中國(guó)汽車(chē)整車(chē)技術(shù)需求、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2018-10-23 09:49:24· 來(lái)源：華域視覺(jué)科技（上海）有限公司技術(shù)總監(jiān) 敖錦龍

（1）智能網(wǎng)聯(lián)化燈光控制模塊將作為整車(chē)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，不再是孤立的燈具電子模塊，通過(guò)與整車(chē)總線(xiàn)互聯(lián)互通，大燈就有了自己的思維只照亮該照亮的地方，燈具電子網(wǎng)聯(lián)化控制會(huì)成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。a. ADB(Adaptive Driving Beam)實(shí)時(shí)自適應(yīng)

（1）智能網(wǎng)聯(lián)化

燈光控制模塊將作為整車(chē)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，不再是孤立的燈具電子模塊，通過(guò)與整車(chē)總線(xiàn)互聯(lián)互通，大燈就有了自己的“思維”——只照亮該照亮的地方，燈具電子網(wǎng)聯(lián)化控制會(huì)成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

a. ADB(Adaptive Driving Beam)

實(shí)時(shí)自適應(yīng)照明，是智能燈光發(fā)展的一個(gè)階段，也是車(chē)用網(wǎng)聯(lián)化的一個(gè)成功應(yīng)用。從照明來(lái)講，100像素以下的ADB足以實(shí)現(xiàn)車(chē)燈照明，每個(gè)像素均由單獨(dú)LED芯片精確控制0%-100%的光強(qiáng)，對(duì)不同交通情況、天氣狀況、道路路況、自身車(chē)況所需要的配光分布做出調(diào)整。當(dāng)有其他車(chē)輛進(jìn)入車(chē)燈的光分布區(qū)域時(shí)，模塊會(huì)有選擇性地動(dòng)態(tài)掩蔽對(duì)方車(chē)輛所在區(qū)域以防止眩目。

b. DLP(Digital Light Procession)

數(shù)字高分辨光處理技術(shù)，能提供萬(wàn)級(jí)以上，甚至百萬(wàn)級(jí)像素，能清晰投影復(fù)雜的、帶有曲線(xiàn)的圖形，確保光順的截止線(xiàn)拐點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)沒(méi)有鋸齒的截止線(xiàn)。DLP把光用到極致，在進(jìn)行來(lái)車(chē)會(huì)車(chē)遮蔽的時(shí)候，確定需要遮蔽的區(qū)域以及滿(mǎn)足要求的最小遮蔽窗口，減少照明范圍的損失，適應(yīng)未來(lái)有人/無(wú)人駕駛共同存在的環(huán)境。

在實(shí)現(xiàn)照明功能的同時(shí)，通過(guò)與攝像頭、導(dǎo)航以及雷達(dá)技術(shù)的融合，以投影的方式實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，增強(qiáng)車(chē)與人之間的互動(dòng)、汽車(chē)與其他道路使用者的溝通。為后續(xù)智能駕駛提供更加安全和便捷的夜間行駛“光服務(wù)”，增強(qiáng)多種場(chǎng)景的安全駕駛體驗(yàn)。

(2)信息交互化

交互設(shè)計(jì)致力于為特定的汽車(chē)應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)最優(yōu)的解決方案。根據(jù)各個(gè)駕駛階段的有用信息，做出合理決策和操作，通過(guò)影像、圖形、聲音等手段，在友好的交互界面上體現(xiàn)信息將會(huì)是信息交互化發(fā)展的必然趨勢(shì)。以DLP為例，除了照亮該照亮的地方(高精度ADB遮蔽)，甚至通過(guò)燈光給司機(jī)打信號(hào)，比如，交互信號(hào)有: 導(dǎo)航信息路面投射，限速提示，行人互動(dòng)信息提示，行人位置跟蹤提示，行駛意圖信號(hào)投影，預(yù)測(cè)行駛區(qū)域提示等。信息交互化作為智能駕駛技術(shù)，將有效提高汽車(chē)駕乘的安全性，通過(guò)制造不同場(chǎng)景的交互方案，將用戶(hù)的產(chǎn)品體驗(yàn)做到極致。

