本田思域拆解:ADAS(高级驾驶辅助系统)

文章来源: 汽车玻璃连锁店 发布时间:2020-02-24
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本报告将主要介绍思域配套的电子件中的安全性能零部件,旨在了解本田的最新ADAS系统。
概要
•    Honda SENSING
•    前方毫米波雷达
•    前方单眼摄像头
•    导航仪
•    车联网

                

本田思域 车辆拆解调研

       新款思域 (Civic) 是2017年9月时隔7年重新投放市场的本田经典车型。采用针对新款思域新开发的平台,计划成为C级市场的畅销车型。
    本田资料显示,安全配置方面,全系标配利用毫米波雷达与单眼摄像头识别车辆前方情况,制动器、方向盘的控制技术协作运行的最尖端安全驾驶辅助系统Honda SENSING。本报告将主要介绍思域配套的电子件中的安全性能零部件,旨在了解本田的最新ADAS系统。

Honda SENSING
 当今在单眼摄像头的图像识别技术领域,以色列的Mobileye公司最为知名。而整车厂与零部件供应商自主开发的技术是Toyota Safety Sense P与Honda SENSING。2017年以前,Honda SENSING的摄像头采用的是日本电产艾莱希斯的产品,2017年的思域及N-BOX经过全面改良后,采用德国博世的产品。此外,毫米波雷达方面原先采用富士通天(现:电装天)的产品,2017年起也改为德国博世的产品。
1.    减轻碰撞制动系统(CMBS: Collision Mitigation Brake System) 
该系统利用毫米波雷达与单眼摄像头辅助避让与前行车、反向车以及行人的碰撞。前行车辆、行人和反向车辆(不包括摩托车与自行车)与本车之间的速度差超过5km/h时就启动该系统。此外,本车相对于行人和反向车的速度低于80km/h时启动。
2.    减少行人事故转向系统 
该系统利用单眼摄像头识别车道,如果系统判断车身偏离车道,可能与行人发生碰撞时,就会自动转向,避免发生碰撞事故。
3.    ACC (Adaptive Cruise Control) 
该功能维持设置的行驶速度的同时,尾随前行车辆。
4.    车道保持辅助系统(LKAS: Lane Keep Assistant System) 
根据单眼摄像头检测到的车道,控制转向,使本车保持在车道中央的功能。启动时速范围是65-100km/h,主要目的在于减轻高速公路等环境下的驾驶负担。
5.    防止偏离道路功能 
该系统在正常的行驶中辅助控制转向,使车身不偏离车道。启动时速范围是60-100km/h,在车辆有可能偏离车道时,通过振动方向盘、以及最终采取自动控制来防止偏离。当车辆严重偏离车道时,还会介入制动控制。
6.    预防误踩油门启动功能 
停止时或时速低于10km/h时,如果驾驶员突然踩下油门,系统判断为误踩油门,就会控制起动。该系统采用毫米波雷达,用于检测前方车辆的动态以及与本车的关系。
7.    预防误踩油门倒车功能 
停止时或时速低于10km/h的情况下低速倒车时,如果系统检测到正后方近处存在障碍物,就会预防驾驶员踩下油门踏板,突然倒车的情况。
8.    前行车起动通知功能 
该系统利用毫米波雷达检测到前行车起动后,如本车仍不动,就会发出警告。
9.    标志识别功能 
该系统为了防止驾驶员漏看道路标志,通过单眼摄像头的影像识别标志,并显示在显示器上。
10.    自动远光灯 
该功能在夜间等昏暗的道路上开启远光灯行驶时,单眼摄像头会检测前方的情况,如果检测到前行车或反向车,就会自动切换至近光灯。

