汽車安全趨勢―消除盲區(qū)的設計考慮

摘要：本文介探討了汽車的安全趨勢，以及消除盲區(qū)的設計考慮，諸如后視和攝像頭組合，獲得鷹眼視野等。

從防抱死制動系統(tǒng)到安全氣囊，汽車安全的重要性多年來一直是大量重要創(chuàng)新背后的原動力。德國汽車制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(tǒng)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(tǒng)是基于雷達的系統(tǒng)，可提醒駕駛員有汽車進入盲區(qū)，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復雜和普遍，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(qū)的情況下。

設計考慮事項

在后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制造商面臨的兩個關鍵設計考慮因素。系統(tǒng)成本的兩個要素是攝像頭和顯示器。初始實現(xiàn)利用了安裝在后視鏡中的低成本顯示器。隨著導航單元和儀表盤中的顯示器 (in-dash display) 變得更加常見，它們也被用于顯示后視攝像頭影像。原始設計想通過負責管理信息娛樂子系統(tǒng)的核心處理器來運行該視頻。但這些復雜的系統(tǒng)芯片 (SoC) 帶來了可靠性問題，由于啟動過慢，它們無法在汽車一點火后就及時向駕駛員提供后視攝像頭影像。

另一個選擇(特別是在這些SoC上的負載繼續(xù)增加時)是利用類似于“硬件實現(xiàn)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(圖1)，以確保在不到500ms內的可靠傳送。

該方案使系統(tǒng)能夠檢測鎖定情況并在需要時繞過SoC。硬件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(tǒng)架構師面臨的另一個挑戰(zhàn)是，大多數(shù)數(shù)字SoC沒有足夠多的端口來接受現(xiàn)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數(shù)據(jù)的能力——盡管并不總是那么可靠，但無法立即把來自多個輸入的數(shù)據(jù)傳送到器件。答案是通過一條數(shù)據(jù)總線來一起交錯傳送這些信號，而且該總線只需要一個連接應用處理器的視頻接口。SoC因此能夠解復合(demux)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(shù)量將會增加，從而支持更多視頻輸入。交錯傳送數(shù)字輸出方案使用的多通道模擬視頻解碼器騰出了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(yōu)勢。由于每個汽車上有多達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。需要更復雜和昂貴的處理及接線的高清攝像頭，對這些汽車來說并非經(jīng)濟有效的選擇。反之，模擬技術是全功能的，并能以低得多的實施成本提供可靠性優(yōu)勢。

獲得鷹眼視野

現(xiàn)在，汽車制造商已不再爭論后視攝像頭是否有用，大多數(shù)制造商正大踏步邁進，欲使全景環(huán)視功能成為許多車型的標準安全功能。

全景環(huán)視監(jiān)控系統(tǒng)(亦稱全景環(huán)視監(jiān)控器)可處理來自四個車載攝像頭的視頻，然后將四幅圖像合并為鷹眼俯視圖，如同汽車正上方有個攝像頭一樣。該監(jiān)控器可幫助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(jù)Infinity Research的研究，僅全景環(huán)視監(jiān)控器一項應用在2018年前的復合增長率就達到33%。

實施該應用的成本效益已經(jīng)提高，并可通過專為全景環(huán)視泊車輔助應用開發(fā)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質量NTSC/PAL模擬視頻解碼器與10-bit模/數(shù)轉換器 (ADC) 來同時支持四個獨立模擬攝像頭輸入(圖2)。靈活的數(shù)字輸出接口可將圖像發(fā)送至處理器，隨后由處理器將四幅圖像合并為一個全景環(huán)視畫面。片上模擬視頻解碼器能夠將合成視頻作為標準模擬復合信號傳送至汽車音響本體顯示器。直接接收差分模擬視頻輸入的能力，避免了在每個輸入通道上配置一個外圍功率放大器，進一步減少了元件數(shù)目。這一高集成度有助于簡化系統(tǒng)設計和最大限度減小解決方案尺寸，以節(jié)省寶貴的電路板空間和降低總系統(tǒng)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。由于可能采用各種實現(xiàn)方法，這些新的四通道視頻解碼器現(xiàn)在可提供數(shù)字輸出接口，來支持多種配置，包括通過四條27MHz 8-bit總線提供標準ITU-R BT.656格式輸出;通過一條54MHz 8-bit總線發(fā)送雙通道視頻的時分復用字節(jié)交錯輸出;或者通過一條108MHz 8-bit總線發(fā)送四通道視頻的時分復用字節(jié)交錯輸出。這使系統(tǒng)工程師能夠設計用于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(jiān)控系統(tǒng)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，并確保系統(tǒng)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(qū)別因素——碰撞試驗數(shù)據(jù)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。這已改變了汽車制造商宣傳這些新功能的方式。由于消費者準備為安全花錢，所以諸如盲區(qū)監(jiān)控器和車道偏離警告等功能，使得擁有中央LCD和信息娛樂系統(tǒng)比通過升級來獲得更好的無線電或導航系統(tǒng)變得更有吸引力?；A車型的附加高檔功能日益集中于幫助實現(xiàn)更佳的視野和安全性，并且事實證明在經(jīng)濟上對汽車制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(xiàn)，還有更多進展將會到來。越來越多的視頻將被用于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數(shù)據(jù)的又一個顯示器。提供可靠、易于集成和經(jīng)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并最終增加消費者對新車的需求。