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          現階段,中國量產的自動駕駛車型多位于L2階段,L2階段通過傳感器確定周圍駕駛環境,進行車路、行人及道路感知,在感知信息的基礎上進行警示或制動等動作,輔助駕駛員安全駕駛,因而,雷達傳感器為該自動駕駛階段最核心的組成部分。雷達傳感器通過TOF或FMCW技術探測物體的相對位置、相對速度、相對角度,并在算法和決策平 臺的輔助下實現如AEB緊急自動制動、FCW前向碰撞預警、BSW盲區監視等十多項功能。

     

    1、AEB(自動緊急制動)功能


    定義:AEB是ADAS系統的重要功能,共分為三個檔次:

    (1)FCW,當存在潛在的碰撞危險時,AEB系統將會及時通過視覺、聽覺和/或觸覺報警(例如座椅震動)通知駕駛員;

    (2)二級警報,若駕駛員無法應,則出現限速自動提示;

    (3)自動介入剎車,必要的情況下由AEB自動控制剎車系統,完成制動操作,從而減輕或避免碰撞傷害,該功能在7-180km范圍內均可啟動。

     

     

    根據美國公路安全保險協會數據,AEB系統可將追尾事故發生的概率降低56%


    分類:(難度由低→高)

    根據事故類型,E-NCAP將AEB系統分為三類:

    1.城市專用AEB系統——多發生在交通擁堵的路口,速度慢(<20km/h),碰撞程度低;


    2.高速公路專用AEB系統——多發生于駕駛員疲勞的高速(50-80km/h)駕駛場景;


    3.行人保護專用AEB系統——檢測行人與自行車,需預測其運算路徑,算法復雜。


    前兩者更適合使用毫米波雷達,而第3種需在前兩者的基礎上進行圖像捕捉,因而需補充攝像頭。


    工作原理:AEB可通過視覺傳感器、毫米波雷達和激光雷達等技術實現,雷達傳感器或攝像頭傳感器測出前車或障礙物距離,數據分析模塊將測出距離與安全距離、警報距離進行比較,當距離過小時,AEB系統則會發出碰撞預警,若駕駛員未能及時進行制動操作,AEB系統將對剎車系統發出剎車請求,實現自動制動。

     

    毫米波雷達:具備全天候全天時工作優勢,但存在橫向輻射盲區。


    激光雷達:除探測距離長外,還可測量橫向位置,但易受天氣影響。


    視覺傳感器:具備明顯成本優勢,但識別準確度仍需提升,且受天氣影響大。


    成本:單攝像頭版AEB成本約600元,毫米波雷達版成本約1,500元,激光雷達版本成本則過萬。


    綜合性能和成本情況考慮,AEB系統最佳傳感器配置為“毫米波雷達+視覺傳感器”組合。


    發展現狀分析

    截至2019年上半年,中國AEB配置的裝車滲透率約為9%,主要搭載在20萬元及以上的外資品牌車型上,如奔馳Pre-safe、沃爾沃City safety、大眾Front Assist、豐田PCS。


    隨著2018版C-NCAP逐漸實施,未來3年AEB系統在中國市場的需求將迎來爆發式增長。


    2、BSW(盲區監視)功能


    定義:BSW系統通過在車輛后部安裝兩顆毫米波雷達以探測后視鏡盲區范圍,當探測到盲區內存在障礙物則向駕駛員發出警報,輔助進行變道或減速。BSW系統基本功能包括兩項:

    (1)BSW盲區監測,使用毫米波雷達進行盲區障礙物監測,并提供視覺、聽覺警報服務;


    (2)LCA變道輔助,在車輛變道過程中,探測相鄰車道是否有車輛快速接近的系統,并發出警告。工作條件:行駛速度>15km/h,或轉彎半徑>100m。


    盲區是汽車設計最大的缺陷之一,根據美國國家公路交通安全管理局數據,每年有80多萬起與盲點有關的安全事故發生,其中約300件導致死亡車禍。這也是BSW系統存在的重要原因。


    分類(按應用場景劃分)

    SBSD側面盲區監測

    STBSD轉向盲區監測


    功能拓展(開發難度由低→高

    1.RCTA在倒車時,實時監測車輛后部橫向接近的障礙物,并發出警告。


    2.DOW在即將開啟車門時,實時檢測車輛側后方障礙物,并發出警告。


    3.RCTB在倒車時,實時監測車輛后部橫向接近的障礙物,必要時主動進行制動。


    發展現狀分析

    此外,根據2019年9月發布的《美國消費者報告》顯示,BSW系統在ADAS輔助安全系統中避險百分比最高,可避免60%的車禍。因而,BSW是ADAS系統中配置率較高的一項功能,截至2019年上半年,其在中國市場的滲透率為17%,其中,價格在40萬元以上的汽車車型的滲透率最高,達到56%,BSW選配價格在5,000-7,000元之間。

     


    3、ACC(自適應巡航)功能


    定義:ACC系統是一種智能化的自動控制系統,借助外部傳感器(毫米波雷達、攝像頭、激光雷達等)檢測自車與前方車輛的距離和相對速度,并控制自身車速和前車保持固定的距離。假設前車變道離開,在未識別到新的目標物之前,ACC系統會控制車輛按照設定的車速行駛。


    ACC既可適用于低速場景(TJA交通擁堵輔助),也可適用于高速場景(ICA智能巡航輔助)。


    應用場景

     


