骁龙820A：汽车碰撞预防系统介绍

骁龙820A汽车用处理器使用车头雷达和各种传感器为驾驶员提供重要的提醒和信息，让驾驶员感知其周围环境，提高其对汽车的控制能力和安全意识，从而确保驾驶员的安全。而这一切都归功于集成了Qualcomm Hexagon 680 DSP和带有多个传感器的图像信号处理器。下面来讲解一下其防碰撞系统的基本原理。

一、前碰撞预警系统背景概述

2017年3月7日，交通运输部组织制定了交通运输行业标准《营运客车安全技术条件》，并于2017年4月1日起正式实施，要求9米以上的营运客车要求必须具备车道偏离预警和前方碰撞预警系统（FCW），并给出了13个月的过渡期。交通部此项强制要求是国内首个强制安装ADAS系统的案例，由此可见，FCW是ADAS的必备基础功能。
相关统计数据表明，由于驾驶员的主观因素导致的交通事故占比最高，若在交通事故发生前的1.5s给驾驶员发出预警，可避免90%的碰撞事故，大大减少交通事故的伤害。而汽车防碰撞安全控制系统就是通过各种传感器，比如摄像头、雷达等，实时检测车辆周围的物体，并检测目标车辆距离本车的距离。当安全距离小于阈值时，则发出警报提示驾驶员，有效降低了交通事故的发生。而前车碰撞预警 (Forward Collision Warning)技术的主要目的就是在有潜在碰撞危险时进行提醒，防止或减少追尾事故。

二、前碰撞预警系统FCW实现原理详解
首先，让我们先了解一下什么是前车碰撞预警？
前车碰撞预警 (Forward Collision Warning)是一项主动安全技术，在检测到本车跟前车有潜在碰撞危险时，进行提醒，防止或减轻追尾事故带来的伤害。一般预警的方式有声音、视觉或者触觉等。

有一些前车碰撞预警系统也提供不同程度的制动功能。如果系统检测到预警后驾驶员并未采取措施，系统会执行不同程度的制动以阻止或减轻碰撞。“预测性前车碰撞预警PFCW”也属于前车碰撞预警的范畴。PFCW的特点是能够检测到前面两辆车，能够很好地预防前车急刹带来的追尾。

其次，再了解一下前车碰撞预警在什么场景下有用？
一般来说，以下几种场景容易导致追尾事故：
十字路口，绿灯，你前面车辆都突然减速，因为前方有障碍物，而你的车速很快。
行车时未注意保持安全车距，你的车距离前车过近。
你前方的车辆突然减速转弯，而且未打转向灯。
你前方的车辆突然减速给行人让路，但你并没有注意到它的刹车。

    最后，也是最重要的让我们来了解一下前车碰撞预警的原理？前车碰撞预警主要利用雷达、图像等传感器来进行监测。一般对本车行驶轨迹内的最近障碍车辆进行预警，并且不受在非本车行驶轨迹内的前方更近障碍物等的影响；在正确识别有效目标的基础上，结合本车当前行驶状况与有效目标运动情况进行决策分析；最终以适时适当的方式提醒驾驶员采取规避措施。

FCW系统的如上功能可以通过三大模块加以实现：信息感知、决策算法、预警信息发布。

由安装在车头的雷达，侦测自车和前方车辆的距离及速度，初期会发出警告声来提醒驾驶人注意车距，若车距依然持续拉近，车辆便会先自动轻踩刹车，并轻拉安全带2-3次，警告驾驶人，若系统判定追撞是没办法避免时，启动自动紧急刹车（AEB）后，会同时立刻拉紧安全带固定驾驶人，降低意外发生后的伤害。

通俗具体来说，我们可以将此系统原理为三个部分来介绍，如下：
　 1)前方车辆识别
　　2)前方车距检测
　　3)计算与目标车辆的碰撞时间TTC与预警

1、前方车辆识别
车辆识别是前提，可以采用的传感器有单目视觉、立体视觉、毫米波雷达以及多传感器融合。目前，基于单目视觉灰度图像进行车辆识别的研究最为广泛，所涉及的算法也较多，著名ADAS公司Mobileye就是使用单目视觉方案来解决。车辆检测一般都是依靠车辆特征信息，如车辆形状、车高与车宽的比例等作为检测车辆边缘的约束条件，对图像进行边缘增强处理后获得一些包含车辆信息的水平和垂直边缘，从而对车辆进行检测。
使用单目摄像头的算法简单、计算的实时性强，但单目视觉方案容易受到光照、阴影等外界环境因素的影响，使其可靠性下降。立体视觉是近年来兴起的另一路径，直接模拟了人类视觉处理景物的方式，通过从多个视点观察同一景物，以获取在不同视角下的感知图像，现有的立体视觉技术还不太成熟，研究热度远不如单目视觉。另外，为了突破单一传感器的局限性，采用多传感器信息融合技术也是当前研究的主流，常见的有视觉与激光传感器的融合以及视觉与毫米波雷达传感器的融合，多传感器的缺点除了成本高昂外，计算较为复杂造成实时性差也是当前面临的主要困难。

