汽車制造商和政府監(jiān)管機構(gòu)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(guān)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(shù)。

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(shù)在乘用車中的應(yīng)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(yù)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(yù)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(shù)的協(xié)同合作。一套感知套件如同系統(tǒng)的 “眼睛”，負責(zé)檢測車輛周圍環(huán)境，并為系統(tǒng)的 “大腦” 提供數(shù)據(jù)。系統(tǒng) “大腦” 利用這些數(shù)據(jù)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(dāng)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(gòu)成，其中車規(guī)級攝像頭是核心部件，其內(nèi)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(shù)據(jù)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(yīng)商而言，實施 ADAS 系統(tǒng)并非易事。一方面，處理多個傳感器產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)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(guān)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(yīng)極端溫度，并在車輛的整個生命周期內(nèi)可靠運行。

下面，讓我們詳細了解 ADAS 中運用的一些關(guān)鍵傳感器技術(shù)，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(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過軟件算法進行處理，并相互結(jié)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(fù)雜性可能會迅速增加，相應(yīng)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(yù)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(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于實現(xiàn)各種 ADAS 功能。

安森美(onsemi)提供的包括 Hyperlux 系列在內(nèi)的多種圖像傳感器，以低功耗實現(xiàn)了出色的圖像質(zhì)量。Hyperlux 傳感器像素架構(gòu)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(dǎo)致的誤讀問題。

Hyperlux 圖像傳感器專為應(yīng)對復(fù)雜的汽車場景條件而設(shè)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(shù)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(shù)，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(shè)置” 的曝光方案，有效避免了在光線條件變化時自動調(diào)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(guān)重要，它能夠消除場景中的模糊性。

實現(xiàn)深度感知的技術(shù)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(yīng)用，也適用于遠距離應(yīng)用。雖然低成本的毫米波雷達傳感器在當(dāng)今汽車應(yīng)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(gòu)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(nèi)掃描光線，重復(fù)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(shè)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(yīng)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(chǔ)駕駛輔助的自動駕駛能力，即駕駛員無需時刻關(guān)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(shù)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(jù)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(yīng)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(shù)方面發(fā)揮了重要作用。安森美發(fā)明了雙轉(zhuǎn)換增益像素技術(shù)和 HDR(高動態(tài)范圍)模式，這些技術(shù)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(shè)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(shù)方面的領(lǐng)導(dǎo)地位，目前道路上的大多數(shù) 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(yīng)用提供高性能的傳感器，進而推動了 ADAS 技術(shù)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(shù)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。