AEB系統(tǒng)所需要的關(guān)鍵參數(shù)，安森美Hyperlux圖像傳感器如何滿足？

2023年5月，美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）宣布了一項(xiàng)計(jì)劃，要求所有新型乘用車將自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)配置。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，AEB是車輛為避免潛在事故而自動(dòng)啟動(dòng)剎車的過(guò)程。這是一種強(qiáng)力措施，能夠降低碰撞時(shí)的速度或完全避免碰撞，從而防止車輛損壞和人員傷亡。

從表面上看，強(qiáng)制實(shí)施AEB系統(tǒng)的計(jì)劃是個(gè)好主意。但如果NHTSA的提案要產(chǎn)生影響力，它必須領(lǐng)先于它所希望塑造的行業(yè)。要理解這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是否能及時(shí)產(chǎn)生對(duì)汽車行業(yè)的影響，以及NHTSA的計(jì)劃是否足夠深入，不僅需要了解這項(xiàng)提案本身，還要全面了解AEB技術(shù)。通過(guò)探索底層技術(shù)，以及汽車制造商的進(jìn)展速度和市場(chǎng)趨勢(shì)，我們才有可能準(zhǔn)確判斷NHTSA計(jì)劃的潛在價(jià)值。

NHTSA的規(guī)劃

2016 年，NHTSA要求占美國(guó)汽車總銷量99% 的20 家汽車制造商在2022 年之前自愿將AEB作為其乘用車系列的標(biāo)準(zhǔn)配置。四年后的2020年，NHTSA的另一份報(bào)告顯示，該行業(yè)可能未能達(dá)到目標(biāo)，僅有10家制造商將AEB作為標(biāo)準(zhǔn)配置。這份報(bào)告理論上為制定強(qiáng)制性規(guī)定打開(kāi)了大門(mén)，但直到今年5月，NHTSA才提出了相關(guān)提案。從最初的要求到新的提案之間，美國(guó)公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)（IIHS）發(fā)布了后續(xù)報(bào)告，如圖2所示。

*由于不要求汽車制造商在達(dá)到目標(biāo)后提交更新數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)自前一份報(bào)告

圖2：2020年至 2022年期間，大多數(shù)汽車制造商的配備量都有顯著增長(zhǎng)

將IIHI的數(shù)據(jù)與NHTSA最初在2020年發(fā)布的報(bào)告進(jìn)行對(duì)比，凸顯出了一些有趣的趨勢(shì)。首先，2022年在20家汽車制造商中有14家至少為其95%的車輛配備了AEB，而兩年前這一數(shù)字僅為10家。如果我們觀察下述六個(gè)特例，則進(jìn)一步凸顯了這一高速發(fā)展的進(jìn)程。2022年，起亞汽車的AEB 裝備率為94%，謳歌（本田）汽車的AEB 裝備率為93%，但在2021 年零部件短缺之前，謳歌的AEB裝備率一直高于這個(gè)數(shù)值；另外四家制造商的裝備率則從2020年的38%上升到平均72%。

2023年，所有制造商都表示AEB的部署將再次增加，通用汽車（GM）表示其2023年款車型中98%都將配備該技術(shù)。這種逐年快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)以及NHTSA提案的時(shí)機(jī)，引發(fā)了一些有趣的問(wèn)題。許多人主要擔(dān)心的是，如果所有制造商在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之前就已經(jīng)在其全系車型中配備了AEB，那么這一提案是否會(huì)產(chǎn)生真正的影響。但了解這一提案的出臺(tái)原因，可以為其價(jià)值增添一些分量。

首先，重要的是要仔細(xì)研究提案的具體內(nèi)容。對(duì)于車輛之間的碰撞事故，如果駕駛員未能及時(shí)反應(yīng)，AEB系統(tǒng)需要在車速達(dá)到每小時(shí)50英里時(shí)采取主動(dòng)剎車。如果駕駛員剎車了，但并未達(dá)到所需的最大制動(dòng)力，那么AEB系統(tǒng)需要在車速達(dá)到每小時(shí)62英里時(shí)完全避免與另一輛車發(fā)生碰撞。擬議的車輛間AEB場(chǎng)景包括一輛車接近一輛靜止的前車、一輛行駛緩慢的前車以及一輛正在減速的前車。