(3)用戶(hù)界面?zhèn)€性化

用戶(hù)界面是信息交互的表現(xiàn)途徑，是讓產(chǎn)品好用且使人愉悅的技術(shù)。用戶(hù)界面設(shè)計(jì)時(shí)，既要了解用戶(hù)在同產(chǎn)品交互時(shí)彼此的行為，又要了解用戶(hù)和他們的期望，用戶(hù)界面必須具有易用性和良好的用戶(hù)體驗(yàn)性。在不影響安全、不違背法規(guī)的前提下，將來(lái)會(huì)有越來(lái)越多車(chē)型，開(kāi)放用戶(hù)界面的部分設(shè)置功能，將個(gè)性化配置權(quán)限釋放給用戶(hù)，用戶(hù)通過(guò)本地或OTA方式更新個(gè)性化的配置。比如，交互信息的觸發(fā)使能、觸發(fā)條件、信息內(nèi)容，個(gè)性化出行、音樂(lè)、智能停車(chē)、電臺(tái)推薦等。

4.2 技術(shù)需求

作為汽車(chē)照明的技術(shù)領(lǐng)先者，華域視覺(jué)擁有清晰的戰(zhàn)略方向，建立了智能化模塊的開(kāi)發(fā)能力和體系，儲(chǔ)備了前沿技術(shù)，可為客戶(hù)提供創(chuàng)新、先進(jìn)的產(chǎn)品及解決方案。

(1)ADAS(Advanced Driver Assistant system)

a. 嵌入式系統(tǒng)研發(fā)能力

電子模塊開(kāi)發(fā)離不開(kāi)軟件，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的能力建設(shè)，是車(chē)用零件向電氣化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化進(jìn)化的必要條件。

因智能模塊的系統(tǒng)復(fù)雜性，需功能復(fù)雜的軟硬件系統(tǒng)來(lái)支撐。目前市面上，典型的硬件系統(tǒng)通?；?類(lèi)方案，Mobileye EyeQ3或EyeQ4系統(tǒng)，F(xiàn)PGA(Field - Programmable Gate Array) 系統(tǒng)以及GPU(Graphics Processing Unit) 系統(tǒng)。Mobileye系統(tǒng)是最早的感知識(shí)別系統(tǒng)，但方案封閉，OEM和Tier1客戶(hù)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)個(gè)性化開(kāi)發(fā)配置。因此，有較強(qiáng)開(kāi)發(fā)實(shí)力和創(chuàng)新能力的Tier1和各初創(chuàng)公司都在積極探索FPGA方案或GPU方案，比較典型的，有MiniEye, 魔視智能，百度，華域視覺(jué)等。

圖 4.2 基于FPGA方案的硬件架構(gòu)圖 , 軟件架構(gòu)圖

軟件架構(gòu)需具備跨平臺(tái)性，實(shí)時(shí)性，圖形化，視覺(jué)識(shí)別，可擴(kuò)展性，安全性等。其對(duì)嵌入式系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)提出了標(biāo)準(zhǔn)化需求，通過(guò)拆分硬件和軟件，創(chuàng)造出一種全新的模塊化軟件體系，為客戶(hù)提供一個(gè)具有高度動(dòng)態(tài)性和靈活性的平臺(tái)，使研發(fā)人員專(zhuān)注于算法、模型等應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)，利于需求確認(rèn)、仿真分析、快速原型、HIL驗(yàn)證，利于迭代改進(jìn)，利于最終方案的快速凍結(jié)。

b. 機(jī)器視覺(jué)算法研發(fā)能力

用深度學(xué)習(xí)為機(jī)器視覺(jué)賦能，解決人類(lèi)視覺(jué)的一個(gè)痛點(diǎn):在黑暗或惡劣的天氣條件下，人類(lèi)具有有限的視力和反應(yīng)能力。

深度學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)主要是自學(xué)習(xí)特征。深度學(xué)習(xí)如果有足夠多的樣本用于訓(xùn)練，就能夠使系統(tǒng)的感知能力足夠高; 傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法需要手工提取特征，很多時(shí)候還需專(zhuān)家知識(shí)、算法的魯棒性設(shè)計(jì)，非常困難，很難保證魯棒性，另外還需大量的調(diào)試、非常耗時(shí)。

