【導讀】前兩篇文章探討了各種先進駕駛輔助係統(ADAS)的de發fa展zhan史shi。該gai係xi列lie的de最zui後hou一yi篇pian文wen章zhang將jiang介jie紹shao駕jia駛shi員yuan監jian控kong和he嗜shi睡shui監jian測ce係xi統tong，這zhe被bei認ren為wei是shi全quan自zi動dong駕jia駛shi的de關guan鍵jian要yao求qiu之zhi一yi。然ran後hou，我wo們men將jiang討tao論lun環huan視shi和he後hou視shi鏡jing替ti代dai。最zui後hou我wo們men將jiang探tan討tao未wei來lai的de技ji術shu趨qu勢shi
，包bao括kuo軟ruan件jian定ding義yi的de車che輛liang以yi及ji虛xu擬ni現xian實shi和he增zeng強qiang現xian實shi。

01 嗜睡監測係統和駕駛員監控

第一個嗜睡監測係統與許多ADAS一樣，也是機械性質的——安裝在車道之間和路邊的隆起帶。雖然不完美

，但它是第一個顯著減少因疲勞駕駛發生車禍的係統(根據美國國家高速公路交通安全管理局NHTSA在1998年的統計數據)。

NHTSA在1998年發表的一份報告全麵介紹了關於疲勞駕駛的報道。該報告記錄了實驗室和車內打瞌睡的測量工具——在zai當dang時shi
，通tong過guo測ce量liang生sheng理li信xin號hao來lai檢jian測ce打da瞌ke睡shui是shi很hen常chang見jian的de。但dan這zhe隻zhi適shi用yong於yu實shi驗yan室shi環huan境jing
，因yin為wei還hai必bi須xu研yan究jiu每mei個ge人ren的de情qing況kuang並bing個ge別bie校xiao準zhun數shu據ju。不bu過guo，該gai報bao告gao提ti到dao正zheng在zai研yan究jiu車che載zai係xi統tong，如ru閉bi眼yan監jian控kong、轉向傳感器和車道跟蹤裝置(NHTSA
，1998)。由於技術上的限製，這些設備在當時沒有商業化(Dinges, 1995)。

也許第一個著名的電子瞌睡檢測器是轉向角傳感器。第一個商業化的係統出現在21世紀初。一個方向盤傳感器追蹤方向盤轉動的距離和速度。就其本身而言，這一信息並無幫助。但如果把這些數據結合速度、穩定控製(偏航和顛簸)、甚至攝像頭信息，並與一個軟件算法相結合，就可構建一個可靠的瞌睡估計係統。

通tong常chang情qing況kuang下xia，這zhe些xie係xi統tong隻zhi在zai高gao速su公gong路lu上shang工gong作zuo

，並bing且qie隻zhi測ce量liang微wei轉zhuan向xiang
，因yin為wei在zai城cheng市shi裏li走zou走zou停ting停ting，有you很hen多duo轉zhuan彎wan
，會hui使shi算suan法fa混hun亂luan。這zhe些xie係xi統tong用yong每mei次ci出chu行xing的de初chu始shi階jie段duan來lai校xiao準zhun駕jia駛shi員yuan

，作zuo為wei一yi個ge基ji線xian。博bo世shi被bei許xu多duo人ren認ren為wei是shi該gai領ling域yu的de先xian鋒feng——關(guan)於(yu)其(qi)方(fang)案(an)的(de)更(geng)多(duo)詳(xiang)情(qing)，請(qing)看(kan)他(ta)們(men)的(de)產(chan)品(pin)頁(ye)麵(mian)。該(gai)方(fang)案(an)運(yun)作(zuo)很(hen)好(hao)，但(dan)現(xian)代(dai)汽(qi)車(che)正(zheng)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)自(zi)主(zhu)

，在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，駕(jia)駛(shi)員(yuan)可(ke)能(neng)完(wan)全(quan)無(wu)需(xu)駕(jia)駛(shi)。如(ru)果(guo)汽(qi)車(che)處(chu)於(yu)控(kong)製(zhi)狀(zhuang)態(tai)

