ADAS:过去、现在和未来

ADAS 出现在未来汽车广告中,被誉为尖端技术。然而,这一概念出现的时间比大多数人意识到的要长。

ADAS,即高级驾驶辅助系统,是当今汽车技术的前沿,是全自动驾驶汽车的前身。ADAS 出现在未来汽车广告中,被誉为尖端技术。然而,这一概念出现的时间比大多数人意识到的要长。

最古老的驾驶辅助系统之一是自动刹车系统 (ABS:automatic braking systems),它是为 20 世纪 20 年代为飞机开发的。飞机在跑道上着陆后不可避免地会失控打滑,ABS 刹车系统有助于防止重型飞机和喷气式飞机着陆时发生事故。直到 20 世纪 70 年代,罗伯特·博世与梅赛德斯-奔驰联合开发了专利,ABS 才在汽车上得到广泛应用。克莱斯勒和本迪克斯公司为 1971 年的克莱斯勒帝国开发了一种名为“Sure Brake”的 ABS 系统。福特在林肯大陆上安装了“Sure-Track”,通用汽车在凯迪拉克和奥兹莫比尔 Toronado 上推出了“Trackmaster”,这是一款后轮专用系统。日产在 20 世纪 70 年代将 Denso 开发的早期电子 ABS 系统安装在他们的日产 President 轿车上。宝马甚至在 20 世纪 80 年代将 ABS 技术应用于 K100 摩托车。

另一项驾驶辅助技术是 20 世纪 60 年代中期使用的负载感应比例阀。比例阀安装在皮卡车上,以最大限度地减少湿滑路面上紧急制动时的车辆旋转(swapping ends)。负载感应阀位于后制动器的液压系统中。连接到皮卡车厢和阀门的金属杆大致指示了卡车在制动过程中承受的重量。它的功能是控制主缸的制动液压力以响应车辆负载,并防止后轮过早锁死。

自 20 世纪 50 年代以来,速度警告系统一直帮助驾驶员松开油门以降低车速。1962 年的别克 Wildcat 车速表有一个可由驾驶员设置的速度指示器。当超过该速度时,蜂鸣器会发出减速警告。其他驾驶辅助创新包括:1947 年推出的汽车巡航控制,但在今天的车辆上很常见,以及自动和手动变速器的空档安全开关(or inhibitor switch)——一种驾驶辅助形式,可防止驾驶员在变速器挂档时启动发动机。甚至一些老式收音机都有自动音量控制,可以随着车速增加音量,让驾驶员专心驾驶。所有这些系统虽然没有被标记为真正的 ADAS 技术,但都提供了早期的驾驶辅助功能。

当前的 ADAS 系统

汽车行业中并非所有人都使用“自动辅助”一词,这恰恰导致了由驾驶公众的误导而导致的事故。特斯拉和其他豪华汽车就曾出现过这种情况,销售人员大肆宣扬其品牌产品的优势,并夸大 ADAS 功能。例如,销售人员可能会对客户说:“只需按下这个按钮,汽车几乎可以自动驾驶。”购买汽车后,新车主上州际公路,启动 ADAS 系统,开始在手机上玩游戏。由于缺乏对 ADAS 局限性的了解,导致了一些事故,甚至造成人员死亡。

由于 OEM、软件公司和售后市场都在开发自动驾驶汽车及其支持部件,因此需要一种通用语言来描述该技术以避免混淆。2016 年,美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA: the National Highway Traffic Safety Administration ) 采用了由国际汽车工程师学会 (SAE: Society of Automotive Engineers) 开发的自动驾驶功能描述,该描述分为五个级别的 ADAS 技术。它基于“谁在何时做什么”。

0 级 – 人类驾驶员做所有事情。

1 级 – 车辆上的自动化系统有时可以协助人类驾驶员完成部分驾驶任务。

2 级 – 车辆上的自动化系统实际上可以执行部分​​驾驶任务,而人类则继续监控驾驶环境并执行其余驾驶任务。

3 级 – 自动化系统在某些情况下既可以执行部分​​驾驶任务,也可以监控驾驶环境,但当自动化系统要求时,人类驾驶员必须准备好重新控制。

4 级 – 自动化系统可以执行驾驶任务并监控驾驶环境,人类不需要重新控制,但自动化系统只能在特定环境和特定条件下运行。

5 级 – 自动化系统可以在所有条件下执行所有驾驶任务。

使用 ADAS 帮助驾驶员进行转向、制动、监控和警告任务预计未来 10 年内将会增加。部分原因是消费者和政府对保护驾驶员和减少事故的安全应用的兴趣。例如,美国和欧盟要求所有车辆在 2022 年前配备自动紧急制动系统和前方碰撞警告系统。ADAS 的使用增加也将对汽车维修行业产生重大影响。即使是更换挡风玻璃这样的简单工作也会因为需要校准的 ADAS 传感器而变得复杂。位于英国的 The Windscreen Company (www.thewindscreenco.co.uk) 等企业必须教育消费者更换挡风玻璃的成本增加。消费者调查显示,购车者对为驾驶员提供舒适和便利的 ADAS 应用越来越感兴趣,例如盲点监控和停车辅助。以下是当前使用中的 ADAS 的一些亮点。

自适应巡航控制(ACC)

