中國汽車整車技術(shù)需求、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

　　4.1 發(fā)展趨勢

　　(1)智能網(wǎng)聯(lián)化

　　燈光控制模塊將作為整車網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，不再是孤立的燈具電子模塊，通過與整車總線互聯(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)化控制會成為一個發(fā)展趨勢。

　　a. ADB(Adaptive Driving Beam)

　　實時自適應(yīng)照明，是智能燈光發(fā)展的一個階段，也是車用網(wǎng)聯(lián)化的一個成功應(yīng)用。從照明來講，100像素以下的ADB足以實現(xiàn)車燈照明，每個像素均由單獨LED芯片精確控制0%-100%的光強，對不同交通情況、天氣狀況、道路路況、自身車況所需要的配光分布做出調(diào)整。當(dāng)有其他車輛進入車燈的光分布區(qū)域時，模塊會有選擇性地動態(tài)掩蔽對方車輛所在區(qū)域以防止眩目。

　　b. DLP(Digital Light Procession)

　　數(shù)字高分辨光處理技術(shù)，能提供萬級以上，甚至百萬級像素，能清晰投影復(fù)雜的、帶有曲線的圖形，確保光順的截止線拐點，實現(xiàn)沒有鋸齒的截止線。DLP把光用到極致，在進行來車會車遮蔽的時候，確定需要遮蔽的區(qū)域以及滿足要求的最小遮蔽窗口，減少照明范圍的損失，適應(yīng)未來有人/無人駕駛共同存在的環(huán)境。

　　在實現(xiàn)照明功能的同時，通過與攝像頭、導(dǎo)航以及雷達技術(shù)的融合，以投影的方式實現(xiàn)信息的傳遞，增強車與人之間的互動、汽車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)”，增強多種場景的安全駕駛體驗。

　　(2)信息交互化

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

　　(3)用戶界面?zhèn)€性化

　　用戶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)。用戶界面設(shè)計時，既要了解用戶在同產(chǎn)品交互時彼此的行為，又要了解用戶和他們的期望，用戶界面必須具有易用性和良好的用戶體驗性。在不影響安全、不違背法規(guī)的前提下，將來會有越來越多車型，開放用戶界面的部分設(shè)置功能，將個性化配置權(quán)限釋放給用戶，用戶通過本地或OTA方式更新個性化的配置。比如，交互信息的觸發(fā)使能、觸發(fā)條件、信息內(nèi)容，個性化出行、音樂、智能停車、 電臺推薦等。

　　4.2 技術(shù)需求

　　作為汽車照明的技術(shù)領(lǐng)先者，華域視覺擁有清晰的戰(zhàn)略方向，建立了智能化模塊的開發(fā)能力和體系，儲備了前沿技術(shù)，可為客戶提供創(chuàng)新、先進的產(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

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

　　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)來支撐。目前市面上，典型的硬件系統(tǒng)通?；?類方案，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)是最早的感知識別系統(tǒng)，但方案封閉，OEM和Tier1客戶都無法實現(xiàn)個性化開發(fā)配置。因此，有較強開發(fā)實力和創(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)需具備跨平臺性，實時性，圖形化，視覺識別，可擴展性，安全性等。其對嵌入式系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)提出了標(biāo)準化需求，通過拆分硬件和軟件，創(chuàng)造出一種全新的模塊化軟件體系，為客戶提供一個具有高度動態(tài)性和靈活性的平臺，使研發(fā)人員專注于算法、模型等應(yīng)用軟件的開發(fā)，利于需求確認、仿真分析、快速原型、HIL驗證，利于迭代改進，利于最終方案的快速凍結(jié)。

　　b. 機器視覺算法研發(fā)能力

　　用深度學(xué)習(xí)為機器視覺賦能，解決人類視覺的一個痛點:在黑暗或惡劣的天氣條件下，人類具有有限的視力和反應(yīng)能力。

　　深度學(xué)習(xí)的優(yōu)勢主要是自學(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)的計算機視覺算法需要手工提取特征，很多時候還需專家知識、算法的魯棒性設(shè)計，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。

