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全球汽車安全趨勢– Intersil消除盲區解決方案

 2016-11-23

從防抱死制動系統到安全氣囊,汽車安全的重要性多年來一直是大量重要創新背後的原動力。德國汽車製造商率先利用了許多最先進的技術來改進對駕駛員安全保護和整體駕駛體驗。例如,僅在過去二十年間,德國汽車就率先提供了主動車道保持輔助、變道輔助、起停和制動輔助等功能。其中,車道保持輔助系統通過振動方向盤提醒駕駛員汽車偏離了車道。變道輔助系統是基於雷達的系統,可提醒駕駛員有汽車進入盲區,以幫助進行安全變道。起停和制動輔助是巡航控制的延伸,通過在瀕臨碰撞前快速施加制動來減小追尾碰撞的風險。

 這些功能逐漸變得更加複雜和更加普遍,特別是隨著安全攝像頭在汽車上的使用、消除了駕駛員的盲區的情況下。

倒車攝像頭成為標配

美國公路安全保險協會最近的一項研究表明,在短短三年內,新車碰撞事故的致死率就下降了三分之一以上。事實上,汽車安全技術進步使事故死亡率的下降幅度如此之大,以致目前所售汽車的安全統計數字顯著好於僅在五年前推出的汽車。這為汽車製造商創造了良性迴圈——給消費者一個理由購買新車,寧早勿晚。

 

從機械和結構改進到不斷增多的安全相關法規,改進安全的理由不一而足。但最引人興趣和發展速度最快的應用之一是高級駕駛輔助系統(ADAS)。這些系統結合使用感測器、攝像頭和顯示器來擴大駕駛員的視野,還能代替駕駛員對危險情況做出反應。

 

盲區是駕駛員視線受阻的區域。安裝在車尾的倒車攝像頭(相關顯示器安裝在後視鏡或儀錶盤中)已成為中高檔汽車的標配,使駕駛員能夠看到汽車後面的情況從而説明減少事故。據美國國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 估計,後視攝像頭能使倒車碾壓事故致死率降低50%以上。隨著美國政府通過法規要求2018年後的所有新車都安裝倒車攝像頭,該功能在美國已成為一項強制安全標準。

 

歐洲和亞洲也在考慮制定類似法規,汽車製造商也已開始在許多車型上採用後視攝像頭。TW9992 是解決這一全球安全趨勢的車載視頻解碼器IC好例子。該器件從汽車後視攝像頭獲得單端和差異的合成視訊訊號輸入,使用其自動對比調整特性來降低或提高圖像亮度/對比度,獲得更高的可視性和安全性。然後,解碼器通過MIPI-CSI2介面將視頻輸出至汽車音響本體的SoC,對視訊訊號進行處理,然後發送至儀錶盤的液晶顯示幕或後視鏡中。

 

設計考慮事項

在後視和其他攝像頭逐漸成為主流的過程中,成本和可靠性是汽車製造商面臨的兩個關鍵設計考慮因素。系統成本的兩個要素是攝像頭和顯示器。初始實現利用了安裝在後視鏡中的低成本顯示器。隨著導航單元和儀錶盤中的顯示器 (in-dash display) 變得更加常見,它們也被用於顯示後視攝像頭影像。原始設計想通過負責管理資訊娛樂子系統的核心處理器來運行該視頻。但這些複雜的系統級晶片 (SoC) 帶來了可靠性問題,由於啟動過慢,它們無法在汽車一點火後就及時向駕駛員提供後視攝像頭影像。

 

另一個選擇(特別是在這些SoC上的負載繼續增加時)是利用類似於“硬體實現的”視頻解碼器和LCD控制器解決方案來繞過SoC,將倒車影像幾乎立即傳送至顯示器,以確保在不到500毫秒內的可靠傳送。

 該方案使系統能夠檢測鎖定情況並在需要時繞過SoC。硬體旁路提供了所有主要整車廠都要求的通信健全性和可靠性。

 