深度學(xué)習(xí)一般包括四種類(lèi)型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層:輸入層、卷積層、池化層、輸出層。隨著網(wǎng)絡(luò)層和節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，可以表達(dá)更細(xì)、更多的識(shí)別目標(biāo)特征，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層數(shù)越多，檢測(cè)精度越精確。

卷積層和池化層是深度學(xué)習(xí)的核心處理層。卷積層主要是用于負(fù)責(zé)物體特征的提取;池化層主要是負(fù)責(zé)采樣。

深度學(xué)習(xí)主要包括兩方面內(nèi)容:一個(gè)是訓(xùn)練，一個(gè)是檢測(cè)。訓(xùn)練一般主要是離線(xiàn)進(jìn)行，就是將采集到的樣本輸入到訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)中。訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行前向輸出，再利用標(biāo)定信息進(jìn)行反饋，最后輸出模型，這個(gè)模型再導(dǎo)入到檢測(cè)的網(wǎng)絡(luò)中，檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)就可以對(duì)輸入的視頻和圖像進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別。

c. 通訊網(wǎng)絡(luò)——Ethernet, 5G等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力

車(chē)內(nèi)常見(jiàn)的總線(xiàn)包括LIN、CAN。隨著汽車(chē)電子爆發(fā)，ECU數(shù)量和運(yùn)算能力需求都呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，在ADAS時(shí)代和即將到來(lái)的無(wú)人駕駛時(shí)代將更加明顯。車(chē)載以太網(wǎng)可減少分布式ECU數(shù)量和運(yùn)算資源的浪費(fèi)，控制汽車(chē)電子系統(tǒng)成本增加。另一方面，車(chē)載以太網(wǎng)可滿(mǎn)足車(chē)載EMC要求，可減少車(chē)內(nèi)連接成本和車(chē)內(nèi)布線(xiàn)重量。再者，對(duì)帶寬的需求也是一個(gè)因素，各種傳感器，特別是激光雷達(dá)和高分辨率攝像頭，必須用車(chē)載以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，保障信息可靠交付、減小數(shù)據(jù)包開(kāi)銷(xiāo)、降低傳輸延時(shí)、實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘校準(zhǔn)。

5G是新一代的移動(dòng)通訊技術(shù)，其更高的速率、更大的峰值帶寬、更短的時(shí)延、更高的可靠性，會(huì)成為萬(wàn)物互聯(lián)的基礎(chǔ)架構(gòu)，5G所帶來(lái)的影響將徹底重塑和改變世界。對(duì)于汽車(chē)行業(yè)，5G才能實(shí)現(xiàn)真正的車(chē)聯(lián)網(wǎng)。車(chē)上能用網(wǎng)絡(luò)隨身聽(tīng)首歌或者刷個(gè)微博，只能勉強(qiáng)稱(chēng)之為“車(chē)聯(lián)網(wǎng)”。真正的車(chē)聯(lián)網(wǎng)意味著車(chē)輛擁有V2X的通信能力，即實(shí)現(xiàn)車(chē)與人，車(chē)與車(chē)，車(chē)與路測(cè)設(shè)施，車(chē)與網(wǎng)絡(luò)的通信。意味著車(chē)不僅是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)，更是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)人們開(kāi)車(chē)上路時(shí)，因單車(chē)的局限性，雷達(dá)、攝像頭看不見(jiàn)、看不清、看不準(zhǔn)，V2X通信能提供遠(yuǎn)超出當(dāng)前傳感器感知范圍的信息，本質(zhì)上可以把V2X視為一個(gè)拉長(zhǎng)拉遠(yuǎn)的“傳感器”，通過(guò)和周邊車(chē)輛、道路、基礎(chǔ)設(shè)施的通訊，獲取比單車(chē)能得到的更多的信息，大大增強(qiáng)對(duì)周?chē)h(huán)境的感知。

