根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）2015年發(fā)表的一份報告，每年全世界有超過120萬人因公路交通事故死亡，而2000～5000萬人則遭受非致命傷害。該組織還預測，到2030年，道路交通事故將成為全球第五大死亡原因。盡管過去8年來在改善道路安全性方面取得了一些進展，但世界衛(wèi)生組織和其他重要機構(gòu)認為，改進的步伐還是過于緩慢。
據(jù)估計，超過80％的道路交通事故是由于司機在某種程度上注意力分散造成的。全球范圍內(nèi)移動電話的使用快速增長，尤其是針對開車時發(fā)短信或接聽電話等情況，這大大增加了發(fā)生事故的風險。僅在美國，來自美國交通部的報告顯示，每年大約160萬起汽車碰撞事故與手機有關(guān)，造成每年大約50萬人受傷和6000人死亡。
作為設(shè)計工程師，我們?nèi)绾文軌蚴管囕v和道路更加安全？強制實施更好的駕駛員培訓標準會奏效嗎？在駕駛時禁止打電話或發(fā)短信的法律似乎不能夠阻止人們這樣做。人類是否過于頑固，以致于我們不得不讓車輛變得更智能？
高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）技術(shù)的不斷發(fā)展被視為能夠使我們的道路更為安全的重要解決方案之一。隨著傳感器技術(shù)的改進以及相關(guān)部署成本的降低，ADAS已經(jīng)能夠從豪華車逐步擴展到中型車，甚至到低端車輛。
根據(jù)Global Market Insights的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，ADAS市場預計將從2017年的289億美元增長到2024年的670億美元，僅僅7年時間就可翻一倍還多。Global Market Insights還指出，政府在有關(guān)車輛安全方面的嚴格法規(guī)，包括強制實施自動緊急剎車和停車傳感器等安全技術(shù)，將進一步刺激ADAS的市場增長。
ADAS提供360°道路視野
ADAS能夠利用不同傳感器技術(shù)的組合來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向、制動和加速等自動的動態(tài)駕駛?cè)蝿?，相關(guān)的傳感器包括 紅外（IR）、超聲波、雷達、圖像傳感器、激光雷達等。在去年夏天發(fā)布的市場趨勢研究報告中，Gartner預測，到2022年，汽車圖像傳感器的年市場收入將達到18億美元，而這種巨大需求將主要被ADAS驅(qū)動。
開發(fā)更好的攝像頭是降低ADAS成本的關(guān)鍵，從而能夠使其更適合大眾市場。作為當今ADAS的主要傳感器，攝像頭被廣泛用于前視或后視應用，并且在面向駕駛員的監(jiān)測系統(tǒng)中變得越來越普遍。前視/后視攝像頭可以執(zhí)行多種功能，其中最值得關(guān)注的是車道偏離警報、車輛接近監(jiān)控、交通標志識別、停車輔助、后視鏡替代、盲區(qū)檢測和障礙物/行人識別等等。相反，面向駕駛員的系統(tǒng)側(cè)重于確保駕駛員能夠做出關(guān)鍵決策（或者需要ADAS系統(tǒng)進行剎車，執(zhí)行規(guī)避操作等），在這里它的作用是監(jiān)測駕駛員疲勞（感測眨眼）和注意力分散（檢測駕駛員頭部朝向）等重要任務。
為了提高ADAS技術(shù)的可靠性，安森美半導體等電子元器件制造商正在開發(fā)在非常明亮或低光照條件下都具有良好性能的圖像傳感器。AR0230AT 是一款1 / 2.7”格式CMOS器件，具有1928x1088有源像素陣列，可通過滾動式快門讀數(shù)（rolling-shutter readout）捕獲線性或高動態(tài)范圍（HDR）模式圖像。它支持視頻和單幀操作，并包括像素內(nèi)合并和窗口（in-pixel binning and windowing）等攝像頭功能。這款高能效的圖像傳感器專為低光和HDR場景而設(shè)計，可通過簡單的雙線串行接口進行編程。
圖1：Melexis ToF成像芯片組。
Melexis的 MLX75x23陣列專門針對駕駛員面部監(jiān)控應用而設(shè)計，能提供完整的飛行時間（ToF）3D成像解決方案。它們基于DepthSense像素技術(shù)，具有320x240 QVGA ToF像素分辨率，并在非常強的陽光下具備高工作性能。相關(guān)的經(jīng)AEC-Q100認證的MLX75123協(xié)同芯片能夠控制ToF傳感器和照明裝置，以及傳輸?shù)街魈幚砥鞯牧鲾?shù)據(jù)。這些芯片組能夠在非常小巧的3D攝像頭設(shè)計中提供高性能、高靈活性以及簡捷的設(shè)計。
