最近有關無人駕駛車輛的相關報導吸引了眾人的眼球,，尤其是谷歌的實驗汽車，在最大限度地降低人類駕駛員幫助的情況下,，已經自動行駛了數千英里,。
這些事件絕對令人印象深刻,，并且將在很長的一段時間內對車輛操作和我們的駕駛體驗產生革命性影響。不過,，對于無人駕駛車輛的無限期待也容易使我們忽視了汽車廠商的大量短期開發(fā),，而這些開發(fā)對于改變駕駛行為同等重要。這些被統(tǒng)稱為高級駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 的開發(fā)被設計用來使汽車更安全,，逐步引入這些系統(tǒng)已對道路安全有所提升,。此外，ADAS特性與功能代表最終將實現無人駕駛汽車所需的車輛感測,、智能與控制,。
ADAS技術存在于不同的主動輔助級別，在引入這些技術時,，它們所實現的功能有所重疊,。駕駛員信息系統(tǒng)，比如說簡單后視攝像頭,、全景影像顯示,、以及盲點和車道偏離警報等，都提供相關信息,，不過始終由駕駛員進行掌控,。部分自主系統(tǒng)，比如說車道保持輔助和自適應巡航控制,，能夠使車輛在仔細定義的情況下,，在短時間內進行自我控制，但是駕駛員可以隨時介入,，接管自動控制,。高度自主系統(tǒng)，其中包括自動泊車管家或駕駛員監(jiān)視和接管，將在特定情況下完全控制車輛,。這些較高級別的輔助等級采用更加基礎級別的技術,，為無人駕駛、全自主汽車開疆辟路,。在這個級別上,，不論駕駛座位上是否有人，車輛都能夠自主運行,。
雖然目前的實驗顯示,，針對無人駕駛汽車的必要技術已經存在，但至少還需要十年的時間才能實現全自主控制車輛的大量生產,。然而,，高級電子系統(tǒng)占用了自動測試車輛的大部分空間，且其價格要比車輛本身的價格高出許多,。要在大量生產的車輛中實現無人駕駛,，這項技術必須更商業(yè)化、更小,、更輕,、并更易于負擔，這是一個需要一段時間才能逐步完成的過程,。此外，克服法律和社會方面的障礙也都需要時間,。明顯地,，將路面上大量的車輛開發(fā)、引入并轉換為無人駕駛將是一個革命性的過程,，這一過程將通過許多代汽車的發(fā)展來實現,。
從本質上來說，ADAS完善了不同方面的自動控制,，首先是獨立子系統(tǒng),，然后是提高系統(tǒng)集成度，直到最后車輛才能夠自主駕駛,。發(fā)展這些不同的輔助功能是汽車廠商的工作,，他們寄望于德州儀器 (TI) 等半導體供應商能夠提供創(chuàng)新技術和解決方案。由于ADAS技術變化很快,，汽車制造商需要能夠提供額外性能,、實現系統(tǒng)增長的解決方案，以及用最少的設計更改實現新特性集成的靈活性,。ADAS和其它汽車系統(tǒng)還對制造組件提出了不尋常的挑戰(zhàn),，其中包括在極端溫度條件下運行、滿足更高的質量、可靠性和安全標準,，并且符合嚴格的目標成本,。借助其在汽車電子產品方面的豐富創(chuàng)造經驗，TI能協助ADAS開發(fā)人員提供優(yōu)化,、完整的解決方案,，來簡化設計并大幅減少組件數量。
ADAS的采用狀態(tài)與挑戰(zhàn)
如之前所述,，目前汽車內已具備某些ADAS特性,，而另一些針對即將上市車型的特性還在開發(fā)中。信息和警報系統(tǒng)已問世數年,，也逐漸發(fā)展成為目前常見的基本輔助功能,。例如，許多近期的車型具有倒車輔助功能,。超聲波和攝像頭能夠擴展駕駛員的感知范圍,，并且在有物體突然出現在汽車后方時自動剎車。攝像頭和超聲波在車輛倒退時能觀察車輛后方情況,。同樣地,，現在很多駕駛員可以依靠自主加速和方向盤控制來將汽車保持在車道的中間，即使在車速不斷變化的情況下也能根據交通情況實現巡航,。某些汽車將全景或環(huán)繞影像等ADAS信息特性與信息娛樂系統(tǒng)結合,，為車主提供全新等級的“信息娛樂”。早期系統(tǒng)內已經引入了認知能力,，比如說讀取街道標志或者檢測汽車周圍的物體,，而購買者將會在未來幾年有更多的選擇。