    工作流程分析

    ACC系統利用傳感器得到行車所需信息,當發現前車減速或出現新目標時,電控單元將發送執行信號給發動機或制動系統,做出保持車距或自動制動等相關動作。若前方沒有車輛,則恢復設定車速。


    因涉及到汽車的自動制動,ACC系統還需協調發動機管理系統、自動變速箱控制器、電子穩定程序等部件進行工作。

     

    1、最常用的安全距離模型為車間安全時距模型,即跟車距離以時間為單位設置,通常為1-2.5s。


    2、需輔助車道識別單元、轉向角傳感器、橫擺率傳感器、車輪轉速傳感器等多部件進行判斷。


    3、ACC系統的自動制動力為車輛最大制動力的30%-40%,位于0.3-0.4g之間。若系統判定需要急剎(>最大制動力的40%)時,儀表上將會出現視覺信號并發出蜂鳴警報。


    備注:此處的“前方”指毫米波雷達的探測距離,一般為200米


    4、PA(停車輔助)功能


    定義與原理:

    PA系統通過安裝在車身上的超聲波雷達及攝像頭探測停車位置,繪制停車地圖,并實時動態規劃泊車路徑,將汽車指引或直接自動控制方向盤將汽車駛入停車位置。


    工作原理:PA系統通過搜索泊車位、生產泊車路徑和運動控制三大功能,實現自動泊車輔助。當汽車行駛速度低于30km/h時,其搜索功能將自動打開,在搜索到合適車位后,ECU將從速度和運動兩方面進行泊車軌跡模擬。最后,控制器將對汽車進行橫向和縱向控制,從而完成泊車動作。


    工作流程分析

     

    分類(按功能)

    PA系統目前已發展至第三代,從最開始的駕駛員必須在車內配合掛擋完成泊車(APA系統),發展到駕駛員可以站在車外5米外使用手機遙控泊車(RPA遠程遙控泊車),最后到汽車自主學習泊車路線完成固定車位泊車(自學習泊車),未來將出現第四代PA系統,即AVP代客泊車。

     


    5、LKA(車道保持)功能


    定義:LKA系統通過角雷達、多功能攝像頭識別本車相對于車道中央的位置,如車輛靠近標識線或偏離車道,則通過方向盤震動或聲音來進行警告,必要時通過自動轉向干預使車輛回到車道內。


    LKA系統包含三項子功能:

    (1)LDW,在車道偏離時,通過聲音、視覺和震動等方式發出預警;

    (2)LDP,在汽車快要駛離車道時,通過施加適當轉向干預實現位置修正的系統;

    (3)LCC,通過監控汽車與車道中線的相對位置,主動輔助駕駛員保持在車道中線位置,減少駕駛員負擔。


    產生的必要性

    在歐洲,39%的意外交通事故是因偏離車道而產生的,在美國這一比例為44%,而中國這一比例更是高達50%。高交通事故發送概率是催生LKA系統出現的重要原因。


    根據2019年9月發布的《美國消費者報告》顯示,LKA和LDW的避險指數為31%。截至2019年上半年,中國市場的LKA滲透率為26.4%,LDW的滲透率為44.6%。


    工作流程分析

    LKA系統可分為感知層、決策層和執行層三部分。其中,感知層用于采集車道信息和車輛信息,決策層用于判斷是否需要轉道并計算輸出力矩,執行層為EPS系統,EPS系統使用虛擬駕駛員轉向力矩代替扭矩傳感器監測到的駕駛員轉向力矩,完成車道保持輔助。

     


    適用條件分析

    LKA系統的缺陷:

    1.LKA系統是基于視覺傳感器辨認車道線的,如果攝像頭被遮擋、車道線不清晰、大雨霧霾等惡劣天氣、黑夜等情況都會導降低系統判斷精度;

    2.LKA系統的轉向能力有限,如果車輛的橫向偏移速度超過ESP設定,車輛就會跑出車道。


    使用限定條件:

    1.目前量產的LKA主要適用于高速場景的輔助功能,只有當車輛行駛速度>60km/h才LKA系統才介入工作,并限制該系統在惡劣天氣情況下的使用;


    2.根據2019年1月頒布的《道路車輛先進駕駛輔助系統(ADAS)術語及定義》的征求意見稿規定,LKA系統激活時引發的車輛橫向加速度不大于3m/s2,車輛橫向加速度變化率不大于5m/s3。


    6、其他功能


    除AEB、FCW、BSW、LCA、SBDS、STBSD、ACC、RCTA、DOW、RCTB、APA、RPA、自學習泊車、AVP、LKA、LDW、LDP及LCC功能外,雷達傳感器還可應用在HUD、ROA、RCW、PD、SLA、TJA、ICA及智能駕駛司機上。

     


    功能總結


    ADAS功能通過傳感層、決策層和執行層三個模塊實現,其中傳感層通過雷達傳感器及視覺傳感器對環境進行數據采集,是各種輔助駕駛功能實現的基礎。


    三種雷達傳感器性能有所區別,適用的場景也有所不同。其中,超聲波雷達能量消耗慢,超聲波的穿透性強,但其探測距離短且不適合高速運行,因而只適合自動泊車等低速場景。毫米波 雷達具備全天時全天候的優勢,適用于AEB、FCW、BSW、LCA、ACC、LKA等多個應用場景,而激光雷達可360度無死角掃描,從而形成環境三維模型,但其價格昂貴,性價比不高,因而其雖可應用于多個場景,但均未作為最佳選擇。

     

     

     


    來源:馭勢資本

     

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