汽車制造商和政府監(jiān)管機構始終致力于探索提升交通安全的有效途徑。近年來，先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)在減少道路傷亡方面取得了重大突破。本文將深入探討 ADAS 在增強道路安全方面的關鍵作用，以及各類對實現(xiàn)這一目標起著決定性作用的傳感器技術。

自 20 世紀 70 年代防抱死制動系統(tǒng)(ABS)首次問世以來，ADAS 技術在乘用車中的應用逐步增加，道路安全性也隨之顯著提高。美國國家安全委員會(NSC)估計，僅在美國，ADAS 就有潛力避免約 62% 的交通死亡事故，每年能夠挽救超過 20,000 人的生命。近年來，自動緊急制動(AEB)和前撞預警(FCW)等 ADAS 功能日益普及，超過四分之一的車輛已配備這些功能，助力駕駛員預防事故，最終達到挽救生命的目的。

ADAS 系統(tǒng)的運行依賴多種技術的協(xié)同合作。一套感知套件如同系統(tǒng)的 “眼睛”，負責檢測車輛周圍環(huán)境，并為系統(tǒng)的 “大腦” 提供數據。系統(tǒng) “大腦” 利用這些數據進行運算，從而做出車輛的執(zhí)行決策，輔助駕駛員操作。例如，當檢測到前方有車輛且駕駛員未踩下剎車時，AEB 系統(tǒng)會自動啟動剎車，使車輛及時停下，避免追尾碰撞事故的發(fā)生。ADAS 感知套件由視覺系統(tǒng)構成，其中車規(guī)級攝像頭是核心部件，其內部的高性能圖像傳感器能夠捕捉車輛周圍環(huán)境的視頻流，用于檢測車輛、行人、交通標志等。在低速行駛和停車場景下，該攝像頭所捕捉的圖像還能顯示出來，輔助駕駛員進行操作。攝像頭通常會與毫米波雷達、激光雷達(LiDAR)或超聲波傳感器等深度感知系統(tǒng)搭配使用，這些傳感器提供的深度信息可增強攝像頭獲取的二維圖像，增加數據冗余度，消除物體距離測量的模糊性。

對于汽車制造商及其一級系統(tǒng)供應商而言，實施 ADAS 系統(tǒng)并非易事。一方面，處理多個傳感器產生的海量數據面臨處理能力的限制;另一方面，傳感器本身也存在性能瓶頸。汽車行業(yè)的嚴苛要求決定了每個組件，包括硬件和相關軟件算法，都必須具備極高的可靠性，因此需要進行大量測試以確保安全。此外，系統(tǒng)還必須在惡劣的照明和天氣條件下保持穩(wěn)定性能，能夠適應極端溫度，并在車輛的整個生命周期內可靠運行。

下面，讓我們詳細了解 ADAS 中運用的一些關鍵傳感器技術，包括圖像傳感器、激光雷達(LiDAR)和超聲波傳感器。每種傳感器都能提供特定類型的數據，這些數據通過軟件算法進行處理，并相互結合，從而生成對車輛周圍環(huán)境準確而全面的認知。這一過程被稱為傳感器融合，它借助多種傳感器模式的冗余特性，提高軟件感知算法的準確性和可靠性，進而通過更高置信度的決策實現(xiàn)更高級別的安全保障。這些多傳感器套件的復雜性可能會迅速增加，相應地，算法也需要越來越強大的處理能力。與此同時，傳感器本身也在不斷發(fā)展進步，如今已能夠在傳感器級而非僅在中央 ADAS 處理器上進行本地處理。

圖像傳感器：車輛的 “眼睛”

圖像傳感器堪稱車輛的 “眼睛”，是任何配備 ADAS 的車輛中最為重要的傳感器類型之一。從 “機器視覺” 駕駛輔助功能，如自動緊急制動、前方碰撞預警和車道偏離警告，到 “人類視角” 功能，如用于泊車輔助的 360 度環(huán)視攝像頭和電子后視鏡的攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)，再到能夠檢測駕駛員分心或疲勞狀態(tài)并發(fā)出警報以防止事故的駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)，圖像傳感器提供的圖像數據被廣泛應用于實現(xiàn)各種 ADAS 功能。

安森美(onsemi)提供的包括 Hyperlux 系列在內的多種圖像傳感器，以低功耗實現(xiàn)了出色的圖像質量。Hyperlux 傳感器像素架構采用了創(chuàng)新的超級曝光成像方案，可通過 LED 閃爍緩解(LFM)捕獲高動態(tài)范圍(HDR)幀，有效克服了 LED 前后車燈或 LED 交通標志因脈沖頻閃導致的誤讀問題。

Hyperlux 圖像傳感器專為應對復雜的汽車場景條件而設計，例如在高架橋上方的直射陽光下，它能夠捕捉高達 150 分貝(dB)的動態(tài)范圍。配備 Hyperlux 圖像傳感器的攝像頭在處理極端情況時，表現(xiàn)遠遠優(yōu)于人眼，并且在光照水平遠低于 1 lux 的環(huán)境下仍能正常工作。

