下一代空间意识：推动车辆安全的未来

汽车行业的变化速度非常快。推进系统正在转向使用可持续燃料，且越来越多的车辆也通过先进驾驶员辅助系统（ADAS）为驾驶员提供帮助，例如发出危险警告。如果驾驶员不及时采取行动，ADAS系统可以制动，甚至操纵转向。

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为了使这些系统运行，车辆必须了解其位置，更重要的是了解其周围环境。汽车必须快速准确地识别物体、行人和其他车辆等危险，以便在所有天气和照明条件下都能采取正确的行动。

虽然这些进步主要是由汽车行业推动的，即对消费者对车辆更高安全性需求的响应，政府和道路安全组织也加入了这一行动，增加了立法并对安全评级中没有这些功能的车辆进行处罚。

车辆用于检测外部环境的技术也越来越多地部署在车内，以检测和监控乘客，从而提供更高水平的安全性和便利性。

车辆自主化

人们普遍认为，绝大多数事故发生的原因是驾驶员决策失误或注意力不集中。因此，为驾驶员提供可扫描环境中危险并提供警告的ADAS是增强道路安全的有效方法。

目前有多种技术可以提供ADAS功能所需的空间感知。最常用的包括：激光雷达，雷达，以及基于图像传感器的摄像头。而其他技术例如超声波，由于其测距有限，专门用于停车距离控制（PDC）。

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激光雷达可扫描场景并测量反射光以检测物体。在天气好的情况下，它可以在长距离提供高分辨率，但在大雨或浓雾等散射激光雷达光束的情况下，激光雷达的性能会受到限制。激光雷达可以提供物体的三维信息，这对于计算尺寸很有价值。

雷达的工作方式与激光雷达类似，用无线电波代替光。这些波在物体上反弹并反射回车载接收器。通过处理这些反射，ADAS可以确定雷达范围内物体的距离、速度和方向。与激光雷达相比，雷达的分辨率较低，但不受恶劣天气的影响。

随着技术不断发展，雷达版本不断更新，已采用德州仪器（TI）毫米波传感器等现代技术，提供的空间和速度分辨率是传统解决方案的三倍。当用于前向雷达时，TI AWR毫米波传感器能够以<1的角分辨率检测速度高达300公里/小时的移动物体。

图像传感器也是ADAS的一个组成部分。虽然它们也会受到天气和具有挑战性的高动态场景（例如日落和迎面而来的车灯）的影响，但最新的汽车图像解决方案具有令人难以置信的灵敏度，具有高达甚至超过140dB的HDR功能，可确保场景的黑暗和明亮部分都能被准确捕获，从而使控制系统能够正确解释前方的道路，将行人和车辆与周围环境区分开来，并在需要时采取行动。与雷达或激光雷达相比，高分辨率图像传感器还可以读取限速标志，为ADAS提供有价值的输入。

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由于每种传感方式相对于其他方式都有其优点和缺点，因此通常通过传感器融合来组合来自各种传感器的数据。通过这种方式，系统可以在所有天气和照明条件下获得前方道路的最佳图像。传感器融合还提供一定程度的冗余，这对于高度依赖的系统非常有价值。

ADAS功能价值被认为对道路安全做出了重大贡献。EuroNCAP目前已将特定的行人事故场景纳入其测试中，以评估ADAS在现实场景中的能力。同样，EuroNCAP还共添加了六个场景来测试现实情况下的自动紧急制动（AEB）。

2023年初，美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）宣布一项提案，将行人检测和AEB作为乘用车和轻型卡车的标配功能，旨在减少与行人的碰撞以及追尾碰撞。NHTSA在其声明中估计，这将每天挽救1条生命，每月可避免约2,000人受伤。

车舱内监控

监控车外世界的技术也越来越多地应用于车内，主要是为了提高安全性。由于驾驶员注意力不集中是事故的主要原因，一些车辆现在配备了针对驾驶员眼睛的摄像头。这使得安全系统能够检测到早期的睡眠迹象，并在车辆高速接近静止车辆时查看驾驶员是否在看其他地方，从而比驾驶员集中注意力时更早应用AEB。

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该技术还被用于提高乘客安全。由于乘客体型各异，一刀切的安全气囊展开方法并不是最佳选择。在最简单的层面上，确定哪些座位被占用后，仅允许部署相关的安全气囊。然而，使用图像传感器可以提供有关乘客尺寸的信息，该信息可用于将安全气囊的展开力调整到适当的水平。

引起关注的另一个与车舱相关的问题是中暑和热相关死亡，尤其是被有意或无意滞留在封闭车辆中的婴儿。车舱内的图像传感器可以识别人并区分毛绒玩具和婴儿，但如果婴儿在毯子下，则可能无法识别。因此，能够提供100微米精度的毫米波技术是首选解决方案。因此即使被覆盖，传感器也可以通过呼吸运动来检测生物（即人类和宠物）。

为了简化此类解决方案的设计流程，Jorjin Technologies的MM5D91-00 60GHz存在检测传感器模块包含创建操作原型所需的一切。该模块具有一个板载调节器、一根发射天线、三根接收天线和一个基于Arm® Cortex-M4F的处理器系统。

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手势控制

监控驾驶员是否分心可以降低风险，但消除分心能够有更好的效果。日常生活中，常见的干扰之一是在驾驶时摸索仪表板上的小按钮，或尝试深入了解信息娱乐系统中的多层菜单。

认识到这些问题，一些汽车制造商开始采用允许驾驶员做出手势来控制车辆功能的人机界面（HMI）。在某些情况下，手势控制增强了现有的物理控制，尽管该技术最终可能取代按钮和触摸屏。

基于飞行时间（ToF）技术，例如意法半导体VL53L8CH ToF传感器，典型的手势识别系统将集成红外（IR）光源，以确保在强环境光下具有良好的性能。该系统还将包括一个单光子雪崩二极管（SPAD）检测阵列来检测反射光。

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由此，系统可以创建放置在其视野（FoV）中的手部深度图，并从预先配置的动作中推断出命令。例如，张开手掌通常意味着“停止”，而向上移动可向上滚动菜单。通过使用这种类型的系统，驾驶员不再需要搜索特定的按钮或菜单选项，命令仅依赖于相当宽广的视场内的手势。因此，专注于前方道路的能力大大增强。

结语

空间意识将成为未来车辆的关键要素，最终使车辆能够完全自主运行。即使现在ADAS仍依靠危险感知来警告驾驶员路径上的障碍物。目前市场上有多种技术，包括激光雷达、雷达和图像传感器，均具有各自优势，但显然最好的解决方案是通过传感器融合将这些技术结合起来。

最近，空间意识在车舱内变得越来越重要，不仅允许依据在场乘客的情况部署安全气囊，并检测留在车内的婴儿，还通过ToF等相关技术为驾驶员带来了手势控制，从而消除更多干扰，使道路更加安全。