Note：本文由刘春晖教授 高级辅助驾驶系统与车联网(上)、高级辅助驾驶系统与车联网(下) 论文排版整理，因为论文插图多，并没有全部整理，有能力的朋友请看原文

ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)是高级辅助驾驶系统有文献认为缩写是智能汽车缩写。所谓的高级辅助驾驶系统是帮助人们更好地控制车辆的辅助设备，通常提供更安全的驾驶条件或更舒适的用户体验。使用安装在车辆上的各种传感器和摄像头，首次收集车辆内外的环境数据，进行静态和动态物体识别、检测和跟踪技术处理，使驾驶员能够在最快的时间检测到可能的危险。

目前，ADAS涉及到12门技术，主要基于摄像头、雷达、激光雷达三种传感器。在这12项技术中，组合自动驾驶三个模块：感知、控制和决策。目前较为常用的ADAS按功能分类，如表1所示。

辅助驾驶系统（ADAS）简单的技术介绍可考【自动驾驶】高级驾驶辅助系统（ADAS）

ADAS这些功能远不止表1所示，开发中也有许多功能。例如，法雷奥目前正在开发中AP&C(Automated Parking & Charging)等。目前的ADAS不等于自动驾驶。ADAS只是辅助驾驶，需要人主导；自动驾驶是人工智能领导，司机和乘客稍加注意，甚至根本不注意路况。如图1所示根据SAE汽车自动化阶段图。

Note：这篇论文更倾向于思考"高级辅助驾驶系统 车联网 = 完全自动驾驶"，这在一定程度上是对的，是明确的，符合国家给出的智能网联车自动驾驶在发展规划中的定义(2018.12.25 - 车联网(智能网联汽车)产业发展行动计划)。ADAS和目前的L3在车辆硬件(各种传感器、摄像头)的配备下，自动驾驶几乎是一样的，但是在技术实现上有明显的差异：

• 辅助驾驶系统的实现更多地取决于传感器（毫米波雷达、激光雷达、单个雷达）\通过双目摄像头和卫星导航)对环境的感知测距，测速，采集图像等，其中大多数使用的技术是数据分析技术，少数用于机器学习和深度学习的技术；
• 自动驾驶还通过传感器获取车辆感知数据，然后利用深度学习技术（依赖计算机视觉技术）来完成3D场景构建，实现更全面的环境感知和自动驾驶。

但是有一件事是批评的L3当特斯拉和小鹏自动驾驶系统发生事故时，一些人出来说：这不是自动驾驶系统，最多是辅助驾驶。这就是L3级别自动驾驶定义的模糊性的问题：在以人工智能为主的自动驾驶过程中，司机不知道何时接管车辆； 为了规避L3一些科技企业(如驾驶责任水平划分的模糊性)baidu的Apollo平台)，通过车联网技术，直接从L4以上级别的自动驾驶切入。

Note：

智能汽车(ADAS)是无人驾驶的内部要求，即无人驾驶硬件端；车联网(V2X)即外部要求通信端，实现自动驾驶是关键。

随着汽车智能化、电子化的推进，无人驾驶已成为未来汽车发展的必然趋势，智能汽车(ADAS)和车联网(Vehicle-toeverything，V2X)实现无人驾驶的内外要求，而5G技术就是车联网V2X关键制衡。

智能汽车的最终目标是无人驾驶，实现无人驾驶是一个渐进的发展过程，智能车内硬件(ADAS)与车际互联(V2X)两条腿走路，比较而言，ADAS与强外部性相比，技术只需要在车身本身安装传感器并改进算法。V2X技术更容易推广，是智能汽车的早期技术。目前国内外基本都安装了一些中高端车型。ADAS功能几乎可以帮助车辆实现L自动驾驶3级以下。为了实现更高水平的自动驾驶甚至无人驾驶，其制衡点在于车际互联(V2X)技术，这项技术的简单理解是以网络通信模式强化感知，相当于在车辆上安装了更敏感的眼睛，实现了真正的道路协调。V2X该技术具有较强的外部性，需要对整个道路基础设施进行整改，规范通信协议，对高速移动通信质量提出更高的要求，V2X该技术在中国以智能互联示范区模式推广的概率很高。 要充分发挥V2X下车道协调的优势，传输信息和信号需要非常大的流量和带宽以及非常短的延迟，差之毫厘失千里，5G技术就是车联网V2X关键制衡。G随着通信技术的发展和中国在全球通信行业地位的提高，未来的汽车智能驾驶不仅限于硬件端(ADAS)，还将向通信端在此期间，建立通信收发设备，覆盖5G智能互联示范区的应用网络将得到快速发展。 智能驾驶的最终目标是无人驾驶，而智能汽车(ADAS)和车联网(V2X)实现无人驾驶的内外要求。G商业是车际网络发展的重要催化剂。

