旋钮或显示器。这些功能是非常有用的，通过平视显示器(headsupdisplay)将部分仪表盘投射到驾驶员前方的挡风玻璃上。对于后视镜或侧视镜替代方案，可使用摄像头在汽车显示器上实时显示后方或侧方的状况。至于安全气囊配置，摄像头可以检测方向盘后驾驶员的准确位置，因而万一发生碰撞，安全气囊可以精确配置来保护驾驶员的要害部位。雷达感测技术由于成本下降，雷达系统正越来越多的应用于汽车应用中，尤其在短程和远程检测和识别中更为明显。远程雷达系统通常安装在汽车的前部，用于前视应用，比如自适应巡航控制、制动辅助和碰撞警报。奥迪(Audi)的PreSenseFrontPlus是远程雷达系统实例，设计用于帮助避免或缓减碰撞前方车辆后部的事故，无论前方车辆是移动的还是静止的。短程雷达系统包括盲点检测、侧碰警报、两侧来车警告系统(cross-trafficalert)和车道变换支持。克莱斯勒(Chrysler)的CrossPathDetectionSystem包括外侧视镜中的视觉指示器。福特(Ford)的系统称为CrossTrafficAlert，它是外侧视镜报警指示器。具有车到车和车到基础设施的车联网近期的一个技术推动是将无线连接增加到车辆中。优势之一是采用Wi-Fi和GPS信号组合，车辆可以与其他车辆或道路基础设施进行通讯。这方面的一个实例就是一列车辆中前面一部汽车开始刹车，该车后的所有车辆接收到信号并相应地修改速度和距离。在车辆对基础设施通讯实例中，汽车可以变成一个热点并且用无线电接收任何基于位置的服务信息。车联网车辆(connectedvehicles)还可以与自动驾驶联合工作。美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)最近宣布，鉴于美国联网车辆具有“压倒性安全效益”，他们正提议在这个十年内强制在新汽车中使用某些技术。该公告给制造商发出了信号，就是车联网的车辆代表了汽车安全的下一阶段发展趋势。汽车摄像头的关键作用到目前为止，本文已经探讨了许多新的汽车技术。在所有这些技术中，基于视像的系统是最突出的。随着摄像头成本下降、摄像传感器的性能改进和智能视觉算法的发展的推动，在不久的将来，至少八到十个摄像头将在后视/环视和夜视摄像头、先进驾驶辅助系统(advancedriverassistancesystems，ADAS)、视镜替代和行车记录仪、驾驶/车辆接口等应用中使用。很快，类似于手机，由于摄像头可提供的安全性和便利，当消费者决定购买汽车时，摄像头将成为汽车的关键差异化因素。根据行业调研，到2020年摄像头出货量将上升到超过2亿部。汽车摄像头应用的关键增长因素将会是ADAS，2014年欧洲NCAP安全要求开始推动这项要求，并且从2018年开始，美国将强制实施后视(review-view)摄像头。另外在预测期间，环视摄像头应用和停车辅助还将快速增长。图像传感器使汽车视像应用无所不在与手机摄像头不同，汽车摄像头的要求更严格，尤其在低照下的性能、动态范围、红外(nearinfrared，NIR)敏感性、在摄氏-40到+105℃宽温度范围下的图像质量、长期可靠性、图像数据完整性和稳健性等方面。另外，所有发往汽车应用的图像传感器都要求符合AEC-Q100以及在ISO/TS16949认证的设施中生产。在广泛的质量/可靠性性能方面没有大量的研发和投入，就难以为汽车视像系统设计和制造图像传感器。随着安全应用中智能的增加，比如ADAS，图像传感器的性能也需要相应地提高。以下是在图像传感器技术方面的某些关键进展，可满足当前和未来汽车视像系统的需求。低照度功能对于汽车应用来说低照度下的性能非常重要。例如，在后视摄像头中，有时仅有的光源来自汽车的倒车灯。为了看到21米长(70英尺)和6米宽(20英尺)的汽车后部区域，需要安装具有非常好图像传感器的摄像头，以便在低于1lux的环境中进行查看。动态范围在实际驾驶情况下，常常会遭遇很有挑战性的高反差背光条件。如果有太亮的光，部分图像可能发白或出现斑点。更糟的是，如果场景既有非常明亮的区域，也有非常暗的区域，普通摄像头将很难准确地捕捉整个场景。其结果是，这样的极端情况需要摄像头在超过100dB的动态范围内工作。没有高动态范围(highdynamicrange，HDR)，交通标志识别、物体检测等等ADAS应用中的准确性将会变差。为实现HDR摄像头，图像传感器需要特殊的曝光技术来增强动态范围，以便捕捉非常亮和非常暗的部分场景。NIR敏感性驾驶员监控、手势控制和夜视等新兴应用需要非常高的近红外光敏感性，因为此类应用需要850至940nm的近红外(NIR)光来照亮场景或实现3D传感工作。近红外光是一种结构光模式，非常灵敏的NIR成像仪可以感测此类信息并传送微点(microdots)信息来进行编译处理。普通的传感器通常无法获取任何940nm的NIR光。汽车技术的未来随着ADAS和后视/环视摄像头的发展，汽车正变得越来越智能和越来越安全。CMOS图像传感器的性能将成为准确捕捉不同环境条件下场景的关键因素。如果无法正确地捕捉场景信息，系统下游的其余部分可能影响数据的准确性，因而会形成错误的决定。在系统采集和处理链的开始阶段，基于视觉解决方案的CMOS图像传感器提供准确的数据作为开始是极其重要的。随着ADAS系统变得更先进，它将为朝向自动驾驶(AutonomousVehicles)趋势发展做好准备。通过结合汽车对汽车(vehicle-to-vehicle)和汽车对基础设施(vehicle-to-infrastructure)的连接，自动驾驶是汽车技术发展过程中的下一件大事。许多行业专家预测，自动驾驶将从2025年开始在大众市场应用中成为现实。美国国家公路交通安全管理局(NationalHighwayTransportationSafetyAdministration，NHTSA)正在考虑设置自动驾驶专用车道，自动驾驶将成为未来岁月里的颠覆性技术。关于如何加快自动驾驶技术的大量应用，基于CMOS图像传感器的视觉系统将成为使之发生的关键因素。政府和汽车制造商正在为未来无驾驶员汽车应用而努力推动基础设施的建设，自动驾驶汽车将会成为汽车诞生以来最伟大的交通业发展进步

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