對(duì)于車輛與行人之間的事故，所有車輛都必須在車速達(dá)到每小時(shí)40英里時(shí)采取行動(dòng)。擬議的車輛對(duì)行人AEB場(chǎng)景包括車輛接近（從左側(cè)或右側(cè)）穿越道路的行人、行人靜止在車輛行駛路徑上以及行人沿車輛行駛路徑行走。這項(xiàng)技術(shù)還需要在夜間工作，NHTSA表示，美國(guó)超過(guò)70%的行人死亡事故發(fā)生在夜間。

如果這項(xiàng)提案能在2023年8月底之前獲得批準(zhǔn)，那么從2026年9月開(kāi)始（即2027年款車型）將成為強(qiáng)制性規(guī)定。如果獲得批準(zhǔn)的時(shí)間較晚，則強(qiáng)制部署將推遲一年（即2028年款車型）。

鑒于夜間死亡人數(shù)等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及AEB在美國(guó)每年可挽救360人的生命并至少減少24000人受傷的情況，這些都突顯了AEB的重要性，因此很明顯為什么NHTSA將目標(biāo)指向了這項(xiàng)技術(shù)。但是，考慮到大多數(shù)車輛已經(jīng)配備的傳感器水平，強(qiáng)制行動(dòng)是否必要？擬議的規(guī)定是否真的足夠滿足需求？

AEB規(guī)范：美國(guó)與歐洲的比較

鑒于這項(xiàng)技術(shù)的迅速普及，尤其是在過(guò)去的三年里，不難理解將強(qiáng)制實(shí)施的目標(biāo)日期定為2026年9月（2027年款車型）可能為時(shí)已晚，無(wú)法產(chǎn)生任何影響。但是，如果我們將美國(guó)的情況與歐洲進(jìn)行比較，只會(huì)更加強(qiáng)烈地感覺(jué)到NHTSA正在落后于時(shí)代。

自2019 年起，作為歐洲公認(rèn)的車輛安全評(píng)級(jí)方法，要獲得歐洲新車碰撞測(cè)試（Euro NCAP）五星評(píng)級(jí)，就必須實(shí)施 AEB。雖然這可以被視為一種進(jìn)步，但歐盟委員會(huì)更進(jìn)一步，規(guī)定從2022 年起銷售的所有新車都必須安裝車輛間AEB系統(tǒng)（vehicle-to-vehicleAEB），并從 2024年起強(qiáng)制要求安裝車輛對(duì)行人系統(tǒng)（vehicle-to-pedestrian）。

此外，NHTSA的提案與EuroNCAP的規(guī)定在范圍上存在顯著差異。雖然兩種標(biāo)準(zhǔn)都涵蓋了類似的車輛間和車輛對(duì)行人AEB場(chǎng)景（包括成人/兒童行人和夜間條件），但EuroNCAP還涵蓋了幾種車輛對(duì)自行車和車輛對(duì)摩托車的AEB場(chǎng)景，考慮到了更廣泛的弱勢(shì)道路使用者（VRU）。

此外，與NHTSA的提案不同，EuroNCAP還涵蓋了包括（左或右）轉(zhuǎn)彎車輛以及向后倒車對(duì)行人的AEB場(chǎng)景。

了解AEB

如果我們了解AEB系統(tǒng)的工作原理，將有助于我們正確評(píng)估潛在的法規(guī)。作為先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的主要技術(shù)之一，AEB是一種強(qiáng)大的車輛安全措施，可以顯著減少安全事故，特別是在車輛前后碰撞和車輛與行人碰撞的情況下。

典型的AEB系統(tǒng)結(jié)合圖像傳感器、激光雷達(dá)（LiDAR）和毫米波雷達(dá)（RADAR）來(lái)感知可能導(dǎo)致潛在碰撞的物體。車輛會(huì)對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，如果即將發(fā)生碰撞，就會(huì)提醒駕駛員踩下剎車。如果駕駛員未能在足夠的時(shí)間內(nèi)踩下剎車，車輛會(huì)主動(dòng)采取制動(dòng)措施。