2、前方车距检测

车距测量是FCW系统的重要组成部分，超声波、毫米波、激光雷达、视觉摄像头都可以实现。超声波测距原理简单、成本最低，但其测距精准性受室外温度影响大，衰减快，因此目前只适合短距离测距，主要用在倒车雷达上。实际应用中，常用的是毫米波雷达和视觉方案。

对于毫米波雷达，视觉测距所需的算法比较复杂，通常有单目视觉和双目视觉两种。单目视觉采用摄像机的焦距和事先确定的参数来估算车距，而双目视觉测距是利用视差的原理，通过对两幅图像进行计算机分析和处理，确定物体的三维坐标，可采用公垂线中点法计算出距离。鉴于视觉技术采集的信息量丰富，以及目前图像处理技术的巨大进步和计算能力已经能够保证图像处理实时性要求，价格低廉的视觉方案成为最理想的选择。如下图所示，对前方车辆的跟踪和测距都是动态进行的，如果前方车辆突然变道超车，FCW必须马上将跟踪车辆切换的新的目标上。

3、计算与目标车辆的碰撞时间TTC与预警
逻辑上，处理算法获取图像，根据图在视野里面的变化的快慢，可计算出这辆车会碰撞的时间做距离的检测，包括之前更多的是用雷达的手段来做FCW，或者AEB的时候，其实也都是先做了距离的检测，然后再来算出碰撞的时间
单目的摄像头的计算方式就是直接计算TTC跟车辆的车速线是直接对接的（知道本车的速度），可反算出来这个距离是多少输出TTC这个值，因为这个值才是最终用来做预警或者控制的最有用的一个参数。
FCWS能够时刻监测前方车辆，判断本车于前车之间的距离、方位及相对速度，当存在潜在碰撞危险时对驾驶者进行警告。
防碰撞预警系统FCWS包含4个子功能，即前碰撞时间预警，距离预警，溜车预警及起步预警。

如下可作为参考设置：
TTC报警：2.7秒~3.2秒可设置。
距离报警：远/中/近三个距离。
接近报警：当前方车辆在近距离（0-2米）范围内时，如果车辆靠近前车，当发出报警声音。
远离报警：当车辆处于静止状态时，前方车辆启动并驶离一定距离，而本车还处于静止状态，则发出报警声音。

三、FCW功能有什么局限性？
FCW功能的具体表现跟它本身的技术实现有很大关系，所以差别很大。除了检测方式（图像、雷达、激光等）、预警方式（声音、视觉、触觉等），其他不同之处还包括：
检测能力：针对前方车辆的检测，最好能跟实现对不同车型的检测；
运行车速：目前很多系统设置FCW在车速低于40Km/h时是不运行的；也有一些相反的，只在车速低于30Km/h时运行，适用于车流大的城市道路；
恶劣天气：基于视觉的FCW受天气影响较大，比如暴雨、大雾、强光等可能会造成误报；
道路状况：非正常道路可能会影响FCW的运行，比如在急弯或爬陡坡时
另外，人的因素也会有影响。驾驶者的反应时间、疲劳/酒精或注意力不集中等都会影响FCW的效果。
最后再谈谈前车检测相关的另一种预警技术“车距检测预警 Headway Monitoring Warning”以及它与FCW的区别。
“车距检测预警”技术同样是检测本车与前车的车距(HEADWAY)，在车距过近的情况下向驾驶员发出警报。因为车距Headway一般会换算成时间显示出来，所以容易与FCW的碰撞时间混淆，但是HMW的车距时间和FCW的碰撞时间（TTC）计算方式是不同的：
Headway车距时间 = 两车车距 / 本车的车速
FCW的碰撞时间（TTC）= 两车车距 / 两车的相对车速
比如，当前后两车的距离为20米，前车的车速为60Km/h，后车的车速为80Km/h, 那么HMW显示的时间就是1.2秒，而FCW显示的TTC碰撞时间就是3.6秒。如果前后车的车速都为60Km/h，那么HMW显示的时间同样是1.2秒，而FCW不会报警，因为两车虽然距离很近，但是速度相同，并不会追尾。所以，在前后车都处于运动状态时，FCW的TTC碰撞时间一般要长于Headway车距时间。
在实际场景中，HMW主要在车距近的情况下报警，可以帮助驾驶员养成开车保持车距的规范驾驶习惯，我们将其定义为“危险不紧急”型功能；而FCW主要针对前后两车距离较近且存在较大速度差的紧急情况，比如前车急刹，属于“危险且紧急”型功能。

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