d. 照明與顯示集成的模塊開(kāi)發(fā)能力

面對(duì)未來(lái)趨勢(shì)，車(chē)燈的使命不再只是照明，而更像是一種顯示裝置，車(chē)燈將進(jìn)化為照明和高分辨率顯示的結(jié)合體，需一種新型的光學(xué)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。整套模塊的工作過(guò)程是，由光源照射在反射鏡，由其匯聚形成光斑，并成像于芯片表面工作區(qū)域內(nèi)。芯片根據(jù)實(shí)際車(chē)載智能大燈的需求，打開(kāi)或者關(guān)閉其上的各種可控像素，打開(kāi)的像素可使得該像素上反射的光線(xiàn)進(jìn)入后續(xù)投影透鏡組，而被芯片關(guān)閉的像素，將使得該像素上光線(xiàn)偏折，無(wú)法進(jìn)入后續(xù)投影透鏡組。最終進(jìn)入投影透鏡組的光線(xiàn)，形成照明像素，無(wú)法進(jìn)入投影透鏡組的光線(xiàn)，形成暗像素，由此構(gòu)成了智能大燈所需的明暗照明圖形。

因高分辨率的苛刻要求，模塊開(kāi)發(fā)有很大難度，其難點(diǎn)如下:

1. 光驅(qū)設(shè)計(jì)，包含了照明光路設(shè)計(jì)和成像光路設(shè)計(jì);

2. 光損控制，因光路長(zhǎng)，需降低每個(gè)環(huán)節(jié)的光損失;

3. 裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，光源、芯片、透鏡組、反射鏡以及透鏡組支架等零件所構(gòu)成的光路總成，其裝配精度要求非常高，如“失之毫厘”，則將“差之千里”;

4. 散熱設(shè)計(jì)，考慮標(biāo)準(zhǔn)化、可復(fù)用性，需以最小的散熱體積，實(shí)現(xiàn)最佳的解熱性能，從而確保總成尺寸緊湊小巧，并滿(mǎn)足輕量化目標(biāo)。

e. 智能駕駛的目標(biāo)感知與信號(hào)融合技術(shù)

感知目標(biāo)的類(lèi)型，大致如下: 周邊物體:車(chē)輛、行人、道路上可能影響行駛的各種移動(dòng)或靜止物體的識(shí)別，交通標(biāo)志牌的識(shí)別。駕駛環(huán)境:路面狀況、道路交通擁堵情況、天氣情況的識(shí)別。行駛路徑:結(jié)構(gòu)化道路的識(shí)別，包括道路信息(車(chē)道線(xiàn)、路肩、隔離帶等)、惡劣路況的識(shí)別;對(duì)于非結(jié)構(gòu)化道路，包括車(chē)輛行駛前方的道路環(huán)境狀況的識(shí)別、可行駛區(qū)域的識(shí)別確認(rèn)。

現(xiàn)有感知方法、原理和優(yōu)缺點(diǎn)，大致如下:

融合感知所實(shí)現(xiàn)的功能要遠(yuǎn)超這些獨(dú)立系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能總和，能更加準(zhǔn)確地感知周?chē)沫h(huán)境。相對(duì)于獨(dú)立系統(tǒng)，這樣可以做出更好、更安全的決策。

使用不同的傳感器種類(lèi)可以在某一種傳感器出現(xiàn)故障的環(huán)境條件下，額外提供一定冗余度。這種錯(cuò)誤或故障可能是由自然原因(諸如一團(tuán)濃霧)或是人為現(xiàn)象(例如對(duì)攝像頭或雷達(dá)的電子干擾或人為干擾)導(dǎo)致。即使在一個(gè)傳感器失效的情況下，這樣的傳感器融合系統(tǒng)也可以保持某些基本或緊急的功能。完全借助報(bào)警功能，或者讓駕駛員做好準(zhǔn)備去接管對(duì)車(chē)輛的控制，系統(tǒng)故障也許就不那么嚴(yán)重了。

為了應(yīng)對(duì)這種日益增長(zhǎng)的復(fù)雜性，融合系統(tǒng)需要考慮如下方面:

多個(gè)傳感器的融合，比如多個(gè)雷達(dá)和攝像頭傳感器;可交換傳感器模型以適應(yīng)不同傳感器供應(yīng)商的選擇;能夠配置傳感器的數(shù)量和位置;可以實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用場(chǎng)景的駕駛環(huán)境模型。