前方毫米波雷达

(资料:本田技研工业)
      Honda SENSING系统由位于前格栅内的毫米波雷达、以及位于挡风玻璃内部上方的单眼摄像头这2种特性不同的传感器构成。毫米波雷达进一步提高了性能,除了对象物体的位置和速度以外,以往难以检测的电波反射率较低的行人也成为了检测对象。此外,单眼摄像头可识别车辆前方约60m范围内的行人和对象物体的属性及大小等,实现更高精确度的识别。
       该毫米波雷达是博世制造的76-77GHz雷达,天线及控制主板、以及电源主板这2个主板构成。博世的雷达是具备4个独立的接收通道与数字波束形成(DBF)的双基地多模雷达。凭借这些技术,可利用面向不同方向的独立天线构成毫米波雷达,提高角度测定精度,根据情况可调整雷达的视角。

(资料:Bosch Technical Data)
      通过使主天线集中至±6度的狭角主波束,最多能应用于与前行车最远160m的车间距,发挥高速优异性能的同时,还将与相邻车道的车辆干渉控制在最小范围。利用仰角天线,可获得近距离±42度的开角,实现尽快检测到行人。
    此外,通过使用仰角天线(图片内红色范围),生成追加的朝上仰角光束。利用该追加光束,可将上方物体进行准确分类,为了判断车辆是否可以行驶在其下方,可测量检测到的所有物体的高度。
        天线部的RF前端由英飞凌内置VCO的发射器(TX)与接收器(RX)这2个芯片组构成。TX一侧的IC[RTN7735PL]通过整合TX与VCO(电压控制振荡器),减少了零部件个数。此外,丰田C-HR配套的大陆制造的单元由TX、RX、VCO这3种芯片构成。
     控制部分由STMicroelectronics[A267BB]与恩智浦制造的MCU[SC667226MMMA]这2种芯片构成。
         
        思域配套的博世公司雷达的天线分为控制部分与电源部分两个部分。电源部分以博世的PMIC[40203]为主,产生内部电源。此外,丰田C-HR配套的大陆公司雷达由天线部分+控制部分与电源主板构成。
      通信区块以英飞凌的High Speed CAN发射器IC[TLE6251-2G]与内置CAN+FlexRay的博世PMIC[40203]为主,具备2套CAN通信系统。

前方单眼摄像头
       本田原先采用日本电产艾莱希斯的摄像头,2017年思域与微型车N-BOX实施全面改良时,改为采用知名的德系零部件供应商博世的产品。博世的单眼摄像头首次为日系整车厂本田配套。
下表对思域的ADAS功能与C-HR的ADAS功能进行比较。
                          调整天线角度的螺栓部分(博世制造)
        思域无后方毫米波雷达,因此不具备针对BSW(后方车辆的接近)的检测功能。此外,偏离车道时,丰田C-HR ADAS不具备控制转向进行辅助的功能,但思域的转向控制能有效介入。不过,2017年12月上市的丰田Alphard以及Vellfire新增了针对“车道偏离”的转向控制功能。毫米波雷达在硬件方面的不同是天线的角度调整采用电装与大陆的电机,博世的电机在安装时采用2个螺栓调整角度,并以此为标准,利用DBF方式进行数字控制,调整天线角度。
DBF (Digital Beam Forming)方式
        多个天线按规律排列控制相位。通过调整后增强来自同一方向的信号,提高指向性。
导航仪
       目前,思域可选择3种导航仪。
  (资料:本田技研工业)
本次拆解调研的对象车辆安装的是“入门版 internavi 7英寸”(VXM-184Ci)。
该产品由JVC Kenwood制造。该导航产品的主要功能及参数如下。
入门版 VXM-184Ci的功能
入门版 VXM-184Ci的主要参数
特征如下:
•    CD驱动(无DVD、CD翻录功能)
•    无地面数字调谐器
•    采取彻底的成本削减,降低售价的入门级导航
•    提供4国语言的地图显示
•    还可利用手势操作扩大、缩小地图
•    还能前后调整屏幕的倾斜角度
•    实现建伍彩速导航系统同等顺畅的操作性能

