ADAS無人駕駛的前夜

在美國加州開車是一種什麼體驗？如果你正開車經過加州南灣的快速公路，你或許可以經歷這樣一幅景象：一輛時尚的特斯拉S疾馳而過，當你還震驚於特斯拉無與倫比的百公里加速時，一輛車頂安有旋轉定位雷達的改裝的雷克薩斯SUV悄悄跟在了你的身後，車上的谷歌員工正在有條不紊的採集著數據，你發現他很有可能並沒有把著方向盤，此時你不要害怕，而應該感到自豪，你正身處一場重大的變革之中，那就是電氣化，和自動化，它們將徹底顛覆汽車行業的現狀，而你有幸參與其中並貢獻了自己的一份力——你的駕駛數據。

圖1.谷歌無人車

如果說無人車是整個汽車行業的未來，那麼ADAS就是它的現在，是無人駕駛駕駛的前夜。在這裡，筆者必須要表達一下對無人駕駛的前景的態度。有很多朋友認為無人駕駛目前存在大量的問題，包括安全不可靠，出事故追責問題，司機失業等，對無人駕駛抱著極大的悲觀，甚至質疑其最終的實現性。筆者認為安全的問題必將隨著感測器（包括雷達和攝像頭）的不斷進步，機器視覺的提升，車聯網，雲計算等技術的崛起而得到解決；當統計概率無人車的事故風險遠小於駕駛員操作時，其廣大的市場利潤必將鼓勵公司敢於對他們的系統負責，也必然會有保險公司敢於提供擔保，事故追責將不存在爭議；至於社會問題，筆者認為每一次技術變革都會給社會帶來陣痛，但隨之而來的必然是進步，一些崗位會沒落，但必然會有新的崗位誕生，這是歷史發展的必然規律。

1. ADAS簡介

下面來說正題，今天的主角ADAS。ADAS全名高級駕駛輔助系統，百度百科定義是利用安裝在車上的各式各樣感測器，在汽車行駛過程中隨時來感應周圍的環境，收集數據，進行靜態、動態物體的辨識、偵測與追蹤，並結合導航儀地圖數據，進行系統的運算與分析，從而預先讓駕駛者察覺到可能發生的危險，有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性。簡單來說ADAS就是你隱形的助手，他能幫你全方位的看你留意不到的東西，緊急情況下幫你及時做出反應，簡單工況下解放你的雙腳幫助你進行頻繁的油門制動操作。

ADAS系統主要包括車身電子穩定系統ESC、自適應巡航系統ACC、車道偏移報警系統LDWS、車道保持系統LKA、前向碰撞預警系統FCW、自動緊急剎車系統AEB、交通標誌識別TSR、盲點探測BSD、夜視系統NV、自動泊車系統APS。各子系統的功能和他們的名字一樣筆者就不一一介紹了。

2. ADAS架構

所有ADAS子系統都建立在三個步驟之上：信息採集，信息處理和執行。以ACC自適應巡航控制為例，ACC的作用就是在前方沒有車或障礙物時按設定車速行駛，在前方有車輛行駛時跟隨前車穩定行駛：

圖2.ACC控制流程

上圖就是ACC控制的具體流程：

第一步就是利用車內的各種感測器，包括車載雷達或攝像頭、輪速感測器等實時監測本車車速、節氣門開度和制動踏板行程等參數。這一步屬於底層監測，聽起來不難，然而卻是整個環節中最貴的，對汽車加速度的精準控制，首先就要求高精度感測器，然而高精度感測器往往價值不菲；目前市場上搭載ADAS系統的汽車廣泛採用的是毫米波雷達，其精度隨著波段頻率的提高不斷上升，監測距離不斷變遠，難度也不斷提高；由於ADAS子系統需要利用圖像進行車道線識別，障礙物監測，同樣的，圖像也可以用來測距，因此可以部分甚至最終完全替代雷達的作用，近些年來基於攝像頭的機器視覺功能發展的風生水起，表象之下則是大數據和深度學習的又一大應用。

第二步則是通過CAN匯流排將信號傳入汽車ECU。現代汽車電子電器設備所佔的比例日漸提高，部件間的信息交流如果仍然採用點對點的連線將變的冗長，難以辨別，CAN匯流排創造性的將各節點全部連接到同一根匯流排上，通過定義收發協議，讓各節點協調運作，關於這部分，筆者將在下一篇文章中仔細講解。當前可只將其理解為一個中間傳輸環節。

第三步就是中央控制環節了。ECU中嵌入了各種ACC的控制演算法，對採集到的車速以及距離等信息做技術處理，得到對應的控制參數——期望加速度以及各種狀態標誌位。這一部分，筆者作為在讀學生研究的最多。對於傳遞過來的速度以及距離信號，為了保證控制的實時性，在一定質量的晶元條件下，演算法往往不能設計得過於複雜，因此在實際操作之中往往採用較為簡單的PID控制；所謂PID控制就是比例、積分、微分控制，形如下式

其中，所有的k都是需要標定的係數，而x則是控制量，ACC中一般取為速度差和距離誤差。根據實際需要，不同階段控制往往並不需要全部PID環節，例如巡航使用的比例積分（PI）控制和跟隨階段基於速度差和距離誤差的比例控制等等。演算法階段設計工作量事實上並不大，後續的各類參數標定的工程量才是最耗時間的。這一塊，筆者將結合自身經歷在後續文章中為大家介紹。

第四步再將信號經由CAN匯流排傳到執行層，由各種機械或電子結構進行油門和制動的控制，最終完成汽車的巡航與跟車。

從上圖，你也能夠看出ADAS系統的控制架構，其系統結構大致可分為上層軟體層（集成在中央ECU中），中間傳輸層（CAN匯流排），底層執行層（包含感測器和執行機構）。僅以ACC為例介紹其結構：見圖3

圖3.ACC系統結構

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