车联网(V2X)是无人驾驶高级阶段的核心技术。广义车联网包括车内、车际、车云网。

车联网分为广义和狭义，狭义车联网单指Telematics(车载移动互联网，又称车云网)。这里将车联网定义为。广义车联网，即车内、车际、车云三网融合。广义的车联网是最终实现无人驾驶的重要组成部分。一方面，车际网络与工业联系前端的ADAS实现车路协同；另一方面，车云网将数据上传至云平台进行清晰分析，开辟产业链后端广阔的汽车后服务市场。 1）车内网：是指通过应用CAN总线技术建立一个标准化的整车网络。 2）车际网(V2X)：是指基于DSRC技术和IEEE 802.11系列无线局域网协议的动态网络。这是促进车际互联的最核心技术。 3）车云网(Telematics)：又称车载移动互联网，是指车载终端通过3G/4G/5G等通信技术与互联网进行无线连接。

V2X实现的两种方式：V2X的实现主要有DSRC和LTE-V两种方式。其中DSRC是美国的V2V通信标准，中国目前主导的通信技术是LTE-V。

V2X技术的主要特点是：①网络拓扑不稳定；②外部环境干扰严重；③行车轨迹可预测；④以小数据包为主。

由此发展出了两种研究方向，即专用短程通讯(DSRC)技术和基于蜂窝移网的(LTE-V2X)技术。①DSRC：目前广泛应用的电子停车收费系统ETC就是基于DSRC实现的。DSRC在2014年2月被美国交通部确认为V2V标准；②)LTE-V：是基于LTE(4G)无线传输技术的车联网专用通信网。

车联网发展可以分为三大阶段，当前正处于第二阶段——智能网联汽车阶段。车联网的发展从最早期的车载信息开始，车辆具备基本的联网能力；在当前的智能网联阶段，通过V2X技术，车路开始协同；到了未来的智慧出行阶段，车路协同在智能交通和高级自动驾驶中广泛应用，不可或缺。

如图4所示，ADAS系统有三个部分构成，分别是感知层、认知与判断层、执行层。感知层硬件包括雷达、摄像头等传感器，用于探测汽车周围的环境信息，为其他两个功能模块提供信息支持。认知与判断层涉及算法、应用软件与芯片。摄像头、雷达等ADAS传感器测量到的数据，还要与发动机、底盘、车身上的其他各类传感器测量到的数据配合。不同处理器处理的信息通过总线通信，最后给执行层发出指令。执行层则对应电子刹车、电子助力转向、电子车身稳定系统等。

如图5所示，ADAS的传感器主要有超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、摄像头4类。不同传感器的原理和功能各不相同，能在不同的场景中发挥各自的优势，因此目前难以相互替代。

超声波雷达超声波雷达(图6)是泊车系统中最常用的传感器。超声波雷达是通过超声波发射装置向外发出超声波，到通过接收器接收到发送过来超声波时的时间差来测算距离。目前，常用探头的工作频率有40kHz、48kHz和58kHz三种。一般来说，频率越高，灵敏度越高，但水平与垂直方向的探测角度就越小，故一般采用40kHz的探头。超声波雷达防水、防尘，即使有少量的泥沙遮挡也不影响。图8所示为倒车雷达原理及工作示意图，其探测范围在0.1~3米之间，而且精度较高，因此非常适合应用于泊车。 通常一套汽车倒车雷达需要安装4个超声波传感器，而自动泊车系统是在倒车雷达系统的基础上再增加4个超声波驻车辅助(Ultrasonic Parking Assistant)超声波传感器和4个自动泊车辅助(Automatic Parking Assistant)超声波传感器。

Note：

毫米波雷达的特点：频率高，探测角度小，二维雷达，需要多雷达组合使用。

毫米波雷达如图10所示，毫米波雷达发射毫米波段的电磁波，利用障碍物反射波的时间差确定障碍物距离，利用反射波的频率偏移确定相对速度。毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的优点。其缺点是无法识别物体颜色；视场角较小，需要多个雷达组合使用；行人的反射波较弱，难以识别。目前市场上主流的车载毫米波雷达频段为24GHz(用于短中距离雷达，15 ∼ \sim ∼ 30m)和77GHz(用于长距离雷达，100 ∼ \sim ∼ 200m)。

