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自动紧急制动系统(AEB) 提案已落后于最新的汽车解决方案吗?

发布日期:2024-04-16 11:03:48   来源 : 传感器专家网    作者 :传感网络    浏览量 :66
传感网络 传感器专家网 发布日期:2024-04-16 11:03:48  
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       2023年5月,美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)宣布了一项计划,要求所有新型乘用车将自动紧急制动(AEB)系统作为标准配置。简单来说,AEB是车辆为避免潜在事故而自动启动刹车的过程。这是一种强力措施,能够降低碰撞时的速度或完全避免碰撞,从而防止车辆损坏和人员伤亡。

       从表面上看,强制实施AEB系统的计划是个好主意。但如果NHTSA的提案要产生影响力,它必须领先于它所希望塑造的行业。要理解这项标准是否能及时产生对汽车行业的影响,以及NHTSA的计划是否足够深入,不仅需要了解这项提案本身,还要全面了解AEB技术。通过探索底层技术,以及汽车制造商的进展速度和市场趋势,我们才有可能准确判断NHTSA计划的潜在价值。

图1:汽车感知技术示意图

       NHTSA的规划

       2016 年,NHTSA 要求占美国汽车总销量 99% 的 20 家汽车制造商在 2022 年之前自愿将 AEB 作为其乘用车系列的标准配置。四年后的2020年,NHTSA的另一份报告显示,该行业可能未能达到目标,仅有10家制造商将AEB作为标准配置。这份报告理论上为制定强制性规定打开了大门,但直到今年5月,NHTSA才提出了相关提案。从最初的要求到新的提案之间,美国公路安全保险协会(IIHS)发布了后续报告,如图2所示。

图2:2020 年至 2022 年期间,大多数汽车制造商的配备量都有显著增长

       将IIHI的数据与NHTSA最初在2020年发布的报告进行对比,凸显出了一些有趣的趋势。首先,2022年在20家汽车制造商中有14家至少为其95%的车辆配备了AEB,而两年前这一数字仅为10家。如果我们观察下述六个特例,则进一步凸显了这一高速发展的进程。2022 年,起亚汽车的 AEB 装备率为 94%,讴歌(本田)汽车的 AEB 装备率为 93%,但在 2021 年零部件短缺之前,讴歌的 AEB 装备率一直高于这个数值;另外四家制造商的装备率则从2020年的38%上升到平均72%。2023年,所有制造商都表示AEB的部署将再次增加,通用汽车(GM)表示其2023年款车型中98%都将配备该技术。这种逐年快速增长的态势以及NHTSA提案的时机,引发了一些有趣的问题。许多人主要的担心是,如果所有制造商在标准实施之前就已经在其全系车型中配备了AEB,那么这一提案是否会产生真正的影响?但了解这一提案的出台原因,可以为其价值增添一些分量。

       首先,重要的是要仔细研究提案的具体内容。对于车辆之间的碰撞事故,如果驾驶员未能及时反应,AEB系统需要在车速达到每小时50英里时采取主动刹车。如果驾驶员刹车了,但并未达到所需的最大制动力,那么AEB系统需要在车速达到每小时62英里时完全避免与另一辆车发生碰撞。拟议的车辆间AEB场景包括一辆车接近一辆静止的前车、一辆行驶缓慢的前车以及一辆正在减速的前车。

       对于车辆与行人之间的事故,所有车辆都必须在车速达到每小时40英里时采取行动。拟议的车辆对行人AEB场景包括车辆接近(从左侧或右侧)穿越道路的行人、行人静止在车辆行驶路径上以及行人沿车辆行驶路径行走。这项技术还需要在夜间工作,NHTSA表示,美国超过70%的行人死亡事故发生在夜间。

       如果这项提案能在2023年8月底之前获得批准,那么从2026年9月开始(即2027年款车型)将成为强制性规定。如果获得批准的时间较晚,则强制部署将推迟一年(即2028年款车型)。

       鉴于夜间死亡人数等统计数据,以及AEB在美国每年可挽救360人的生命并至少减少24000人受伤的情况,这些都突显了AEB的重要性,因此很明显为什么NHTSA将目标指向了这项技术。但是,考虑到大多数车辆已经配备的传感器水平,强制行动是否必要?拟议的规定是否真的足够满足需求?

