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高級駕駛輔助系統安全功能焦點:全景環視系統

 2017-05-10

多年來,由於汽車安全性越來越受重視,推動了許多重要創新的出現,如防抱死制動系統、安全氣囊和高強度安全座倉和碰撞緩衝區等。德國汽車製造商率先利用許多最先進的技術來提高駕駛員安全和整體駕駛體驗。例如,在過去二十年中,德國汽車最先推出主動式車道保持輔助,當車輛偏離車道時通過振動方向盤提醒駕駛員。然後就是側方雷達,幫助駕駛員安全變道。如果有車輛處於本車的變道盲點,它會通過在外後視鏡上亮燈提醒駕駛員。後來又出現了停車-前進和制動輔助,這是巡航控制的延伸,可以在追尾碰撞即將發生前快速施加制動,以減小事故危險。

 

圖1. 高級駕駛輔助系統(ADAS)包含的安全功能越來越多

 

隨著時間的推移,這些功能逐漸完善和普及,特別是引入了車載安全攝像頭來消除駕駛員的盲點。

 

倒車攝像頭成為標配

美國公路安全保險協會最近發佈的研究結果表明,新出車型的碰撞事故死亡概率已在短短三年內下降了三分之一以上。事實上,安全技術進步帶來的事故死亡率下降幅度非常大,使得目前銷售的汽車在安全統計資料方面明顯好於僅僅五年前推出的車型,給了消費者購買新車宜早不宜遲的理由,對汽車製造商來說無疑是個良性迴圈。

 

從機械和結構改進到增加安全相關立法,提升汽車安全性的原因有很多。但最令人感興趣並且發展最快的安全應用之一是高級駕駛輔助系統(ADAS)。這種系統使用感測器、攝像頭和顯示器的組合來提供更大的駕駛員可見性,並在駕駛員疏忽時對危險情況做出反應。

 

盲點是指駕駛員視線受阻擋的區域。倒車攝像頭(安裝於汽車尾部,顯示器安裝在後視鏡或儀錶盤中)已成為中高端車的基本配置,使駕駛員能夠看見車後情況,以減少事故發生。據美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)估計,後視攝像頭能夠使倒車事故死亡人數減少50%以上。該功能在美國已經成為一項強制的安全要求,業已通過的政府規定要求從2018年開始,所有新車都必須配備倒車攝像頭。

 

歐洲和亞洲也在考慮制定類似規定,而且汽車製造商已經在為各個車型配備後視攝像頭。迎合這一全球汽車安全趨勢,TW9992是車用視頻解碼器IC的一個很好例子。它從汽車的後視攝像頭獲得單端和差分複合視訊訊號輸入,並使用自動對比度調整功能來動態降低或增加圖像亮度和對比度,以提高清晰度和安全性。然後該解碼器通過MIPI-CSI2介面將數位視訊輸出到汽車中控中的系統級晶片(SoC),後者對視頻進行處理並將其發送到儀錶盤的液晶屏或後視鏡。

 

設計考慮

隨著後視攝像頭和其他攝像頭成為主流趨勢,汽車製造商面臨的兩個關鍵設計考慮是成本和可靠性。影響系統成本的關鍵因素是攝像頭和顯示器。最初部署利用了後視鏡中的低成本顯示器。隨著導航系統和儀錶盤顯示器變得越來越常見,它們也被用於顯示後視攝像頭視頻。最早的設計嘗試通過管理資訊娛樂子系統的核心處理器來運行該視頻。這些先進SoC運行的軟體作業系統變得日益複雜,在正常運行期間常常容易掛起(或凍結),從而帶來了可靠性問題。此外,這些SoC通常在汽車點火後啟動過慢,而不能及時向駕駛員提供車尾攝像頭視頻。

 

替代方案(特別是隨著這些SoC上的負載不斷增加)是利用高度集成的視頻處理器。這種解決方案基本上是一種“硬連線”的視頻解碼器、縮放控制器(scaler)和LCD控制器IC,與SoC協同工作,以解決這兩個系統問題。在汽車啟動時,視頻處理器能夠繞過SoC來立即顯示倒車視頻,確保在不到500毫秒內完成可靠傳輸。

 

 

 

該方案還允許系統檢測凍結或受損圖像,並在需要時繞過SoC。相關硬體旁路可提供每個主流汽車OEM廠商要求的通信完整性和可靠性。

 