安森美的 Hyperlux 圖像傳感器包括 800 萬像素的 AR0823AT 和 300 萬像素的 AR0341AT。這些數字 CMOS 圖像傳感器采用 Hyperlux 2.1μm 超曝光單光電二極管像素技術，具備出色的低照度性能，同時還能在同一幀圖像中捕捉高照度和低照度場景中的寬動態(tài)范圍。超級曝光像素可在一幀圖像中實現(xiàn)足夠大的動態(tài)范圍，從而采用 “無憂設置” 的曝光方案，有效避免了在光線條件變化時自動調節(jié)曝光的麻煩，比如在晴天駛出隧道或停車場時。

深度傳感器(激光雷達)：精確感知距離

精確測量物體與傳感器之間的距離，即深度感知，對于各種 ADAS 功能以及實現(xiàn)更高級別的 ADAS 和全自動駕駛至關重要，它能夠消除場景中的模糊性。

實現(xiàn)深度感知的技術有多種。若考慮深度性能，光探測和測距(激光雷達，LiDAR)是最佳選擇。LiDAR 能夠以高深度和角度分辨率進行深度感知，并且由于系統(tǒng)通過近紅外(NIR)激光與傳感器的協(xié)同實現(xiàn)了主動照明，所以可在各種環(huán)境光條件下正常工作，既適用于近距離應用，也適用于遠距離應用。雖然低成本的毫米波雷達傳感器在當今汽車應用中更為常見，但它們的角度分辨率不及 LiDAR，無法提供超出基本 ADAS 需求的更高級別自動駕駛所需的高分辨率三維點云環(huán)境信息。

最常見的 LiDAR 架構是直接飛行時間(ToF)法，它通過發(fā)射一個短紅外光脈沖，并測量信號從物體反射回到傳感器所需的時間，從而直接計算出距離。LiDAR 傳感器通過在其視野范圍內掃描光線，重復這一測量過程，以捕捉整個場景信息。

安森美(onsemi)的 ARRAYRDM - 0112A20 硅光電倍增管(SiPM)陣列是一種單光子敏感傳感器，在單片陣列中設有 12 個通道，在近紅外波長(如 905nm)處具有高光子探測效率(PDE)，用于檢測返回的脈沖。此 SiPM 陣列已被集成到一款 LiDAR 中，該 LiDAR 應用于世界上首批具備真正 “視線離開” 自動駕駛功能的乘用車上，使車輛擁有了超越基礎駕駛輔助的自動駕駛能力，即駕駛員無需時刻關注路面情況。倘若沒有 LiDAR 深度感知的支持，這種水平的自動駕駛功能至今難以在消費級車輛上可靠實現(xiàn)。

超聲波傳感器：近距離探測利器

另一種用于距離測量的技術是超聲波檢測，其原理是通過傳感器發(fā)射頻率超出人類聽覺范圍的聲波，然后檢測反彈回來的聲音，依據飛行時間來測量距離。

超聲波傳感器常用于泊車輔助等近距離障礙物探測和低速操控應用場景。它的一個顯著優(yōu)點是，聲音傳播速度比光慢得多，因此反射聲波返回傳感器的時間通常為幾微秒，而光的返回時間為納秒級。這意味著超聲波傳感器所需的處理性能要低得多，從而降低了系統(tǒng)成本。

以安森美的 NCV75215 泊車距離測量 ASSP 為例，在車輛停放過程中，該元件通過壓電超聲波變換器對障礙物的距離進行飛行時間測量。它能夠檢測距離為 0.25 米至 4.5 米的物體，并具有高靈敏度和低噪聲的特點。

安森美在開發(fā) ADAS 所需的傳感器技術方面發(fā)揮了重要作用。安森美發(fā)明了雙轉換增益像素技術和 HDR(高動態(tài)范圍)模式，這些技術如今已被業(yè)界眾多傳感器所采用，并且開創(chuàng)了創(chuàng)新的超級曝光設計，使傳感器既能在低照度環(huán)境下表現(xiàn)出色，又能通過單個光電二極管捕捉 HDR 場景而不會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。憑借在市場和技術方面的領導地位，目前道路上的大多數 ADAS 圖像傳感器均由安森美開發(fā)。在過去的二十年里，這些創(chuàng)新成果助力安森美為汽車應用提供高性能的傳感器，進而推動了 ADAS 技術的發(fā)展，為挽救道路交通中的生命發(fā)揮了積極作用。

隨著技術的不斷進步與創(chuàng)新，ADAS 系統(tǒng)中的傳感器將更加智能、精準和可靠，在未來的道路交通中，有望進一步降低事故發(fā)生率，拯救更多寶貴的生命，為人們的出行安全提供更加堅實的保障。