       AEB规范:美国与欧洲的比较

       鉴于这项技术的迅速普及,尤其是在过去的三年里,不难理解将强制实施的目标日期定为2026年9月(2027年款车型)可能为时已晚,无法产生任何影响。但是,如果我们将美国的情况与欧洲进行比较,只会更加强烈地感觉到NHTSA正在落后于时代。

       自 2019 年起,作为欧洲公认的车辆安全评级方法,要获得欧洲新车碰撞测试( Euro NCAP) 五星评级,就必须实施 AEB。虽然这可以被视为一种进步,但欧盟委员会更进一步,规定从 2022 年起销售的所有新车都必须安装车辆间AEB系统(vehicle-to-vehicle AEB),并从 2024 年起强制要求安装车辆对行人系统(vehicle-to-pedestrian)。

       此外,NHTSA的提案与Euro NCAP的规定在范围上存在显著差异。虽然两种标准都涵盖了类似的车辆间和车辆对行人AEB场景(包括成人/儿童行人和夜间条件),但Euro NCAP还涵盖了几种车辆对自行车和车辆对摩托车的AEB场景,考虑到了更广泛的弱势道路使用者(VRU)。

       此外,与NHTSA的提案不同,Euro NCAP还涵盖了包括(左或右)转弯车辆以及向后倒车对行人的AEB场景。

       了解AEB

       如果我们了解AEB系统的工作原理,将有助于我们正确评估潜在的法规。作为先进驾驶辅助系统(ADAS)的主要技术之一,AEB是一种强大的车辆安全措施,可以显著减少安全事故,特别是在车辆前后碰撞和车辆与行人碰撞的情况下。典型的AEB系统结合图像传感器、激光雷达(LiDAR)和毫米波雷达(RADAR)来感知可能导致潜在碰撞的物体。车辆会对图像进行实时分析,如果即将发生碰撞,就会提醒驾驶员踩下刹车。如果驾驶员未能在足够的时间内踩下刹车,车辆会主动采取制动措施。

       对于图像传感器而言,AEB系统需要转化为视场角(FOV)、分辨率、帧率和微光性能等参数要求,这些图像传感器特性将直接影响物体的可探测性和物体探测的延迟。

       如图2所示,配备AEB功能的车辆销售占比大幅增加,但这并不是唯一的重大变化。近年来,车辆的底层技术有了长足的发展。处理系统更加强大,通信系统速度更快、数据传输率更高,传感器也变得更加准确,特别是在微光条件下。这些因素共同促使AEB系统变得更加智能、可靠,使其能够在更多种情况下采取可挽救生命的动作。

       凭借超过15年的ADAS成像经验,安森美一直是这一技术革新的核心力量。作为全球领先的用于ADAS系统(包括AEB)的图像传感器生产商,安森美(onsemi )交付了目前道路上所有车辆中70%的图像传感器。

       安森美Hyperlux与NHTSA提案的比较

       全新Hyperlux图像传感器系列建基于安森美深厚的汽车专业知识,旨在帮助汽车整车厂商(OEM)在各种条件下进一步提升车辆的安全性,从而减少事故,挽救生命。如果我们将最新的Hyperlux产品系列与NHTSA提案进行比较,就会发现该法规应该更深入,或者至少可以尽早实施。

       让我们来考虑车辆对行人场景中车速最高(因此制动距离最大)的情况:一辆车正在接近一个沿车辆行驶路径行走的行人。车速可以达到每小时40英里,而行人的步行速度为每小时3.1英里。

       对于这一车辆对行人的场景,如果考虑到典型的城市路况,前方 ADAS 视场角为 120°、时速达 40 英里的车辆的停止(制动)距离、0.5 秒至 1 秒的响应(反应)时间,以及每个行人至少 8 个像素才能正确识别,可以推导出大约需要2480像素的最小(水平)分辨率(使用高中数学几何知识)。

