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车用ADAS系统
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先进驾驶辅助系统(ADAS)其实并不等同于自动驾驶,其所涉及的范围及产品零组件,可能也与许多人想像中的不太一样。[1]早在自驾系统火热之前,ADAS 其实已发展许久,1995 年,日本三菱就推出了停车距离控制系统(PDC),到了 2000 年,丰田就实现了基于毫米波雷达的适应性巡航系统(ACC ),可以说是现今自驾系统的前身。毫米波雷达性能可能不如光达,但具有体积小、重量轻、且不易受天候因素影响和探测距离长等优点,且造价相对合理,如今都还是主流。

因此除了 ACC 外,其实如自动煞车系统、盲点侦测系统等都广泛采用毫米波雷达,基本上是以不同的频率来区分其应用,目前是往 79GHz 等较高频率发展,尤其是为了因应自驾系统的发展。 ADAS 基本上指的是安装在车上的各种感测器,来令驾驶人掌握整车及外部环境因素,如车道偏离警示、防撞警示、夜视及适路性车灯等都可称为 ADAS。

ADAS 作为一种混合技术系统,基本上可分为三大部份:感测器、处理器与致动器。由感测器捕捉外界的讯号,除了毫米波雷达及光达此类外,也包括热能、压力等监测器。透过传回这些资料给处理器,并形成足以让驾驶人认知的资讯,以避免危险路况。[2]甚至为因应人类反应之不及,也可以直接启动致动器,达成减速、紧急煞车等保护驾驶人的功能。

ADAS是由多达9个,包括盲点侦测系统(Blind Spot Detection System)、支持型停车辅助系统(Backup Parking Aid System)、后方碰撞警示系统(Rear Crash Collision Warning System)、偏离车道警示系统(Lane Departure Warning System)、缓解撞击煞车系统(Collision Mitigation System)、适路性车灯系统(Adaptive Front-lighting System)、夜视系统(Night Vision System)、主动车距控制巡航系统(Adaptive Cruise Control System)、碰撞预防系统(Pre Crash System)、停车辅助系统(Parking Aid System),甚至更多功能的系统组成,每个系统主要包含3个程序:(1)资讯的搜集,不同的系统需借由不同类型的车用感测器,包含毫米波雷达、超声波雷达、红外雷达、雷射雷达、CCD\CMOS影像感测器及轮速感测器等来收集整车的工作状态及其参数变化情形,并将不断变化的机械运动变成电参数(电压、电阻及电流),举例来说,车道偏离警告系统使用CMOS影像感测器、夜视系统则使用红外线感测器、适应性定速控制通常使用雷达、停车辅助系统则会使用超声波等;(2)电子控制单元(ECU),功能在将感测器所收集到的资讯进行分析处理,然后再向控制的装置输出控制讯号;(3)执行器,依据ECU输出的讯号,让汽车完成动作执行。

车用雷达依据传输介值不同,可分为微波雷达、超声波雷达、红外线雷达及雷射雷达,各传输优缺点,资料如下:

1.红外线及超声波雷达:因测量距离相对雷射雷达及毫米波较短,所以主要应用于汽车停车输助系统,超音波雷达应用于倒车辅助较多,而红外线雷达则应用于夜视系统。

2.雷射雷达:优点为高方向性、测量精度高、测量距离较长,但缺点在包含雨、雪、雾等恶劣环下,测量性能会下降,多使用于预防碰撞警示及盲点侦测警示系统。按测量原理不同可分为脉冲式激光测距雷达和相位式激光测距雷达。

3.微波雷达:按测量原理不同,可分为脉冲调频(pulse frequency modulation,PFM)和调频连续波(frequency modulation continuous wave,FMCW),使用频率主要集中在23~24,60~61,76~77GHz3个频段,波长均为毫米级,所以也称为毫米波雷达,优点为测量距离远、运行较稳定,比较不受外在天候影响,可测量车辆间的距离及相对速度,但缺点是穿透力较差,多应用于停车辅助系统、碰撞预防系统、主动车距控制巡航系统及缓解撞击刹车系统等。

欧美日对于车用雷达的频段使用各有不同的策略,从规范车用雷达的频段范围来确保车用雷达在无干扰下能正常使用,达到交通安全的目标,至于各国使用的车用雷达上,欧厂主打24GHz雷达,日厂主打毫米波雷达。

截至2010年9月ADAS车用雷达感测器区主要厂商市占,由德国大厂Bosch占第一达32%、Denso25%、美商Delphi 9%、Bosch 12%,其馀小厂占22%。

在车厂大力推展先进驾驶辅助系统下,车用雷达使用率愈来愈高,刚开始车用雷达使用在先进驾驶辅助系统中的主动车距控制巡航系统中,后来进入综合开发阶段,用于其它预防碰撞警示等系统中。

近年来由于晶片价格调降,使得毫米波雷达的使用率增加,也因性质上较其它种类车用雷达更具优势,使得各大车厂所推出的ADAS,除雷射雷达、红外线雷达等外,有些厂商已将ADAS改采毫米波雷达,以提高准确性及效率。

驾驶辅助系统的效能,会受毫米波雷达及24GHz等技术发展影响,雷达的成本问题也会造成是否能提高普及率,另外,再好的车用雷达也不免会误报,因此整合其它感测器,才能增加传输信息的正确率,未来车用辅助系统趋势会是车用雷达整合其它感测器,如整合影像感测器,从影像辨识及雷达回报信息,即时分析车外情况等。

截至2010年有配套先进驾驶辅助系统的车厂已有AudiBMWBenzVolvoToyotaMazdaFord等,而先进驾驶辅助系统较多用于中高阶车款,因此全球车用雷达市场销售量主要集中在日本、欧洲及北美,不过预期未来驾驶辅助系统价格将会下降,安装于中小型乘用车上也会较普及。


影片

【财经知识库】ADAS先进驾驶辅助系统 挺进无人车世代


参考资料