车联网
       思域提供的导航仪产品中,最初级的入门版也兼容Inernavi Premium。丰田C-HR最初级的车型原先不兼容车联网功能(T-Connect),2018年6月起宣布全系车型标配车载通信设备(DCM)。
  本田的Inernavi Premium通过专用通信设备提供以下信息。
•    Inernavi Premium交通信息显示
•    Inernavi防灾信息
•    目的地附近气象信息显示
•    停车场选择显示
•    Inernavi路线选择
•    Link Free 通信设备
 
 JVC建伍制造 入门版 导航产品由以下功能块构成。
整体上
       思域配套的安全功能零部件具备Honda SENSING的基本功能。将单眼摄像头与毫米波雷达的传感功能积极地与控制系统联动,实现包括转向控制在内的顶配版的功能。
高级驾驶辅助系统(Advanced Driving Assistant System)是利用安装在车上的各式各样传感器(毫米波雷达、激光雷达、单\双目摄像头以及卫星导航),在汽车行驶过程中随时来感应周围的环境,收集数据,进行静态、动态物体的辨识、侦测与追踪,并结合导航仪地图数据,进行系统的运算与分析,从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险,有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。 近年来ADAS市场增长迅速,原来这类系统局限于高端市场,而现在正在进入中端市场,与此同时,许多低技术应用在入门级乘用车领域更加常见,经过改进的新型传感器技术也在为系统布署创造新的机会与策略。
高级驾驶员辅助系统(ADAS)基础型后视摄像头
后视摄像头系统可以帮助驾驶员发现车后的物体或人员,以便在确保安全的情况下倒车并顺利停车入位。 高级系统中部署100万像素的高动态范围(HDR)摄像头,并通过非屏蔽双绞线实现高性价比的高速以太网连接和视频压缩。 其他系统要求包括适当的物理层接口和电源。 智能后视摄像头可在本地对视频内容进行分析,以实现物体与行人侦测。 此外,它们还支持全面的本地图像处理及图形叠加创建。 它们能够测量物体距离,并触发制动干预。 这种功能可以帮助驾驶员安全倒车,方便他们停入车位。 飞思卡尔解决方案具有高集成度和低功耗的特点,支持开发极小规格的摄像头模块。 智能后视摄像头与简易型模拟摄像头使用相同的接口,提供了一种极具吸引力的升级换代途径。
高级驾驶员辅助系统(ADAS)前视摄像头
高级驾驶员辅助系统中的摄像头系统可以分析视频内容,以便提供车道偏离警告(LDW)、自动车道保持辅助(LKA)、远光灯/近光灯控制和交通标志识别(TSR)。 在前视黑白摄像头中,图像传感器会向配备DSP扩展的双核MCU提供传入视频帧,以进行图像处理。 其他系统要求包括提供适当的物理通信接口、电源、可选的DRAM以及可降低系统成本的嵌入式闪存。
ADAS的传感器
高级辅助驾驶系统基于不同的传感器技术, 77GHz的雷达传感器目前已经在高端奢华轿车上的主动式巡航控制系统(ACC)上应用多年了。 该系统的传感器可以丈量前方车辆的速度以及两车之间的间隔,同时可以监测自身车辆的速度和间隔。 目前已经在中级轿车和经济型轿车市场上开始应用的机载激光雷达(Lidar)传感器是远程传感器中比较经济的选择。 相比于雷达,这种传感器发射激光脉冲,并能检测从其他物体反射回来的光线。 与其他物体之间的间隔可以通过信号延迟的时间来进行计算。