對(duì)于圖像傳感器而言，AEB系統(tǒng)需要轉(zhuǎn)化為視場(chǎng)角（FOV）、分辨率、幀率和微光性能等參數(shù)要求，這些圖像傳感器特性將直接影響物體的可探測(cè)性和物體探測(cè)的延遲。

如圖2所示，配備AEB功能的車輛銷售占比大幅增加，但這并不是唯一的重大變化。近年來(lái)，車輛的底層技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。處理系統(tǒng)更加強(qiáng)大，通信系統(tǒng)速度更快、數(shù)據(jù)傳輸率更高，傳感器也變得更加準(zhǔn)確，特別是在微光條件下。這些因素共同促使AEB系統(tǒng)變得更加智能、可靠，使其能夠在更多種情況下采取可挽救生命的動(dòng)作。

憑借超過(guò)15年的ADAS成像經(jīng)驗(yàn)，安森美（onsemi）一直是這一技術(shù)革新的核心力量。作為全球領(lǐng)先的用于ADAS系統(tǒng)（包括AEB）的圖像傳感器生產(chǎn)商，安森美交付了目前道路上所有車輛中70%的圖像傳感器。

安森美Hyperlux與NHTSA提案的比較

全新Hyperlux圖像傳感器系列建基于安森美深厚的汽車專業(yè)知識(shí)，旨在幫助汽車整車廠商（OEM）在各種條件下進(jìn)一步提升車輛的安全性，從而減少事故，挽救生命。如果我們將最新的Hyperlux產(chǎn)品系列與NHTSA提案進(jìn)行比較，就會(huì)發(fā)現(xiàn)該法規(guī)應(yīng)該更深入，或者至少可以盡早實(shí)施。

讓我們來(lái)考慮車輛對(duì)行人場(chǎng)景中車速最高（因此制動(dòng)距離最大）的情況：一輛車正在接近一個(gè)沿車輛行駛路徑行走的行人。車速可以達(dá)到每小時(shí)40英里，而行人的步行速度為每小時(shí)3.1英里。

對(duì)于這一車輛對(duì)行人的場(chǎng)景，如果考慮到典型的城市路況，前方ADAS 視場(chǎng)角為120°、時(shí)速達(dá)40 英里的車輛的停止（制動(dòng)）距離、0.5秒至 1秒的響應(yīng)（反應(yīng)）時(shí)間，以及每個(gè)行人至少8 個(gè)像素才能正確識(shí)別，可以推導(dǎo)出大約需要2480像素的最?。ㄋ剑┓直媛剩ㄊ褂酶咧袛?shù)學(xué)幾何知識(shí)）。

HyperluxAR0823AT傳感器（3840x2160像素）以超過(guò)50%的裕量滿足了NHTSA最嚴(yán)格的車輛對(duì)行人場(chǎng)景所規(guī)定的水平分辨率，可有效地為每位行人提供多達(dá)12個(gè)像素，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的AEB識(shí)別算法操作。

新的NHTSA 建議包含了2016年建議中缺少的一項(xiàng)內(nèi)容，即要求在微光條件下和夜間準(zhǔn)確探測(cè)行人。對(duì)安森美而言，這已經(jīng)是其優(yōu)先考慮的重點(diǎn)，也可以說(shuō)是Hyperlux 傳感器系列的標(biāo)志性特征，它具有2.1 μm 像素尺寸和業(yè)界領(lǐng)先的150 dB 高動(dòng)態(tài)范圍成像(HDR)，可在0.05 lux至200 萬(wàn)lux亮度場(chǎng)景中準(zhǔn)確成像。

讓我們將Hyperlux傳感器系列在微光條件下的性能與NHTSA提案進(jìn)行對(duì)比，再次考慮最嚴(yán)格的車輛對(duì)行人場(chǎng)景（例如：行人沿著駛來(lái)車輛的行駛路線行走），但這次是在夜間。提案中提到了0.2lux的環(huán)境光水平（月光條件）以及車輛近光燈/遠(yuǎn)光燈照明，但沒(méi)有規(guī)定車輛照明的照度水平（與EuroNCAP不同）。