Note：

• 激光雷达的特点：距离，角和速度分辨率强，为三维雷达，可生成目标3维图像，但容易受天气影响。
• 造价较高，还只能用于试验阶段的无人汽车，尚未量产进入市场。

如图13所示，车载激光雷达又称车载三维激光扫描仪，通过发射和接受返回的激光束，分析激光遇到目标后的折返时间，计算出目标与车的距离。通过这种方法，搜集目标表面大量的密集点的三维坐标、反射率等信息，能快速复建出目标的三维模型(图15)及各种图件数据，建立三维点云图，绘制出环境地图，以达到环境感知的目的。目前市场上比较常见的有8线、16线和32线激光雷达，还有少量64线产品（现在北醒在做512线激光雷达）。激光雷达线束越多，测量精度越高，安全性也越高，但是成本也越高。

和超身波雷达和毫米波雷达相比，激光雷达具有极高的距离分辨率、角分辨率和速度分辨率，且探测精度高、探测范围广；抗干扰能力强；能实时获取的信息量比较丰富，可直接获取目标的距离、角度、反射强度、速度等信息，从而生成目标多维度图像。但是激光雷达却很容易受天气的影响，比如在雨雪、大雾等天气条件下，其探测性能就会变的较差。

Note：

摄像头可以用于目标检测，图像分割，用于检测车道线，行人等。

摄像头是实现众多预警、识别类ADAS功能的基础。像自动紧急刹车(AEB)、车道偏离预警(LDW)、车道保持(LKA)、行人警示(PCW)、自动泊车(AP)、疲劳驾驶预警(DFM)、交通标志识别(TSR)、交通信号灯识别(TLR)等都需要建立在图像识别的基础上，进而实现车道线障碍物以及行人检测。目前前视摄像头ADAS系统有单目和双目两种方案，两者的共同点都是通过摄像头采集图像数据，然后从图像数据上得到距离信息（单目测距应该不准）。因为前视摄像头最重要的一个作用就是碰撞预警，而碰撞预警需要测量距离的变化。 单目视觉的测距原理是先通过图像匹配进行目标识别，识别行人、物体、车型等。再通过目标在图像中的大小去估算目标距离（相似三角形？）。这种方法是建立在精准识别基础上的，所以首先需要建立并不断维护一个庞大的样本特征数据库，保证这个数据库包含待识别目标的全部特征数据。比如在一些特殊地区，为了专门检测大型动物，必须先行建立大型动物的数据库；而对于另外某些区域存在一些非常规车型，也要先将这些车型的特征数据加入到数据库中。如果缺乏识别目标的特征，就会导致系统无法对车型、物体、障碍物进行识别，从而也就无法准确估算这些目标的距离。导致ADAS系统的漏报。

各种传感器各有优缺点(表2)，所以一般采取两种或两种以上的传感器进行搭配，实现不同的系统功能的准确感知。

参考

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/33596825
• 特斯拉的整车传感器配置方案

对于特斯拉来说，在测量型传感器除了一个毫米波，就是这 12 个超声波了。大多数视觉大佬认为超声波精度不行，距离不行，无法用于自动驾驶。特斯拉能把超声波用在自动驾驶上面的，确实是天才。

超声波传感器最大的问题是什么？学过通信的人应该知道复用这个词。所有超声波探头都工作在一个频段，相互之间回波还有干扰，只能时分复用。时分复用啊，老大们，12 个探头轮一圈，啥概念？几秒过去了。计算 4 个 4 个一组，也很慢。慢，就是超声波最大的问题。 第二个问题，就是长。一串超声波，就像一串萝卜。串在一根绳上。这根绳，连起来十几米长。长有什么不好，嘿嘿，笔者当年可是吃了大亏。肇庆某公司上海分舵一位大牛面试过笔者，说了句搞硬件就是提个指标的嘛。哎，没上车没吃过亏啊。 第三个问题，温湿度。超声波对温湿度极其敏感，要做一个详细的标定表，要不这个超声波就不灵了。 还有一个，就是误报问题，不想展开了。笔者只能说，简简单单一个超声波，就可以折腾你个一两年。所以，自动驾驶工程化是一条漫漫长路。等 ABCD，那可以洗洗睡了。

特斯拉的方案主要依靠视觉，所以 Tesla 的环境感知三维重建是基于二维的。二维转换为三维，必然有信息丢失。笔者通过看视频，发现 Tesla 对远处的物体有误识别的情况。特别是这种情况：一个行人，在晚上，穿着黑衣服，突然从路边窜出来。毫米波看人本来就不行，超声波又太近，视觉是两眼一抹黑。