讓汽車具有比人眼更好的視野
檢測車輛周圍物體的傳感器需要采用合適的物體識別/分類技術(shù)。通常，這些技術(shù)包括運行機器學習或深度學習的處理器，從而使車輛的ADAS能夠有效識別運動、形態(tài)、人員、其他車輛、街道標志和潛在障礙物等。其中一個例子是恩智浦半導體的S32V234視覺和傳感器融合處理器IC，它能夠支持計算密集型圖像處理應用。該IC集成了嵌入式圖像傳感器處理器、強大的3D圖形處理單元、雙APEX-2視覺加速器以及集成的安全功能。作為恩智浦SafeAssure計劃的一部分，該器件適用于兼容ISO 26262 ASIL B安全性功能的ADAS應用，例如行人檢測、車道偏離警告、智能頭部光束控制和交通標志識別等等。該處理器集成了四個64位ARM Cortex-A53內(nèi)核，工作頻率高達1GHz，配有一個NEON協(xié)處理器和一個ARM Cortex-M4 CPU， Cortex-M4允許汽車操作系統(tǒng)與獨立于CPU的外部設(shè)備對接。
同樣，德州儀器的TDA3x SoC系列集成有為滿足ADAS要求而高度優(yōu)化和可擴展的器件。這些SoC擁有低功耗、高性能（高達745MHz信號處理數(shù)據(jù)吞吐量）、更小外形尺寸和助力更高自動駕駛能力的ADAS視覺分析處理等最優(yōu)組合。TDA3x SoC系列支持全高清視頻（1920×1080分辨率，60fps），可在單一可擴展架構(gòu)上實現(xiàn)復雜的嵌入式視覺功能，如環(huán)繞視圖、前視攝像頭、后視攝像頭、雷達和傳感器等功能的融合。
圖2：恩智浦的S32Rx雷達MCU。
汽車雷達
遠程高分辨率雷達所需的智能微控制器單元（MCU）是開發(fā)下一代安全性關(guān)鍵系統(tǒng)的核心。NXP的 S32Rx radar MCU是32位器件，可滿足現(xiàn)代波束成形快速啁啾（fast chirp）調(diào)制雷達系統(tǒng)所需的高性能計算需求，它具有雷達I / F和處理功能，以及雙e200z內(nèi)核和寬大的系統(tǒng)內(nèi)存。這些器件采用AEC-Q100 grade 1和257 MAPBGA封裝，專為自適應巡航控制、自動緊急制動和后部交通警報（rear traffic crossing alert）等應用而設(shè)計。
設(shè)計未來的全自動駕駛車輛
雖然目前有很多關(guān)于自動駕駛汽車的炒作，但必須記住，我們?nèi)匀惶幱谶@項技術(shù)的早期階段。汽車工程師協(xié)會（SAE）已經(jīng)定義了五個級別的自動駕駛： 級別0（Level 0）意味著沒有任何自動化，而級別5（Level 5）則是完全自動化。說起擁有一定程度自動駕駛功能的汽車（例如使用特斯拉自動駕駛功能），如今最先進的車輛仍然處在SAE Level 2。
雖然在過去的十年中，圖像傳感和物體識別技術(shù)取得了重大進展，但我們距離完全自動駕駛汽車還有很長的路要走。據(jù)估計，在普通汽車實現(xiàn)SAE Level之前至少還需要15年。然而，汽車OEM已經(jīng)制定了雄心勃勃的自動駕駛時間表，為此正在加速ADAS組件的開發(fā)部署，ADAS是實現(xiàn)自動駕駛技術(shù)的基礎(chǔ)。
大眾汽車（Volkswagen）、Mobileye和Champion Motors最近宣布成立一家合資企業(yè)，在以色列部署完全無人駕駛的乘車服務，計劃于2019年推出部分服務，并隨后于2022年全面投入運營。大眾將提供電動汽車平臺， Mobileye將整合交鑰匙軟件和硬件技術(shù)以實現(xiàn)自動駕駛，而Champion Motors將負責車隊管理和維護等方面。 ABI Research預測，到2025年，汽車行業(yè)將出貨大約800萬輛具有SAE Level 3和Level 4技術(shù)的消費市場汽車，這種汽車仍然需要駕駛員，但在某些條件下能夠完全將安全關(guān)鍵功能交由車輛完成。
完全自動駕駛汽車進入主流市場的速度將取決于人們處在無人駕駛的汽車中是否具有安全感。當自動駕駛車輛涉及交通事故時，還需要解決復雜的法律問題，即誰（或什么）該負責相應的責任。自動駕駛汽車前面的道路充滿了不確定性，但很明顯，人類控制作為汽車駕駛不可或缺一部分的體驗，很快就會成為過去的歷史。