今天的系統架構師面臨的另一個挑戰是,大多數SoC沒有足夠的埠來接收新型汽車要求的越來越多的視頻輸入。所以,雖然他們有能力處理這些資料——儘管並不總是那麼可靠,但卻沒有辦法使來自眾多輸入源的資料立即進入設備。答案是通過一條資料匯流排,僅需一個視頻界面與應用處理器相連,來交叉傳輸信號。然後SoC能夠對多個不同視頻流進行解複合和處理。隨著時間的推移,交叉傳輸的視頻流數量將會增加,使得能夠接收更多視頻輸入。採用交叉數位輸出方案的多通道類比視頻解碼器可以減少使用SoC上的寶貴引腳,這是一個關鍵設計考慮。

 

另外這種方案還有成本優勢。隨著這些安全功能引入更多中型和經濟型車,在每輛汽車有多達八個攝像頭的情況下,成本變成一個重要因素。需要更複雜和更貴處理與佈線的高清攝像頭,對這些車型並不具有成本效益。而模擬技術具有全面的功能,並能以更低的實現成本提供可靠性優勢。

 

獲得鳥瞰圖

汽車製造商現已不再爭論後視攝像頭是否有用,大多數製造商在使全景環視功能成為各種車型的標準安全性能方面正取得顯著進展。

 

全景環視監控系統可以處理來自四個攝像頭的視頻,然後將四幅圖像合成為一個鳥瞰俯視圖,好比攝像頭安裝在汽車正上方一樣。全景監控系統可以説明駕駛員從視覺上確定汽車相對周圍物體的位置,從而方便挪車和泊車。據Infinity Research研究,從現在到2018年,全景環視監控應用的年複合增長率將達33%。

 

  

         

 

該應用的部署已變得更加經濟,並且專為全景泊車輔助應用而開發的新型多通道視頻解碼器技術可以提供諸多可靠性優點。集成一直是一個關鍵推動因素,最新的解決方案集成了四個帶有10-bit模/數轉換器(ADC)的高品質NTSC/PAL類比視頻解碼器,可同時支持四個獨立的模擬攝像頭輸入。ISL79985是Intersil多通道視頻解碼器產品系列的最新成員。它集成了一個帶有MIPI標準虛擬通道識別功能的MIPI-CSI2輸出介面,相容最新一代SoC和應用處理器。ISL79986則包括一個帶隔行條紋的傳統BT.656介面。兩款解碼器將圖像發送至處理器,然後處理器將四幅圖像合成一個統一的全景圖像,並將合成視頻傳輸至中控顯示器。直接接收差分類比視頻輸入信號的能力,消除了在每個輸入通道上配置外部運算放大器的需要,進一步減少了所需元件數量。這種高度集成可以説明簡化系統設計,並將解決方案的尺寸縮到最小,以節省寶貴的電路板空間和降低系統總成本,這是普及這項應用的一個關鍵因素。

 

靈活性也具有重要性。由於有很多種部署的可能性,Intersil的新型ISL7998x器件連同上代產品TW9984和TW9966多通道視頻解碼器提供靈活的數位輸出介面,以支援多種配置。這使系統設計工程師能夠為不同車型設計多種變數,而無需重新進行全部設計。設計工程師還應當避免使用更適合樓宇監控系統而非汽車應用的視頻解碼器和編碼器——因為它們缺少關鍵的診斷功能,例如對電池短路和對地短路的診斷。進一步提高可靠性,並確保系統設計工程師不用為了不需要的功能花錢。

 

下一步發展

汽車安全在過去十年已成為一個重要的差異化因素——碰撞測試資料的提供和避免輕微磕碰及嚴重事故的能力已成為消費者選擇汽車的重要因素。包括攝像頭安全功能的高級駕駛輔助系統(ADAS)已成為新車購置者的必備選項。這也改變了汽車製造商對這些新功能進行行銷推廣的方式。在消費者願意花錢購買安全性能的情況下,盲點監控和車道偏離警告等安全功能顯得比升級到擁有更好的收音機或導航系統,更能體現中央LCD和資訊娛樂系統的合理性。基本車型的功能添加日益集中於提供更出色的可視性和安全性,並且證明這對汽車製造商也是更有經濟效益的建議。

 

隨著實現安全功能的成本使得它們有可能進入更多主流車型,更多進展將逐步實現。越來越多的視頻將被用於提供諸如夜視和自動亮度調節等功能,以改善可視性。我們還將看到擋風玻璃將變成抬頭顯示器,用於顯示一些關鍵資訊,如車速、警告信號和指示箭頭等,直接投射在駕駛員視線前方。提供可靠、易於集成和經濟有效的視頻解決方案將是下一代ADAS功能的主要推動因素,而這些功能會提高駕駛員安全性和增加消費者對新車需求。