平臺管理、目標(biāo)汽車細(xì)分、靈活性和可擴(kuò)展性是重要的經(jīng)濟(jì)因素;這些因素也在分割和設(shè)計融合系統(tǒng)時發(fā)揮著重要作用。對于任一特定情況,所得系統(tǒng)也許不是最佳設(shè)計方案,但是從平臺和車隊的角度看,它卻可能是最佳方案。
誰是所有這些傳感器數(shù)據(jù)的“觀看者”?
關(guān)于ADAS,我們還有兩個方面沒有討論到:信息ADAS對功能ADAS。前者就是當(dāng)駕駛員仍然對汽車完全掌控時,擴(kuò)大和延伸駕駛員的感官范圍(例如環(huán)視和夜視)。第二個是機(jī)器視覺,它使汽車能夠感知周圍環(huán)境,并做出自我決策以及執(zhí)行(自動緊急制動、車道保持輔助)。傳感器融合自然而然地將這兩個世界合而為一。
正因如此,我們才有可能將同一傳感器應(yīng)用于不同用途,不過這么做的代價就是在選擇最佳模塊間通信和處理位置方面受到了限制。以環(huán)視為例,這項功能最初的設(shè)計目的是,通過將視頻傳入到中央顯示屏上,為駕駛員提供360度視場角。為什么不使用同樣的攝像頭,并將機(jī)器視覺應(yīng)用到其上呢?后視攝像頭可用于實現(xiàn)倒車保護(hù)或自動停車,而側(cè)視攝像頭可用于實現(xiàn)盲點檢測/報警,也包括自動泊車。
單獨使用的機(jī)器視覺在傳感器模塊內(nèi)進(jìn)行本地處理,然后通過CAN總線等簡單的低帶寬連接將對象數(shù)據(jù)甚至是命令傳送出去。然而,這種連接不足以傳送完整的視頻流。視頻壓縮當(dāng)然可以降低所需帶寬,但是還不足以將所需帶寬降到百兆位范圍內(nèi),并且它本身也存在一些問題。隨著高動態(tài)范圍(HDR)分辨率、幀速率和曝光數(shù)增加,這變得更加困難。高帶寬連接和攝像頭模塊不參與數(shù)據(jù)處理解決了視頻的問題,但是現(xiàn)在需要將處理添加到中央ECU,以便在其中運行機(jī)器視覺。缺少中央處理能力或散熱控制會成為這種解決方案的瓶頸。
雖然在傳感器模塊中進(jìn)行處理并同時使用高帶寬通信在技術(shù)上并不是不可實現(xiàn),但從總體系統(tǒng)成本、功耗和安裝空間角度來講并不十分有利。
傳感器融合配置的可靠運行
由于很多融合系統(tǒng)能夠在沒有駕駛員的情況下執(zhí)行特定汽車功能(例如轉(zhuǎn)向、制動和加速)的自主控制,我們需要對功能安全進(jìn)行認(rèn)真考慮,以確保在不同條件下和汽車的使用壽命內(nèi)系統(tǒng)能夠安全和可靠運行。一旦做出決策,并隨后采取自主操作,那么對于功能安全的要求將會大幅提升。
若采用分布式的方法,每個處理關(guān)鍵數(shù)據(jù)或制定決策的模塊必須符合那些增加的標(biāo)準(zhǔn)。與只搜集和發(fā)送傳感器信息的模塊相比,這會增加物料清單(BOM)成本、尺寸、功耗和軟件。在安裝空間不足的環(huán)境中,器件很難冷卻,并且其損壞的風(fēng)險和所需的更換也很高(一次簡單的小事故有可能需要更換保險杠和所有相連的傳感器),這可能抵消具有多個傳感器模塊的分布式系統(tǒng)的優(yōu)勢。
如果采用“傳統(tǒng)”傳感器模塊,則需進(jìn)行自檢和故障報告,以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的安全運轉(zhuǎn),但是其還未達(dá)到智能傳感器模塊的程度。
雖然純粹的駕駛員信息系統(tǒng)可以在它們的功能受到損害時關(guān)閉并將其通報給駕駛員,但是高度自主駕駛功能就沒有那么自由了。想象一下一輛汽車正在執(zhí)行緊急制動操作,然后又突然解除并松開制動器的情況?;蛘哒f,汽車在公路上行駛時,整個系統(tǒng)關(guān)閉,而此時駕駛員正在汽車“全自動駕駛”狀態(tài)下呼呼大睡(未來可能的一個場景)。在駕駛員能夠安全控制車輛之前,系統(tǒng)需要繼續(xù)保持工作一段時間,而這至少需要有幾秒到半分鐘。系統(tǒng)必須運行到何種程度,以及如何確保在故障情況下運轉(zhuǎn),這些問題在業(yè)內(nèi)似乎還未達(dá)成明確共識。具有自動駕駛功能的飛機(jī)通常情況下使用冗余系統(tǒng)。雖然我們一般情況下認(rèn)為它們是安全的,不過它們造價昂貴并且占用大量空間。
傳感器融合將會是邁向自動駕駛及享受旅途時光和駕駛樂趣的關(guān)鍵一步。
多傳感器信息融合算法
智能汽車的顯著特點在于智能,意思就是說汽車自己能通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境,自動規(guī)劃行車路線并控制車輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)。目前而言,車載感知模塊包括視覺感知模塊、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、360°環(huán)視系統(tǒng)等,多源傳感器的協(xié)同作用識別道路車道線、行人車輛等障礙物,為安全駕駛保駕護(hù)航。因此,感知信息也需要融合,感知信息也需要相互補(bǔ)充。
這里引出一個重要的概念:多傳感器信息融合(information fusion)。各種不同的傳感器,對應(yīng)不同的工況環(huán)境和感知目標(biāo)。比方說,毫米波雷達(dá)主要識別前向中遠(yuǎn)距離障礙物(0.5米-150米),如路面車輛、行人、路障等。超聲波雷達(dá)主要識別車身近距離障礙物(0.2米-5米),如泊車過程中的路沿、靜止的前后車輛、過往的行人等信息。兩者協(xié)同作用,互補(bǔ)不足,通過測量障礙物角度、距離、速度等數(shù)據(jù)融合,刻畫車身周邊環(huán)境和可達(dá)空間范圍。