短程雷达传感器的工作频率是24GHz,用于监测车辆四周的物体。 这种传感器一般安装在车辆的侧面,其信息用于盲点检测(BSD)和并线辅助(LCA)功能,比如在盲点中出现物体或者邻近车道车辆进入盲点时,会向司机提出预警。 下一步,其信息能够与导航系统相结合,更好地实现车辆引导。 安装在车辆前方或后方的24GHz雷达传感器可以用于预防碰撞发生。
视频传感器能够监测图像信息,比如侧面物体的大小和外形。 视频传感器能够监测其他的道路使用者、交通讯号和路标等情况。 传感器发出的信息能够实现车道偏离警告和交通讯号识别功能。
其他基础设施如交通讯号、转弯或山坡等信息可以通过舆图来获得。 超声波传感器用于低速情况,比如停车,同时不需要高探测范围。 而且内部数据可以收集起来提供给其他车辆。 通过车对车通讯进行数据传递,来监测车流密度。
另外,通过不同传感器获得的数据可以相互融合,用于增加系统功能或增强现有的功能。 比如,雷达、摄像机和机载激光雷达与导航数据的融合对改善车辆性能十分重要。 通过将从摄像机和舆图的信息进行结合,就能进步交通讯号识别系统的识别率。 探测到的交通讯号再与eHorizon的数据进行对比,eHorizon能够通过提供基于导航数据的道路基础设施具体信息来支持ADAS的功能。 计算置信水平就能决定向司机显示哪种交通讯号。 融合这些传感器还能获得一种新的功能,即Sensitive Guidance,这是融合了雷达或摄像机系统的导航系统。 导航系统的输出与交通情况、雷达或摄像机传感器相适应,比如监测盲点中或其他车道中的车辆。
高级驾驶员辅助系统(ADAS)之环视泊车辅助系统
多摄像头环视泊车辅助系统可以采集车辆四周的图像,并以虚拟俯视图的形式在屏幕上显示。 视角会根据行车轨迹而动态移动,提供车辆四周360度的画面。
高级系统通常采用LVDS或快速以太网等经济高效型链路,部署4到5个高动态范围(HDR) 100万像素摄像头。 可以使用视频压缩来减少所需的通信带宽并降低布线要求(例如,可以使用非屏蔽双绞线或同轴电缆)
高级驾驶员辅助系统(ADAS)77 GHz雷达系统
77 GHz雷达系统支持带有或不带自动转向与制动干预功能的自适应巡航控制、防撞保护和碰撞警告系统。 在碰撞警告系统中,雷达芯片组可以检测和跟踪目标,根据前方交通状况自动调整车辆的速度并控制与前车的距离,在即将发生碰撞时向驾驶员发出警告并启动紧急制动干预。
FCWS (Forward Collision Warning System) 前车防撞预警系统
FCWS是一种高级安全辅助系统,它通过感应和计算在行驶过程中车辆与前车的距离来判断潜在的碰撞风险,并立即发出警示。 FCWS在驾驶者分心未能注意到前方状况、或者疲劳犯困或者使用手机等情况时具有显著的实际效用。
TLR (Traffic Light Recognition) 交通信号灯识别系统
TLR是一种识别交通信号灯的智能高科技,并提前通知驾驶者前方信号灯状况。 另外,TLR也可和车辆巡航系统或者影像存储系统结合使用,更有效地帮助驾驶。
系统应用
驾驶辅助系统组成
它主要由GPS和CCD相机探测模块、通信模块和控制模块等组成。 其中,GPS和CCD相机探测模块通过GPS接收机接收GPS卫星信号,求出该车的经纬度坐标、速度、时间等信息,利用安装在汽车前部和后部的CCD相机,实时观察道路两旁的状况; 通信模块可以发送检测到的相关信息并在相互靠近的汽车之间实时地传输行驶信息; 控制模块可以在即将出现事故的时候做出主动控制,从而避免事故的发生。  驶辅助系统组成
GPS模块和CCD相机探测模块