Note：

智能汽车可以被看作是实现无人驾驶汽车的过渡。

智能汽车(ADAS)和车联网(V2X)分别是实现无人驾驶的内部和外部要求。智能汽车指配备高级驾驶辅助系统(advanced driver-assistance systems，ADAS)，通过感知周围环境、分析车辆所处环境从而根据环境变化做出相应反应。智能汽车可以被看作是实现无人驾驶汽车的过渡，也是传统车企主要的研发方向。由于智能汽车行驶在一个包括车辆、行人、设施等因素的复杂环境中，因此要做到完全自动驾驶就需要建立汽车与行驶环境中其他因素的信息交换，即V2X (Vehicle to Everything)。在内、外部要求都被满足的前提下，自动驾驶才有可能实现。

无人驾驶从应用层面可以分为四个阶段，阶段1是资讯被动侦测期，该阶段主要应用于车载资讯服务；阶段2是资讯互动交换期，也就是当前所处阶段，该阶段主要应用于ADAS等；阶段3是资讯主动传达期，该阶段主要应用为V2V和V2I，融合传感器技术实现车路协同；阶段4就是终极无人驾驶期，无人驾驶背景下车辆运营效率有望大幅提升，该阶段的典型应用就是共享汽车。

如图20所示，传感器技术是驱动ADAS发展的重要因素。无人驾驶在L2需要17个传感器，包括超声波雷达、长距离及短距离雷达和环视摄像头，发展到L3需要的传感器增加到29个，并且将引进立体摄像机、激光雷达和导航推测系统。对于ADAS而言，传感器技术已经相对成熟，摄像头和超声波雷达等产品在高端车型得到广泛应用，激光雷达由于造价较高，还只能用于试验阶段的无人汽车，尚未量产进入市场。进入无人驾驶下一阶段对传感器的种类和精度都提出了更高的要求，因此传感器技术的开发应用和传感器的价格与渗透都直接影响着智能汽车自动化的程度。

如图21所示，智慧交通的总体框架包括感知层、网络层、平台层和应用层四个层面。其中：应用层和平台层是总体解决方案的核心，且平台层是应用层的支撑平台和运行环境。平台层的汇聚交换平台通过网络层的数据总线和服务总线进行数据交换；平台层整合交通资源，包括交通基础数据、业务数据、GIS数据、分析主题数据、交通数据仓储等，形成融合的交通领域数据中心。同时提供基于云计算的IRE集成环境、运维管理、能力引擎等，构建智慧交通云计算环境。应用层主要包含交通运输管理、交通安全管理、城市管理以及其他政府部门、企业的交通信息化系统。

Note：

感知层主要包括：智能汽车车身传感器 与 智能路面传感器

感知层——传感器：感知层的构建，是实现智慧交通的第一步。智慧交通的感知层又包含两部分——智能汽车车身传感器与智能路面传感器。 智能汽车车身传感器相当于智能汽车的“五官”，智能汽车通过传感器感知车辆所处的各种路况及周边环境。一套完善的智能汽车传感系统囊括了超声波技术、雷达技术、摄像头技术、红外线技术、激光扫描技术，以及这些技术的算法融合。 通过多种传感器的组合，进而实现在不同的距离、不同的角度、不同的天气状况下对周边情况的全方面探测，这是智能汽车自主判断、自主行动的基础。

Note：

车联网包括：车内网CAN，车云网5G，车际网DSRC

网络层是车内网、车际网、车云网三网融合(图22)：智慧交通的网络层指的是实现智能交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络。网络层以车内网(CAN)、车际网(近程SRC)和车云网(远程3G/4G/5G) 为基础，按照约定的体系架构及其通信协议和数据交互标准，在V2X(车联多)之间，进行通信和信息交换。

Note：

平台层可以理解成利用车联网V2X的大数据处理平台，数据中台。

平台层——大数据处理平台：智慧交通平台层主要由基于云计算的车联网数据融合平台、车联网应用开发平台、车联网网络支持平台等组成。从感知层收集、网络层上传的海量数据，通过云计算平台(图23)“过滤清洗”、数据分析平台对数据进行报表式处理之后变得更加清洁，更准确地反映实时情况从而便于进行高效的监控管理。

应用层——城市智能交通系统(ITS)(图24)：它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电 子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。 智能互联示范区是智慧交通的载体。智慧交通是汽车智能化的终极目标，智慧交通的发展 历程应该是：车内智能到车际互联，城市运营服务商打造智能交通系统。智能互联示范区是城市智慧交通的载体，其目的是构建一个汽车智能化生态系统，ADAS、车联网、整车与基于大数据平台的后服务企业集聚在该生态圈内，将车内智能和车际互联协同起来，在实现终极无人驾驶以外，构建高效的城市交通运输管理系统。