       Hyperlux AR0823AT传感器(3840 x 2160像素)以超过50%的裕量满足了NHTSA最严格的车辆对行人场景所规定的水平分辨率,可有效地为每位行人提供多达12个像素,从而实现强大的AEB识别算法操作。

图3. 行人汽车制动系统测试场景示例——行人沿路径移动的基本设置

       新的 NHTSA 建议包含了 2016 年建议中缺少的一项内容,即要求在微光条件下和夜间准确探测行人。对安森美而言,这已经是其优先考虑的重点,也可以说是 Hyperlux 传感器系列的标志性特征,它具有 2.1 µm 像素尺寸和业界领先的 150 dB 高动态范围成像 (HDR),可在 0.05 lux至 200 万lux亮度场景中准确成像。

       让我们将Hyperlux传感器系列在微光条件下的性能与NHTSA提案进行对比,再次考虑最严格的车辆对行人场景(例如:行人沿着驶来车辆的行驶路线行走),但这次是在夜间。提案中提到了0.2 lux的环境光水平(月光条件)以及车辆近光灯/远光灯照明,但没有规定车辆照明的照度水平(与Euro NCAP不同)。

       美国汽车协会(AAA)在2019年对美国和欧洲汽车前大灯性能的一份研究表明,行人所在位置的平均近光灯照明水平约为9 lux。假设最坏情况下行人的反射率为10%(穿着深色衣物),并使用典型的车用镜头(F值1.4),则在传感器处的照度水平为0.11 lux。

       在典型的33ms积分时间(夜间条件)下,Hyperlux传感器系列在0.03 lux的照度水平下就能达到5的信噪比(SNR)(比NHTSA规定的照度要低四倍),而在0.10 lux的照度水平下能达到10的信噪比!

       在阳光明媚的日子驶出隧道时,Hyperlux的HDR性能使车辆能够立即看到附近的车辆和隧道尽头以外的任何潜在危险。过去,许多解决方案的动态范围不足,无法成功捕获图像的远近两个区域,导致潜在风险在汽车处理器中不可见。在如图3所示的场景中,Hyperlux传感器系列的HDR性能能够精确跟踪图像中心、边缘和远处的对象,如汽车、交通信号灯和行人,即使在光线水平下降时也是如此。

图4:Hyperlux传感器可在各种具有挑战性的视觉条件下准确追踪多种危险

       Hyperlux传感器提供的精确性,集成安全性并符合B级汽车安全完整性(ASIL)安全标准,远远超出了基本AEB应用的要求。其高精度、高速和先进功能已可用于ADAS L2级系统以及更高级别的系统,帮助制造商向自动驾驶过渡。

       NHTSA与车辆安全的未来

       对于NHTSA的提案,我们不禁要问,它是否足够深入,以及规划中的时间线是否过长。虽然任何旨在提升车辆安全性的标准在理论上都应该受到欢迎,但如果要产生影响力,它必须领先于行业。从欧洲取得的进展来看,NHTSA的计划至少落后两年(针对车辆与行人之间的措施),而有些方面甚至落后四年(车辆间)。将这一标准与最新的感知产品进行比较,再次凸显出两者之间的差距。像Hyperlux这样的传感器已经能够满足拟议的AEB要求,包括在微光环境下的性能,同时还能支持其他技术,如车道偏离系统和全自动驾驶。到2026年,配备ADAS系统的车辆可能将远超NHTSA的提案要求。

       如果我们观察市场趋势,情况也类似。汽车制造商不断努力为新车型增加功能,以创造更加高端和安全的车辆供消费者使用,因此AEB是预期中的一项功能。这一因素继续推动配备ADAS技术(如AEB)的车辆销售。随着大多数制造商加快在其全系车型中100%部署AEB,许多设计人员正在研究更具革命性的提升车辆安全性的方法。尽管NHTSA提案中的某些元素是积极的,比如微光环境下的测试,但很明显,考虑到时间跨度,该提案还可以或许还应该更进一步。汽车制造商及其供应商正在努力利用创新技术来提高车辆安全性,减少汽车事故,拯救生命。正是这种由领先汽车制造商及其产业链供应商(如安森美)组成的合力,很可能意味着许多汽车将在2026年之前就配备更先进的安全功能。

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