與汽車(chē)內(nèi)每個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)執(zhí)行各自的報(bào)警或控制功能不同，在一個(gè)融合系統(tǒng)中，最終采取哪種操作是由單個(gè)器件集中決定的?，F(xiàn)在的關(guān)鍵問(wèn)題就是在哪里完成數(shù)據(jù)處理，以及如何將傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送到中央電子控制單元(Electronic control unit, ECU)。當(dāng)對(duì)不是集中在一起而是遍布車(chē)身的多個(gè)傳感器進(jìn)行融合時(shí)，我們就需要專(zhuān)門(mén)考慮傳感器和中央融合ECU之間的連接和電纜。對(duì)于數(shù)據(jù)處理的位置也是如此，因?yàn)樗矔?huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

(2) 信息交互化

車(chē)燈信息交互系統(tǒng)需要明確場(chǎng)景定義以及相應(yīng)的技術(shù)需求。

a. 場(chǎng)景定義及開(kāi)發(fā)需求

導(dǎo)航信息路面投射功能

圖 4.4 投射功能

結(jié)合車(chē)載導(dǎo)航信息，在路面上直接投影出導(dǎo)航信息，直觀的引導(dǎo)駕駛員向目的地行駛，與HUD系統(tǒng)對(duì)比，在路面上投影顯得更加清晰和直觀，觀測(cè)范圍遠(yuǎn)大于HUD，擺脫了EYE BOX觀察窗口的范圍限制，且路面上的投影是一個(gè)實(shí)像，圖形范圍大，直觀程度和駕駛員理解反應(yīng)時(shí)間都優(yōu)于HUD投影的虛像。

圖 4.5 限速示功能

集合車(chē)載攝像頭或車(chē)載數(shù)字地圖，識(shí)別當(dāng)前行駛道路的限速，或其他交通提示信息，通過(guò)高亮或短暫閃爍的方式，將信息投射的路面上，起到警示駕駛員的目的。例如，駕駛員已經(jīng)超速，可以通過(guò)路面上高亮、快速閃爍的限速標(biāo)示牌，起到警示駕駛員立刻減速的目的。

圖 4.6 行人互動(dòng)信息示

與行人互動(dòng)的信息投影功能，可以提示行人車(chē)輛目前的意圖，例如在無(wú)交通信號(hào)指示的內(nèi)部道路，車(chē)輛與希望過(guò)馬路的行人相遇，車(chē)輛可根據(jù)情況在路面上投影橫道線(xiàn)，或者更加直接的字母、符號(hào)等信息，提示行人可以過(guò)馬路。

在某些特定、但又比較常見(jiàn)的場(chǎng)合，行駛意圖信號(hào)投影功能是非常有意義的。例如車(chē)輛從兩邊有遮擋的道路進(jìn)入十字路口時(shí)，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向信號(hào)可能被遮擋，無(wú)法被其他車(chē)輛識(shí)別，因此通過(guò)燈光在路面上直接投影出高亮并且動(dòng)態(tài)的特殊標(biāo)示就可以解決這一問(wèn)題。

圖 4.8 預(yù)測(cè)行駛區(qū)域示

將當(dāng)前駕駛狀態(tài)下的預(yù)測(cè)行駛軌跡投影在路面上，直觀提醒駕駛員，即將碰觸的路面軌跡，同時(shí)也提醒其他道路參與者，如周?chē)腥耍灰M(jìn)入車(chē)輛將要經(jīng)過(guò)的行駛區(qū)域。

b. 基于云<—>端的信息交互技術(shù)

隨著網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的不斷深入，越來(lái)越多的汽車(chē)搭載無(wú)線(xiàn)通信模塊，汽車(chē)由端出發(fā)，通過(guò)網(wǎng)聯(lián)云，與其他車(chē)輛端、基礎(chǔ)設(shè)施端、手機(jī)端，進(jìn)行人、車(chē)、基礎(chǔ)設(shè)施、互聯(lián)網(wǎng)的多方交互，幫助解決車(chē)輛掌握交通態(tài)勢(shì)等問(wèn)題。