ADAS 在增强道路安全方面的关键作用

汽车制造商和政府监管机构始终致力于探索提升交通安全的有效途径。近年来，先进驾驶辅助系统(ADAS)在减少道路伤亡方面取得了重大突破。本文将深入探讨 ADAS 在增强道路安全方面的关键作用，以及各类对实现这一目标起着决定性作用的传感器技术。

自 20 世纪 70 年代防抱死制动系统(ABS)首次问世以来，ADAS 技术在乘用车中的应用逐步增加，道路安全性也随之显著提高。美国国家安全委员会(NSC)估计，仅在美国，ADAS 就有潜力避免约 62% 的交通死亡事故，每年能够挽救超过 20,000 人的生命。近年来，自动紧急制动(AEB)和前撞预警(FCW)等 ADAS 功能日益普及，超过四分之一的车辆已配备这些功能，助力驾驶员预防事故，最终达到挽救生命的目的。

ADAS 系统的运行依赖多种技术的协同合作。一套感知套件如同系统的 “眼睛”，负责检测车辆周围环境，并为系统的 “大脑” 提供数据。系统 “大脑” 利用这些数据进行运算，从而做出车辆的执行决策，辅助驾驶员操作。例如，当检测到前方有车辆且驾驶员未踩下刹车时，AEB 系统会自动启动刹车，使车辆及时停下，避免追尾碰撞事故的发生。ADAS 感知套件由视觉系统构成，其中车规级摄像头是核心部件，其内部的高性能图像传感器能够捕捉车辆周围环境的视频流，用于检测车辆、行人、交通标志等。在低速行驶和停车场景下，该摄像头所捕捉的图像还能显示出来，辅助驾驶员进行操作。摄像头通常会与毫米波雷达、激光雷达(LiDAR)或超声波传感器等深度感知系统搭配使用，这些传感器提供的深度信息可增强摄像头获取的二维图像，增加数据冗余度，消除物体距离测量的模糊性。

对于汽车制造商及其一级系统供应商而言，实施 ADAS 系统并非易事。一方面，处理多个传感器产生的海量数据面临处理能力的限制;另一方面，传感器本身也存在性能瓶颈。汽车行业的严苛要求决定了每个组件，包括硬件和相关软件算法，都必须具备极高的可靠性，因此需要进行大量测试以确保安全。此外，系统还必须在恶劣的照明和天气条件下保持稳定性能，能够适应极端温度，并在车辆的整个生命周期内可靠运行。

下面，让我们详细了解 ADAS 中运用的一些关键传感器技术，包括图像传感器、激光雷达(LiDAR)和超声波传感器。每种传感器都能提供特定类型的数据，这些数据通过软件算法进行处理，并相互结合，从而生成对车辆周围环境准确而全面的认知。这一过程被称为传感器融合，它借助多种传感器模式的冗余特性，提高软件感知算法的准确性和可靠性，进而通过更高置信度的决策实现更高级别的安全保障。这些多传感器套件的复杂性可能会迅速增加，相应地，算法也需要越来越强大的处理能力。与此同时，传感器本身也在不断发展进步，如今已能够在传感器级而非仅在中央 ADAS 处理器上进行本地处理。

图像传感器：车辆的 “眼睛”

图像传感器堪称车辆的 “眼睛”，是任何配备 ADAS 的车辆中最为重要的传感器类型之一。从 “机器视觉” 驾驶辅助功能，如自动紧急制动、前方碰撞预警和车道偏离警告，到 “人类视角” 功能，如用于泊车辅助的 360 度环视摄像头和电子后视镜的摄像头监控系统，再到能够检测驾驶员分心或疲劳状态并发出警报以防止事故的驾驶员监控系统，图像传感器提供的图像数据被广泛应用于实现各种 ADAS 功能。

安森美(onsemi)提供的包括 Hyperlux 系列在内的多种图像传感器，以低功耗实现了出色的图像质量。Hyperlux 传感器像素架构采用了创新的超级曝光成像方案，可通过 LED 闪烁缓解(LFM)捕获高动态范围(HDR)帧，有效克服了 LED 前后车灯或 LED 交通标志因脉冲频闪导致的误读问题。

Hyperlux 图像传感器专为应对复杂的汽车场景条件而设计，例如在高架桥上方的直射阳光下，它能够捕捉高达 150 分贝(dB)的动态范围。配备 Hyperlux 图像传感器的摄像头在处理极端情况时，表现远远优于人眼，并且在光照水平远低于 1 lux 的环境下仍能正常工作。