按照人們已經熟知的發(fā)展模式,，這些最初在高端車型中出現的特性將會移轉到中端車型上,，最終將普及于所有新車。就安全性而言,，保險公司,、管理部門和立法機構通常會參與其中，通過令人滿意的保險金和法律授權來加快階段性的引入和實施過程,。在某些情況下,，對于解決法律責任追究問題，還有更改現有需求來說,，立法是必要的,。例如，目前的攝像頭和內部顯示器可以替代外部后視鏡,，不但能通過消除危險盲點來提高安全性,，更使汽車外形更加具有流線性,，從而降低車輛油耗，減少碳排放,。然而,，現有安全標準往往要求必須配備后視鏡，因此必須更改相關法規(guī)來允許這些改良的替代方法,。在法律框架內的第一個改變就是允許攝像頭的使用,，而非側視鏡—這種被稱為攝像頭監(jiān)視系統(tǒng)的設備已經在少數幾個國家內率先推出。以歐洲NCAP系統(tǒng)為例,，NCAP系統(tǒng)已針對盲點監(jiān)視給出星級評定,；而美國的NHTSA則要求所有新出廠的車輛，在2018年以前必須配備后視攝像頭,。
隨著汽車與汽車之間,，以及汽車與道路沿線的裝置之間開始通信，安全性成為另一個關注焦點,。雖然建立這些通信對于自動車輛來說很重要,，，但仍然需要保護它們不受惡意攻擊,。這些問題在技術層面并非不能實現,，但它們也無法在一夕之間就被法律和社會認可，而汽車廠商必須遵守的功能安全性標準也需要被建立,。制造商將需要依靠半導體和設備供應商來來容易并快速地生產最終產品,，并將這些產品推向市場。
發(fā)展ADAS特性
下列圖表標示出某些現有或正在開發(fā)中的重要ADAS創(chuàng)新,；然而,，這些領域隨著新想法的涌現而持續(xù)發(fā)展。所列出的每個自主控制等級為之后的自主功能提供技術支撐,。也就是說，信息系統(tǒng)也許是被動地提供警示給駕駛員,，但它們對于所有形式的自主功能也是不可或缺的組件,。同樣地，基本主動操作之后將會與高級控制和全自動化操作整合,。（這些級別大體上與國家公路交通安全管理局的車輛自動駕駛5級分類相對應,，這些車輛自動駕駛的基本級別由分類用車輛的功能數量來區(qū)分。）
ADAS發(fā)展的技術要求
ADAS技術的發(fā)展涉及數個領域的創(chuàng)新,。兩個重要的相關趨勢包括縮小傳感器,、攝像頭和電子組件等單個組件的尺寸，并且將專用功能集成到更加綜合性的系統(tǒng)中,。因為需要更小,、更便宜的組件來搭建用戶所能負擔的更大系統(tǒng),，這些趨勢之間是互為補充的。例如,，用于車道保持輔助的前置攝像頭也可以用來偵測車輛前方物體,、讀取交通信號或剎車來避免碰撞。然而,，執(zhí)行更加復雜的ADAS功能不僅僅需要更多攝像頭和超聲波,、LIDAR和雷達等傳感器的輸入，還需要將來自不同傳感器組件的數據融合在一起,。數據融合可以克服單個傳感器解決方案的缺陷,，并提供一定程度的冗余度。
圖1. 傳感器數據融合技術
更多的高分辨率傳感器和攝像頭全部都轉換為對高帶寬和高性能處理的要求,。目前,，ADAS使用了不同的網絡互聯標準和拓撲。不論最終標準結果如何,，它對于減少接線以盡可能降低重量和縮短安裝時間來說很關鍵,。同時必須降低延遲以確保關鍵數據的高效傳輸。優(yōu)化網絡可以讓視頻和其它數據,、控制信號,，甚至電源在單根電線上傳輸，大幅降低對重量和連接器尺寸的要求,，從而縮小模塊本身的空間,，以及裝配線路的重量。
視頻處理是ADAS技術發(fā)展的另外一個領域,，處理由攝像頭產生的海量像素數據所帶來的巨大工作量,。首先，系統(tǒng)必須過濾和調節(jié)視頻圖像的順序,，然后識別出所需的范圍,。接下來，系統(tǒng)必須識別出停止標志,、行人和其它車輛等物體,，然后決定采取的任務。這些關鍵時間的每一個任務在縮短數據流的同時,，也會增加運算的復雜度,。因此，從針對原始數據輸入的專用視頻信號處理,，到針對物體掃描和識別的可編程信號處理,，到針對影響車輛操作決策的高性能微處理器系統(tǒng)都需要異構處理。圖像處理需要盡可能將最多的異構處理組件組合在一起,，連同將攝像頭數據提供給處理器的快速通信接口,。
除了靈活通信和異構處理,，ADAS系統(tǒng)依賴集成、及自適應電源管理,。與大多數電子系統(tǒng)相比,，汽車電壓的變化范圍更大，就溫度范圍,、振動和污染而言,，周圍環(huán)境對器件運行會造成很大的壓力。電源管理解決方案尤其重要,，這不僅僅是因為它們?yōu)槠渌骷峁┛煽侩娫?，也是因為它們?yōu)橄到y(tǒng)提供有效保護而免于損壞。穩(wěn)健耐用的電源管理雖然不為使用者查覺,，但系統(tǒng)開發(fā)人員知道電源管理對于ADAS技術發(fā)展的絕對必要性,。