美國(guó)汽車協(xié)會(huì)（AAA）在2019年對(duì)美國(guó)和歐洲汽車前大燈性能的一份研究表明，行人所在位置的平均近光燈照明水平約為9lux。假設(shè)最壞情況下行人的反射率為10%（穿著深色衣物），并使用典型的車用鏡頭（F值1.4），則在傳感器處的照度水平為0.11lux。

在典型的33ms積分時(shí)間（夜間條件）下，Hyperlux傳感器系列在0.03lux的照度水平下就能達(dá)到5的信噪比（SNR）（比NHTSA規(guī)定的照度要低四倍），而在0.10lux的照度水平下能達(dá)到10的信噪比！

在陽(yáng)光明媚的日子駛出隧道時(shí)，Hyperlux的HDR性能使車輛能夠立即看到附近的車輛和隧道盡頭以外的任何潛在危險(xiǎn)。過(guò)去，許多解決方案的動(dòng)態(tài)范圍不足，無(wú)法成功捕獲圖像的遠(yuǎn)近兩個(gè)區(qū)域，導(dǎo)致潛在風(fēng)險(xiǎn)在汽車處理器中不可見(jiàn)。在如圖3所示的場(chǎng)景中，Hyperlux傳感器系列的HDR性能能夠精確跟蹤圖像中心、邊緣和遠(yuǎn)處的對(duì)象，如汽車、交通信號(hào)燈和行人，即使在光線水平下降時(shí)也是如此。

圖.行人汽車制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景示例——行人沿路徑移動(dòng)的基本設(shè)置

Hyperlux傳感器可在各種具有挑戰(zhàn)性的視覺(jué)條件下準(zhǔn)確追蹤多種危險(xiǎn)

Hyperlux傳感器提供的精確性，集成安全性并符合B級(jí)汽車安全完整性（ASIL）安全標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了基本AEB應(yīng)用的要求。其高精度、高速和先進(jìn)功能已可用于ADASL2級(jí)系統(tǒng)以及更高級(jí)別的系統(tǒng)，幫助制造商向自動(dòng)駕駛過(guò)渡。

NHTSA與車輛安全的未來(lái)

對(duì)于NHTSA的提案，我們不禁要問(wèn)，它是否足夠深入，以及規(guī)劃中的時(shí)間線是否過(guò)長(zhǎng)。雖然任何旨在提升車輛安全性的標(biāo)準(zhǔn)在理論上都應(yīng)該受到歡迎，但如果要產(chǎn)生影響力，它必須領(lǐng)先于行業(yè)。

從歐洲取得的進(jìn)展來(lái)看，NHTSA的計(jì)劃至少落后兩年（針對(duì)車輛與行人之間的措施），而有些方面甚至落后四年（車輛間）。將這一標(biāo)準(zhǔn)與最新的感知產(chǎn)品進(jìn)行比較，再次凸顯出兩者之間的差距。像Hyperlux這樣的傳感器已經(jīng)能夠滿足擬議的AEB要求，包括在微光環(huán)境下的性能，同時(shí)還能支持其他技術(shù)，如車道偏離系統(tǒng)和全自動(dòng)駕駛。到2026年，配備ADAS系統(tǒng)的車輛可能將遠(yuǎn)超NHTSA的提案要求。

如果我們觀察市場(chǎng)趨勢(shì)，情況也類似。汽車制造商不斷努力為新車型增加功能，以創(chuàng)造更加高端和安全的車輛供消費(fèi)者使用，因此AEB是預(yù)期中的一項(xiàng)功能。這一因素繼續(xù)推動(dòng)配備ADAS技術(shù)（如AEB）的車輛銷售。隨著大多數(shù)制造商加快在其全系車型中100%部署AEB，許多設(shè)計(jì)人員正在研究更具革命性的提升車輛安全性的方法。

盡管NHTSA提案中的某些元素是積極的，比如微光環(huán)境下的測(cè)試，但很明顯，考慮到時(shí)間跨度，該提案還可以或許還應(yīng)該更進(jìn)一步。汽車制造商及其供應(yīng)商正在努力利用創(chuàng)新技術(shù)來(lái)提高車輛安全性，減少汽車事故，拯救生命。正是這種由領(lǐng)先汽車制造商及其產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)商（如安森美）組成的合力，很可能意味著許多汽車將在2026年之前就配備更先進(jìn)的安全功能。