自适应巡航控制 (ACC:Adaptive cruise control) 也称为动态巡航控制,被认为是 1 级 ADAS 技术。 ACC 系统可以使用雷达、激光雷达(如 Ainstein (www.ainstein.ai) 制造的激光雷达)或基于摄像头的传感器来帮助驾驶员保持车辆之间的距离。ACC 系统的传感器输入可以使用车辆的发动机管理系统来控制高速制动和加速。雷达系统可以是长距离的,也可以是短距离的,有些车辆两种都用。基于激光的系统上的黑匣子传感器必须暴露在它正在跟踪的区域,因为激光会从其他车辆上反射回来,所以它在大雨或大雪中无法正常工作(或根本无法工作)。一些基于摄像头的系统使用两个前置摄像头,放置在后视镜的两侧,为系统的计算机提供双目视觉。通过数字处理,ACC 系统可以计算出前方车辆的距离。

在某些车辆上,防撞是 ACC 系统的另一个功能,它使用相同的传感器来警告驾驶员潜在的轻微碰撞或更糟的情况。除了传感器之外,GPS 信息还可用于提醒系统注意固定物体,如停车标志、十字路口、出口和入口高速公路坡道以及其他危险驾驶区域。未来的 ACC 系统将通过保持车辆之间的最佳间隔距离来提高道路容量,并提供更安全的驾驶环境。

驾驶员状态检测(DMS)

驾驶员状态监测(DMS:Driver Monitoring System)疲劳检测或疲劳检测警告是警告驾驶员他们没有注意前方道路的一些系统的名称——是时候喝杯咖啡或靠边小睡一会儿了。

研究表明,20% 或更高的道路事故与驾驶员疲劳有关。驾驶员困倦检测和车道偏离警告系统相似,即使不完全相同。它们可以使用通过摄像头进行的道路车道监控、转向模式监控或驾驶员眼睛和面部监控来确定何时发出警告。未来的系统可以使用身体传感器来测量心率、大脑和肌肉活动以及皮肤电导率等指标,以衡量驾驶员真正的清醒程度。

从汽车诞生之日起,驾驶员“停车”的能力就一直是一个挑战。平行停车考试是驾照考试中最难的一项技能,难度之大以至于 16 个州取消了这项要求。缺乏停车技能导致了一种替代娱乐形式——观看司机尝试平行停车。无论他们倒车和停车多少次,和/或撞到其他车辆,他们似乎都无法靠近路边。自动停车是一种 ADAS 系统,它弥补了驾驶辅助和全自动驾驶之间的差距,因为该系统在停车操作期间接管转向。

自动停车系统 (APS)

一般来说,自动停车系统 (APS:Automatic Parking Systems) 使用位于车辆四个角的超声波传感器来确定其相对于其他停放车辆的位置。在操作过程中,APS 处于开启状态,车辆驶过所需停车位,以确定是否有足够的停车空间。在停车过程中,系统指示驾驶员倒车或行驶并踩刹车,直到车辆停好。垂直停车是一个类似的过程。驶过空停车位并测量后,车辆会自动转向,倒车进入停车位,而驾驶员控制油门和刹车踏板。由于驾驶员对停车感到焦虑,汽车制造商希望为客户提供一种解决停车技能不足的方法也就不足为奇了。

未来的 ADAS 系统将成为区分汽车品牌的真正因素。OEM 及其供应商知道,它们也将成为向消费者销售各种级别的装饰和附加包的重要收入来源。随着 ADAS 技术成本的下降,它将出现在较便宜的汽车上并成为普遍现象。

ADAS 和自动驾驶汽车

从目前的 ADAS 系统可以看出,未来的驾驶辅助技术将成为消费者汽车体验中更重要的一部分。超声波、雷达和光学传感器的使用将提供更完整的车辆周围环境图像,并将更多的驾驶责任从人类驾驶员转移到计算机,以实现更安全、更轻松的驾驶体验。

向全自动驾驶过渡的一个重要部分是将车辆彼此连接并连接其环境。传感器技术与联网汽车的结合将在从 ADAS 系统向全自动驾驶汽车的过渡中发挥越来越重要的作用。

虽然 ADAS 系统对于视线驾驶情况有效,但它们无法提供彼此连接和环境连接的车辆的态势感知。彼此连接的车辆可以使用各自的传感器来创建一个感知网络,该网络将远远超出仅使用 ADAS 的单个车辆的范围。联网汽车将收到危险情况的警报,为驾驶员和自动驾驶汽车提供更多反应时间。例如,在盲弯处错误的车道上迎面驶来的汽车;车辆转向避开道路障碍物;驾驶员在接近十字路口时即将闯红灯,这些都可能被联网汽车检测到,并将这些信息传输给其他车辆。

联网汽车技术最终将比 ADAS 系统每辆车的安装成本更低,并且能够执行许多(如果不是全部)相同的功能。联网汽车将接收来自周围车辆和基础设施的数据,显示驾驶员警报并与车载制动、转向和发动机管理系统交互。原始设备制造商和谷歌、微软等高科技公司正在投入巨额资金进行研发以打造自动驾驶汽车,但如果没有 ADAS 系统,他们就无法实现这一目标,因为 ADAS 系统将弥补当前驾驶辅助功能和全自动驾驶汽车之间的差距。

在 10 到 20 年内,驾驶员将能够进入他们的汽车并说“带我回家”,并在驾驶过程中阅读一本书或小睡一会儿,但这只能部分归功于当今车辆中使用的 ADAS 系统。

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