提供針對ADAS要求的解決方案
ADAS系統(tǒng)開發(fā)人員可以仰賴TI為他們的技術需求提供解決方案。在需要ADAS技術的情況下,，開發(fā)人員需要創(chuàng)新解決方案來提供可負擔性,、適應變化的靈活性、滿足極端汽車運行條件的可靠性,，以及針對未來增長的足夠性能,。在汽車廠商工作的領域內，用模擬和數字功能,、深入的設計支持和可靠電源,，增加這些高級集成和封裝能力。,，TI已經為全范圍產品的提供做好準備,，來支持汽車供應商遵守這些需求和嚴格的標準；汽車廠商可以用這些產品實現ADAS創(chuàng)新和開發(fā),。
專業(yè)化產品中最復雜的要求就是高性能應用處理器,；這個處理器是基于ADAS攝像頭的傳感器和數據融合，以及某些基于雷達特性的核心,。這個被稱為TDAxx片上系統(tǒng)的解決方案集成了高效執(zhí)行這一異構任務的廣泛功能,。它專門為高級視覺處理和控制而設計，并且進行了優(yōu)化,，以實現性能、功耗和成本有效性之間的最佳均衡（圖2）,。TDA2x實現了高端ADAS視頻系統(tǒng),，而TDA3x則是針對入門級和空間受限的系統(tǒng)。
圖2. 隨著復雜度增加,，專業(yè)視覺處理最大限度地增加了性能和效率,。
這些產品集成了一個通用雙CortexTM-A15處理器,，雙C66x DSP，以及一個可編程Vision AccelerationPac,。Vision AccelerationPac中一個或多個專業(yè)嵌入式視覺引擎 (EVE) 使它能夠在單位耗電量下提供比RISC高7倍的計算性能,。這使DSP和RISC內核能夠處理專門用于ADAS任務的中高級算法。TI的創(chuàng)新包括一個視覺軟件開發(fā)套件 (SDK) 來實現快速算法原型設計,，以及與視頻捕捉,、視頻預處理、視頻分析算法和視頻顯示相關的不同數據流的快速創(chuàng)建,。
TI將外設集完全集成在TDAxx解決方案內,，以簡化設計和最大限度地減小空間占用，從而使傳感器數據融合更加便捷（圖2）,。通信接口,，特別是針對基于攝像頭系統(tǒng)（比如說全景影像和倒車攝像頭）的接口，得益于TI最新一代FPD-Link III SerDes系列,，這個產品系列將遠程ADAS衛(wèi)星與中央控制模塊之間的連接簡化為單根同軸電纜,。由更小連接器和高集成度組件實現的簡化接線和更小模塊確保了用于ADAS的不斷增長的傳感器模塊數量不會對新出廠的汽車造成額外的成本和重量負擔。汽車系統(tǒng)中,，網絡的不斷發(fā)展,，比如說汽車千兆以太網，將需要不同類型通信解決方案開發(fā)方面的深入專業(yè)知識,。
不同電壓電平的異構處理器功能在同一器件,、和外部器件內也會有不同的電壓需求。電源管理IC必須能夠在避免功率驟增和電壓瞬變的同時,，從汽車的多變電池電源中提供穩(wěn)定,、可靠電壓。TI先進的電源管理技術和解決方案讓汽車電子組件開發(fā)人員能夠為他們的ADAS系統(tǒng)選擇合適的電源管理器件,。公司在汽車行業(yè)解決方案生成和創(chuàng)建方面積累了長期經驗,，而這些經驗為高性能處理、通信和電源管理產品提供了技術支持,。
ADAS發(fā)展正在推動汽車革命
雖然無人駕駛汽車仍在開發(fā)中,，高級駕駛員輔助系統(tǒng)已經出現在我們身邊，其重要性正在快速增長,。當前的型號正開始突破信息和報警系統(tǒng)的范疇,。然而，這些變化將會逐步遞增,，隨著ADAS特性變得越來越小,、更加易于集成、價格上也更加能令用戶接受,。此外,，這項技術不會自動發(fā)展：必須要有與之相伴的法律和社會進步,。這些因素正在引領我們朝車輛自主駕駛邁進，最終成功實現完全自動駕駛車倆,。
TI正在推動ADAS創(chuàng)新,，不斷縮小ADAS特性的尺寸、重量和花費,，與此同時,，通過將之前獨立的功能集成在同一芯片或封裝內，TI也在添加不斷增長的功能性,。高性能,、異構視頻處理、靈活通信接口,、和高效,、保護性的電源管理是其中3個最重要的技術進步領域。TI技術進步也正在實現針對模擬與數字技術,、深入設計,，以及生產支持的廣泛集成和封裝能力，這些能力在與汽車行業(yè)主要廠商之間的長期合作中得以證明,。所有這些技術進步將推動ADAS向前發(fā)展,，并最終實現自動車倆。