，監(jian)控(kong)自(zi)己(ji)是(shi)沒(mei)有(you)意(yi)義(yi)的(de)。

一(yi)個(ge)新(xin)的(de)方(fang)案(an)出(chu)現(xian)了(le)，它(ta)可(ke)在(zai)兩(liang)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)工(gong)作(zuo)，無(wu)論(lun)是(shi)人(ren)類(lei)駕(jia)駛(shi)員(yuan)還(hai)是(shi)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)係(xi)統(tong)，都(dou)可(ke)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)。這(zhe)方(fang)案(an)被(bei)稱(cheng)為(wei)駕(jia)駛(shi)員(yuan)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)(DMS)。人們在90年代末就開始探索DMS，但直到2020年代才準備好投入生產。DMS使用計算機視覺、攝像頭和處理程序，尋找麵部和眼睛的線索
，以確保駕駛員的注意力和參與度。聽起來很簡單
，但要可靠地實施這些算法卻很複雜。EE Times article的這篇文章通過對DMS的迷思，詳細介紹了這些挑戰(Barnden, 2021)。

歐洲新車評估組織(NCAP)現在強製要求使用這些DMS係統
；到2024年所有新車都必須有DMS係(xi)統(tong)，以(yi)獲(huo)得(de)最(zui)高(gao)的(de)碰(peng)撞(zhuang)和(he)安(an)全(quan)評(ping)級(ji)。有(you)相(xiang)當(dang)多(duo)不(bu)同(tong)的(de)專(zhuan)有(you)方(fang)案(an)
，從(cong)低(di)端(duan)到(dao)高(gao)端(duan)都(dou)有(you)。但(dan)對(dui)汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)不(bu)利(li)的(de)是(shi)，這(zhe)個(ge)市(shi)場(chang)對(dui)成(cheng)本(ben)高(gao)度(du)敏(min)感(gan)，客(ke)戶(hu)不(bu)願(yuan)意(yi)為(wei)這(zhe)個(ge)功(gong)能(neng)支(zhi)付(fu)額(e)外(wai)的(de)費(fei)用(yong)。

另一個趨勢是將駕駛員監控擴展到包括所有乘客，這種類型的監控被稱為乘員監控係統(OMS)。汽qi車che製zhi造zao商shang對dui這zhe一yi方fang案an更geng興xing奮fen，因yin為wei他ta們men可ke將jiang其qi作zuo為wei舒shu適shi和he便bian利li功gong能neng來lai賺zhuan錢qian。駕jia駛shi員yuan可ke使shi用yong手shou勢shi和he麵mian部bu識shi別bie來lai自zi定ding義yi車che輛liang設she置zhi。在zai互hu聯lian網wang聯lian接jie的de汽qi車che中zhong，視shi頻pin通tong話hua或huo社she交jiao媒mei體ti應ying用yong程cheng序xu可ke應ying用yongOMS。安全功能可使用OMS，如檢測兒童是否被留在車內無人看管
，或自動關閉空座安全氣囊或低於安全重量的人占用座位的安全氣囊。安全應用可使用OMS進行車內視頻記錄。

傳統的DMS和OMS的硬件和光學器件是不同的。DMS通常使用帶有全局快門的近紅外成像，而OMS通常使用帶有可見光的卷簾快門。大多數汽車製造商希望將DMS和OMS合並為DOMS(駕駛員和乘員監測係統)，以降低成本
，做出一個更小尺寸的方案。

圖1.  OMS方案
，圖片來源：Business Wire

安森美(onsemi)的高性能圖像傳感器正在實施一種新穎的係統方案
，一個卷簾快門圖像傳感器可同時用於DMS和OMS應用，為DOMS提供了理想的
、極具性價比的方案。

一個挑戰是，DMS通常安裝在轉向軸或儀表盤上
，而OMSzuihaoanzhuangzaihoushijingshangfanghuochemenlizhushang。jinguanshejigengfuzale，danyuelaiyueduodeshejijiangliangzhejieheqilaiyijieshengchengben。xuduoqichezhizaoshangxianzaianzhuanglebaohanDOMS整體方案的頂置控製台，而安裝在後視鏡中也很常見。