安森美的 Hyperlux 图像传感器包括 800 万像素的 AR0823AT 和 300 万像素的 AR0341AT。这些数字 CMOS 图像传感器采用 Hyperlux 2.1µm 超曝光单光电二极管像素技术，具备出色的低照度性能，同时还能在同一帧图像中捕捉高照度和低照度场景中的宽动态范围。超级曝光像素可在一帧图像中实现足够大的动态范围，从而采用 “无忧设置” 的曝光方案，有效避免了在光线条件变化时自动调节曝光的麻烦，比如在晴天驶出隧道或停车场时。

深度传感器(激光雷达)：精确感知距离

精确测量物体与传感器之间的距离，即深度感知，对于各种 ADAS 功能以及实现更高级别的 ADAS 和全自动驾驶至关重要，它能够消除场景中的模糊性。

实现深度感知的技术有多种。若考虑深度性能，光探测和测距(激光雷达，LiDAR)是最佳选择。LiDAR 能够以高深度和角度分辨率进行深度感知，并且由于系统通过近红外(NIR)激光与传感器的协同实现了主动照明，所以可在各种环境光条件下正常工作，既适用于近距离应用，也适用于远距离应用。虽然低成本的毫米波雷达传感器在当今汽车应用中更为常见，但它们的角度分辨率不及 LiDAR，无法提供超出基本 ADAS 需求的更高级别自动驾驶所需的高分辨率三维点云环境信息。

最常见的 LiDAR 架构是直接飞行时间(ToF)法，它通过发射一个短红外光脉冲，并测量信号从物体反射回到传感器所需的时间，从而直接计算出距离。LiDAR 传感器通过在其视野范围内扫描光线，重复这一测量过程，以捕捉整个场景信息。

安森美(onsemi)的 ARRAYRDM - 0112A20 硅光电倍增管(SiPM)阵列是一种单光子敏感传感器，在单片阵列中设有 12 个通道，在近红外波长(如 905nm)处具有高光子探测效率(PDE)，用于检测返回的脉冲。此 SiPM 阵列已被集成到一款 LiDAR 中，该 LiDAR 应用于世界上首批具备真正 “视线离开” 自动驾驶功能的乘用车上，使车辆拥有了超越基础驾驶辅助的自动驾驶能力，即驾驶员无需时刻关注路面情况。倘若没有 LiDAR 深度感知的支持，这种水平的自动驾驶功能至今难以在消费级车辆上可靠实现。

超声波传感器：近距离探测利器

另一种用于距离测量的技术是超声波检测，其原理是通过传感器发射频率超出人类听觉范围的声波，然后检测反弹回来的声音，依据飞行时间来测量距离。

超声波传感器常用于泊车辅助等近距离障碍物探测和低速操控应用场景。它的一个显著优点是，声音传播速度比光慢得多，因此反射声波返回传感器的时间通常为几微秒，而光的返回时间为纳秒级。这意味着超声波传感器所需的处理性能要低得多，从而降低了系统成本。

以安森美的 NCV75215 泊车距离测量 ASSP 为例，在车辆停放过程中，该元件通过压电超声波变换器对障碍物的距离进行飞行时间测量。它能够检测距离为 0.25 米至 4.5 米的物体，并具有高灵敏度和低噪声的特点。

安森美在开发 ADAS 所需的传感器技术方面发挥了重要作用。安森美发明了双转换增益像素技术和 HDR(高动态范围)模式，这些技术如今已被业界众多传感器所采用，并且开创了创新的超级曝光设计，使传感器既能在低照度环境下表现出色，又能通过单个光电二极管捕捉 HDR 场景而不会出现饱和现象。凭借在市场和技术方面的领导地位，目前道路上的大多数 ADAS 图像传感器均由安森美开发。在过去的二十年里，这些创新成果助力安森美为汽车应用提供高性能的传感器，进而推动了 ADAS 技术的发展，为挽救道路交通中的生命发挥了积极作用。

随着技术的不断进步与创新，ADAS 系统中的传感器将更加智能、精准和可靠，在未来的道路交通中，有望进一步降低事故发生率，拯救更多宝贵的生命，为人们的出行安全提供更加坚实的保障。