　　深度學(xué)習(xí)一般包括四種類型的神經(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)點數(shù)的增加，可以表達更細、更多的識別目標(biāo)特征，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層數(shù)越多，檢測精度越精確。

　　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責(zé)物體特征的提取;池化層主要是負責(zé)采樣。

　　深度學(xué)習(xí)主要包括兩方面內(nèi)容:一個是訓(xùn)練，一個是檢測。訓(xùn)練一般主要是離線進行，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)進行前向輸出，再利用標(biāo)定信息進行反饋，最后輸出模型，這個模型再導(dǎo)入到檢測的網(wǎng)絡(luò)中，檢測網(wǎng)絡(luò)就可以對輸入的視頻和圖像進行檢測和識別。

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

　　車內(nèi)常見的總線包括LIN、CAN。隨著汽車電子爆發(fā)，ECU數(shù)量和運算能力需求都呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，在ADAS時代和即將到來的無人駕駛時代將更加明顯。車載以太網(wǎng)可減少分布式ECU數(shù)量和運算資源的浪費，控制汽車電子系統(tǒng)成本增加。另一方面，車載以太網(wǎng)可滿足車載EMC要求，可減少車內(nèi)連接成本和車內(nèi)布線重量。再者，對帶寬的需求也是一個因素，各種傳感器，特別是激光雷達和高分辨率攝像頭，必須用車載以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，保障信息可靠交付、減小數(shù)據(jù)包開銷、降低傳輸延時、實現(xiàn)時鐘校準。

　　5G是新一代的移動通訊技術(shù)，其更高的速率、更大的峰值帶寬、更短的時延、更高的可靠性，會成為萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)架構(gòu)，5G所帶來的影響將徹底重塑和改變世界。對于汽車行業(yè)，5G才能實現(xiàn)真正的車聯(lián)網(wǎng)。車上能用網(wǎng)絡(luò)隨身聽首歌或者刷個微博，只能勉強稱之為“車聯(lián)網(wǎng)”。真正的車聯(lián)網(wǎng)意味著車輛擁有V2X的通信能力，即實現(xiàn)車與人，車與車，車與路測設(shè)施，車與網(wǎng)絡(luò)的通信。意味著車不僅是一個個獨立的點，更是物聯(lián)網(wǎng)的一個節(jié)點。當(dāng)人們開車上路時，因單車的局限性，雷達、攝像頭看不見、看不清、看不準，V2X通信能提供遠超出當(dāng)前傳感器感知范圍的信息，本質(zhì)上可以把V2X視為一個拉長拉遠的“傳感器”，通過和周邊車輛、道路、基礎(chǔ)設(shè)施的通訊，獲取比單車能得到的更多的信息，大大增強對周圍環(huán)境的感知。

　　d. 照明與顯示集成的模塊開發(fā)能力

　　面對未來趨勢，車燈的使命不再只是照明，而更像是一種顯示裝置，車燈將進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)模塊來實現(xiàn)。整套模塊的工作過程是，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)實際車載智能大燈的需求，打開或者關(guān)閉其上的各種可控像素，打開的像素可使得該像素上反射的光線進入后續(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偏折，無法進入后續(xù)投影透鏡組。最終進入投影透鏡組的光線，形成照明像素，無法進入投影透鏡組的光線，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，模塊開發(fā)有很大難度，其難點如下:

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

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

　　3. 裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計，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，考慮標(biāo)準化、可復(fù)用性，需以最小的散熱體積，實現(xiàn)最佳的解熱性能，從而確?？偝沙叽缇o湊小巧，并滿足輕量化目標(biāo)。

　　e. 智能駕駛的目標(biāo)感知與信號融合技術(shù)

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

　　現(xiàn)有感知方法、原理和優(yōu)缺點，大致如下:

　　融合感知所實現(xiàn)的功能要遠超這些獨立系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能總和，能更加準確地感知周圍的環(huán)境。相對于獨立系統(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。這種錯誤或故障可能是由自然原因(諸如一團濃霧)或是人為現(xiàn)象(例如對攝像頭或雷達的電子干擾或人為干擾)導(dǎo)致。即使在一個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。完全借助報警功能，或者讓駕駛員做好準備去接管對車輛的控制，系統(tǒng)故障也許就不那么嚴重了。

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

　　多個傳感器的融合，比如多個雷達和攝像頭傳感器;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;可以實現(xiàn)不同的應(yīng)用場景的駕駛環(huán)境模型。

　　與汽車內(nèi)每個系統(tǒng)單獨執(zhí)行各自的報警或控制功能不同，在一個融合系統(tǒng)中，最終采取哪種操作是由單個器件集中決定的?，F(xiàn)在的關(guān)鍵問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)對不是集中在一起而是遍布車身的多個傳感器進行融合時，我們就需要專門考慮傳感器和中央融合ECU之間的連接和電纜。對于數(shù)據(jù)處理的位置也是如此，因為它也會影響整個系統(tǒng)的實現(xiàn)。

　　(2) 信息交互化

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

　　a. 場景定義及開發(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)對比，在路面上投影顯得更加清晰和直觀，觀測范圍遠大于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實像，圖形范圍大，直觀程度和駕駛員理解反應(yīng)時間都優(yōu)于HUD投影的虛像。

　　圖 4.5 限速示功能

　　集合車載攝像頭或車載數(shù)字地圖，識別當(dāng)前行駛道路的限速，或其他交通提示信息，通過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 行人互動信息示

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

　　在某些特定、但又比較常見的場合，行駛意圖信號投影功能是非常有意義的。例如車輛從兩邊有遮擋的道路進入十字路口時，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向信號可能被遮擋，無法被其他車輛識別，因此通過燈光在路面上直接投影出高亮并且動態(tài)的特殊標(biāo)示就可以解決這一問題。

　　圖 4.8 預(yù)測行駛區(qū)域示

　　將當(dāng)前駕駛狀態(tài)下的預(yù)測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，同時也提醒其他道路參與者，如周圍行人，不要進入車輛將要經(jīng)過的行駛區(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，越來越多的汽車搭載無線通信模塊，汽車由端出發(fā)，通過網(wǎng)聯(lián)云，與其他車輛端、基礎(chǔ)設(shè)施端、手機端，進行人、車、基礎(chǔ)設(shè)施、互聯(lián)網(wǎng)的多方交互，幫助解決車輛掌握交通態(tài)勢等問題。

　　在未來，基于L5全工況駕駛的形式，將會以人工智能的直接控制，自主決策。通過云-端的信息交互，使用AI的手段，自行建立從駕駛環(huán)境到駕駛動作的映射，機動性與實時性俱佳。

　　(3)界面?zhèn)€性化

　　個性化界面需與目標(biāo)用戶群體在預(yù)期使用情境下已有的經(jīng)驗或思維模型相符，也能隨著客戶應(yīng)用體驗迭代更新，可從以下幾點著手:

　　1. 了解目標(biāo)用戶群體已有的經(jīng)驗，并試圖讓界面與這些經(jīng)驗相吻合，做到界面易理解;

　　2. 不僅通過語音或者觸控形式，也可與駕駛車輛交互系統(tǒng)做到多通道配合，讓界面?zhèn)€性而又自然。如體感、手勢、視覺等等;

　　3. 根據(jù)用戶偏好組合多種類界面元素;

　　4. 個性化界面需變得“透明”，用戶的注意力完全集中在所要從事的活動上，降低用戶在操作界面上的視覺停留，可使用戶更加專注路況;

　　5. 可通過本地或OTA技術(shù)(Over-The-Air technology)的方式進行個性化設(shè)置。