目前的系統架構師面臨的另一個挑戰是,大多數數字SoC都沒有足夠多的埠來接受現代汽車要求的越來越多的視頻輸入。因此,雖然它們擁有處理該資料的能力——儘管並不總是那麼可靠,但無法立即把來自多個輸入的資料傳送到器件。答案是通過一條資料匯流排來一起交錯傳送這些信號,而且該匯流排只需要一個連接應用處理器的視頻界面。SoC因此能夠解複合和處理多個不同的視頻流。隨著時間的推移,交錯傳送的視頻流的數量將會增加,從而支援更多視頻輸入。交錯傳送數位輸出方案使用的多通道類比視頻解碼器騰出了SoC上的寶貴引腳,而這是一個重要設計考慮事項。

 

另外還有成本優勢。由於每個汽車上有多達8個攝像頭,所以成本成為這些安全功能進入更多中低端車的一個重要因素。需要更複雜和昂貴的處理及接線的高清攝像頭,對這些汽車來說並非經濟有效的選擇。反之,模擬技術是全功能的,並能以低得多的實施成本提供可靠性優勢。

 

獲得鷹眼視野

現在,汽車製造商已不再爭論後視攝像頭是否有用,大多數製造商正大踏步邁進,欲使全景環視功能成為許多車型的標準安全功能。

 

全景環視監控系統(亦稱全景環視監控器)可處理來自四個車載攝像頭的視頻,然後將四幅圖像合併為鷹眼俯視圖,如同汽車正上方有個攝像頭一樣。該監控器可説明駕駛員從視覺上確認汽車相對于周圍物體的位置,以方便其機動操作和停車。據Infinity Research的研究,僅全景環視監控器一項應用在2018年前的複合增長率就達到33%。

 實施該應用的成本效益已經提高,並可通過專為全景環視泊車輔助應用開發的新型多通道視頻解碼器技術提供大量的可靠性好處。集成始終是個關鍵推動因素,最新解決方案通過集成四個高品質NTSC/PAL類比視頻解碼器與10-bit模/數轉換器 (ADC) 來同時支持四個獨立模擬攝像頭輸入。靈活的數位輸出介面可將圖像發送至處理器,隨後由處理器將四幅圖像合併為一個全景環視畫面。片上類比視頻解碼器能夠將合成視頻作為標準類比複合信號傳送至汽車音響本體顯示器。直接接收差分類比視頻輸入的能力,避免了在每個輸入通道上配置一個週邊功率放大器,進一步減少了元件數目。這一高集成度有助於簡化系統設計和最大限度減小解決方案尺寸,以節省寶貴的電路板空間和降低總系統成本,這是使該功能得到普及的一個關鍵因素。

 

靈活性也很重要。由於可能採用各種實現方法,這些新的四通道視頻解碼器現在可提供數位輸出介面,來支援多種配置,包括通過四條27MHz 8-bit匯流排提供標準ITU-R BT.656格式輸出;通過一條54MHz 8-bit匯流排發送雙通道視頻的時分複用位元組交錯輸出;或者通過一條108MHz 8-bit匯流排發送四通道視頻的時分複用位元組交錯輸出。這使系統工程師能夠設計用於不同車型的大量功能變體,而無需進行全新的設計。設計工程師還應注意有些視頻解碼器和編碼器具有更適合監控系統而非汽車應用的功能,因為它們沒有關鍵的論斷功能,如對電池短路和對地短路,而這些功能可進一步提升可靠性,並確保系統設計工程師無需為其不需要的功能花錢。

 

未來趨勢

安全性在過去十年已成為一個重要區別因素——碰撞試驗資料的容易獲得和避免小磕碰及嚴重事故的能力已成為消費者選擇汽車時的重要考慮因素。這已改變了汽車製造商宣傳這些新功能的方式。由於消費者準備為安全花錢,所以諸如盲區監控器和車道偏離警告等功能,使得擁有中央LCD和資訊娛樂系統比通過升級來獲得更好的無線電或導航系統變得更有吸引力。基礎車型的附加高檔功能日益集中於幫助實現更佳的視野和安全性,並且事實證明在經濟上對汽車製造商也是更好的選擇。

 

隨著安全功能實施成本使其有可能在更多主流車型上實現,還有更多進展將會到來。越來越多的視頻將被用於提供諸如夜視和自動增亮和變暗功能來改善可視性,例如,擋風玻璃將成為顯示診斷資料的又一個顯示器。提供可靠、易於集成和經濟有效的視頻解決方案將成為下一代ADAS功能的關鍵推動因素,這將增加對駕駛員的安全保護並最終增加消費者對新車的需求。