在汽车驾驶过程中,最容易出现碰撞事故的地方就是在拐角处,这是因为汽车设计过程中,其前视窗有视野死角,使得驾驶者在转弯时没有很好的视野,从而不能对即将发生的事故做出迅速明确的判断。 为了最大限度地消除视野死角问题,驾驶辅助系统利用GPS和CCD相机探测模块得到车辆的行驶数据,包括车辆的位置、速度、两车接近速度等。 为了反映车间的距离位置信息,这里将地理信息系统(GIS)中的道路信息融入GPS定位数据系统,构成融合GPS信息系统。 在GIS中,为了真实地反映地理实体,记录的数据不仅包含实体的位置、形状、大小和属性,还记录了实体间的相互关系,这样结合能够很好地满足本系统的需要。 因此,GPS卫星传递的位置信息不仅包括汽车所处的经度和纬度,还包括海拔高度以及车辆间的位置关系,这样就能够更为精确地表示出汽车所处的地理位置,避免两车间信息传递出现“立交桥情况”,不会使汽车做出错误判断,而导致不必要的状况发生。
安装在汽车前部和后部的CCD相机即“盲区探测器”,其作用是能够实时观察道路两旁的状况。 其中,前部CCD可以在转角处提前探测转弯后的路况,判断有无驶近的车辆; 后部CCD可以看到后面车辆行驶情况,判断有无车辆影响本车转弯、超车等操作。
利用GPS和CCD相机判断危险发生并根据危险做出判断操作的过程。 首先,判断是否有车辆驶近本车,并且将最危险的接近车辆作为通信对象; 其次,通过Ad Hoc无线网络通信,获得本车与目标车的行驶信息,包括速度、位置、刹车扭矩等。 根据这些信息,判断目标车的行驶状况是否正常。 当监测到的信息显示目标车运行不正常,则两车间互相传递诸如刹车扭矩等的重要信息,并且根据具体情况,实时地通过CCD相机获得两车间的距离信息,在特定情况下,两车MCU控制器均会采取主动或自动刹车,从而避免两车相撞,同时司机也可以通过车内的监视屏来看到这些信息。 即使在行驶过程中,出现不同的危险状况,驾驶辅助系统都能够根据从GPS和CCD相机得到的信息,针对不同的行驶状况,做出正确精确的操作。
通信模块
移动Ad Hoc网络由汽车上装载的无线终端相互作用而形成,无需其他有线和无线网络支持。 其中,每辆汽车都是移动Ad Hoc网络中的移动节点,而且可以自由地加入或离开网络。 移动Ad Hoc网络中没有网络基础设施(如蜂窝网中的基站),所有移动节点分布式运行,具有路由功能,利用一定的协议,使得移动节点自身可以发现和维护其他节点的路由。 除适合本驾驶辅助系统的数据信息传输外,还具有一些蜂窝移动网络不具备的优点: (1)可以随时建立网络,在没有其他通信设施的情况下使用,大大节省运营成本; (2)不受固定拓扑结构的限制,具有很强的容错性和鲁棒性,在某些极端恶劣的情况下,即使部分探测汽车出现故障,网络仍能正常运行。 驾驶辅助系统依靠车辆间的状态信息相互传递,监测行车状态,可以保护行车的安全性,包括调节行驶状态,避免恶性碰撞。 目前,现有的系统能够警告驾驶者危险状况的来临,但不能自主做出预防措施,而本系统则弥补了这个缺陷。 利用Ad Hoc网络传送的信息主要包括两种: (1)定时传输由GPS和CCD相机以及车内部分传感器得到的状态信息,如: 车辆的位置、行驶速度、刹车扭矩等。 根据研究,这些状态信息应以非常高的频率传递,网络中的每辆车每秒大约传输5~50次。 (2)危险情况的警告信息。 与上面定时发送的信息不同,这些警告信息有可能来自通信范围内的通信车辆,节点离得较远,因此需要多跳传输,所以这种信息只有当危险情况出现时才发出。 因此利用移动Ad Hoc网络传输的系统能对车辆行驶状况实施实时动态采集,具有建设成本低、周期短、维护费用低的特点,适合我国智能交通发展的现状。 但移动Ad Hoc网络拓扑结构和物理层协议设计、采集信息的处理与其对未来路况预测等问题还有待解决。
控制模块 通过Ad Hoc网络传递过来的车辆信息进入车内整车控制器时,会对所得到的数据进行分析处理。 如果分析的结果安全,不做出任何措施; 当分析的结果出现警告时,则做出主动预防措施,其过程如下:
整车控制器是汽车控制的核心,它根据输入信号,判断汽车当前状态,并经过一定的控制逻辑和控制算法的判断分析,确定向各子系统发出当前控制信号的量值。速度信号表征当前整车对输出驱动扭矩的需求量,同理,制动踏板信号表示对整车制动扭矩的需求。本文所研究的汽车控制策略采用的是电力辅助控制策略。发动机MCU根据总成控制器发出的发动机油门信号,结合当前的发动机转速,确定出所需供油量和喷油定时,使电喷发动机通过有效组织燃烧向扭矩耦合器输出扭矩。电机驱动系统根据输入的表征电机扭矩大小的电机油门信号,以及电机工作模式信号决定电机的驱动扭矩输出。整车控制器根据驾驶员制动踏板及当前车速计算出所需机械制动扭矩值,以得到机械制动系统的制动指令,与原车相比,车轮制动力分别来自产生摩擦制动的制动系统和产生回馈制动的动力传动系统,增加的回馈制动功能由混合动力及传动系统实现,回馈制动力来自电机的制动力矩,并通过传动系统施加于驱动轮上,而回馈制动的能量则通过传动系统传回电机。这样提高了制动的可靠性,从而增加了驾驶辅助系统的可靠性和安全性。
系统发展
先进驾驶辅助系统的发展可以分别从技术和市场应用两个角度来分析。从技术研发角度来看, 先进驾驶辅助系统的研发通常是由政府牵头并 出资设立相关研究项目,支持并推动技术的开发工作,而实际的开发工作则是由整车厂商与零部件厂商或独立、或合作完成的。从市场应用角度来看, 由于各国政府和消费者都深刻认识到降低事故频率、减轻事故伤害的重要性, 而先进驾驶辅助系统作为前沿的主动安全技术,可以有效降低多数事故类型的发生频率,因此, 一方面各国政府纷纷立法要求强制安装得到某些验证的先进驾驶辅助系统技术, 将其作为汽车中的标准配置, 希望以此来保护驾车者、乘客、行人以及其他道路用户;另一方面,消费者主观上对行车安全性的高度重视也使得先进驾驶辅助系统技术的市场需求日益增长。
中国先进驾驶辅助系统发展现状
国内市场由于汽车工业起步晚,起点低,对于代表先进汽车技术的驾驶辅助系统开发力度不足, 目前国家尚未出台推动驾驶辅助系统技术发展的相关计划。 而国内汽车生产厂家受资金与研发实力的限制, 在先进驾驶辅助系统研发方面的投入较少。 政策方面, 目前中国也没有出台先进驾驶辅助系统相关技术的强制性安装法规, 但针对在国内市场安装的日间行车灯和胎压监测系统, 国家已经出台了强制性技术法规,并予以实施。
结合技术自身的发展和中国道路交通环境及消费者的特定需求, 我们可以总结得到先进驾驶辅助系统技术在中国市场的发展趋势:
(1) 从技术发展角度来看,由于消费者对汽车安全性的重视度只会越来越高, 因而先进驾驶辅助系统在未来很长一段时间内必将保持持续发展的趋势。 同时,先进驾驶辅助系统正在从单个技术独立发展转变为整合式主动安全系统的开发,多项技术可以共用传感器、控制系统等平台,一旦车辆装备了基础的ESP、ACC 等技术,便可以方便地并以较低的成本添加其他安全驾驶辅助技术,从而将进一步推动先进驾驶辅助系统技术在汽车上的应用。
(2) 一些相对较为低端且实用性强的先进驾驶辅助系统技术,如胎压监测系统、ESP 电子稳定系统等已经充分得到了市场的认可, 在强烈的需求驱动下,其在低端市场的普及率将稳步提升。
(3) 中国消费者对于避险辅助类、视野改善类技术表现出明显的关注度与需求度, 必将成为下一阶段该领域内的主要增长点。
(4) 一些对道路要求较高的技术,如变道辅助、车道偏离警告、ACC 等,以及与中国消费者驾驶习惯不符的技术,如车道保持系统、驾驶员疲劳检测、禁酒闭锁系统等,则可能将面临较长一段时间的缓慢发展。


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