02 環視和車鏡替代

環視攝像機是安裝在車輛外部的可見光攝像機

，以增加在倒車或停車時的駕駛能見度。通常有四個攝像頭：一yi個ge在zai前qian麵mian，一yi個ge在zai後hou麵mian
，還hai有you兩liang個ge側ce麵mian的de攝she像xiang頭tou。這zhe些xie攝she像xiang頭tou都dou是shi廣guang角jiao鏡jing頭tou，形xing成cheng一yi個ge魚yu眼yan類lei型xing的de圖tu像xiang。圖tu像xiang處chu理li和he先xian進jin的de算suan法fa將jiang這zhe四si幅fu圖tu像xiang和he汽qi車che的de照zhao片pian合he並bing。由you此ci產chan生sheng的de鳥niao瞰kan圖tu顯xian示shi在zai儀yi表biao板ban顯xian示shi器qi的de屏ping幕mu上shang

，並bing模mo擬ni車che輛liang上shang方fang的de攝she像xiang頭tou，讓rang周zhou圍wei的de情qing況kuang直zhi觀guan地di呈cheng現xian在zai駕jia駛shi員yuan眼yan前qian。有you時shi這zhe些xie係xi統tong也ye被bei稱cheng為wei全quan向xiang視shi角jiao(Omni view)或360°視角。

圖2. 環視係統示例
，圖片來源：ExtremeTech

第一輛擁有環視係統的汽車是2007 Infiniti EX35，由英菲尼迪和日產共同開發。最初的係統隻提供這種鳥瞰圖，但較新的係統提供多種視角，特別是在更高端的車輛上。

當dang與yu汽qi車che周zhou圍wei的de超chao聲sheng波bo傳chuan感gan器qi相xiang結jie合he時shi，環huan視shi係xi統tong有you效xiao地di避bi免mian了le碰peng撞zhuang，適shi合he狹xia小xiao的de停ting車che空kong間jian。超chao聲sheng波bo傳chuan感gan器qi還hai有you助zhu於yu提ti醒xing駕jia駛shi員yuan注zhu意yi行xing人ren或huo移yi動dong物wu體ti。

一些更先進的係統還可看到車輛的引擎蓋
，甚至在拖車時看到拖車的後麵——有時被稱為X光。

側ce攝she像xiang頭tou除chu了le用yong於yu停ting車che，還hai可ke以yi取qu代dai傳chuan統tong的de側ce後hou視shi鏡jing在zai駕jia駛shi過guo程cheng中zhong使shi用yong。由you於yu攝she像xiang頭tou可ke以yi做zuo得de非fei常chang小xiao
，後hou視shi鏡jing的de尺chi寸cun也ye可ke以yi減jian少shao
，這zhe使shi得de車che輛liang更geng符fu合he空kong氣qi動dong力li學xue，節jie省sheng高gao達da4%的燃油裏程或增加電動車的續航能力。

雖(sui)然(ran)更(geng)換(huan)後(hou)視(shi)鏡(jing)在(zai)技(ji)術(shu)上(shang)可(ke)行(xing)，但(dan)許(xu)多(duo)駕(jia)駛(shi)員(yuan)不(bu)喜(xi)歡(huan)這(zhe)樣(yang)做(zuo)，因(yin)為(wei)他(ta)們(men)習(xi)慣(guan)於(yu)用(yong)真(zhen)正(zheng)的(de)側(ce)後(hou)視(shi)鏡(jing)開(kai)車(che)。另(ling)一(yi)個(ge)障(zhang)礙(ai)是(shi)，一(yi)些(xie)國(guo)家(jia)要(yao)求(qiu)將(jiang)側(ce)後(hou)視(shi)鏡(jing)作(zuo)為(wei)備(bei)份(fen)
，這(zhe)就(jiu)否(fou)定(ding)了(le)拆(chai)除(chu)後(hou)視(shi)鏡(jing)所(suo)提(ti)供(gong)的(de)好(hao)處(chu)(但不是用於停車)。因此，攝像頭取代車鏡比環視係統慢(Howard，2014)。

03 軟件定義的汽車

軟(ruan)件(jian)定(ding)義(yi)的(de)汽(qi)車(che)這(zhe)一(yi)術(shu)語(yu)已(yi)成(cheng)為(wei)描(miao)述(shu)汽(qi)車(che)設(she)計(ji)中(zhong)巨(ju)大(da)變(bian)化(hua)的(de)詞(ci)。大(da)量(liang)的(de)研(yan)發(fa)已(yi)湧(yong)入(ru)到(dao)對(dui)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)汽(qi)車(che)的(de)追(zhui)逐(zhu)
，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)過(guo)去(qu)十(shi)年(nian)。支(zhi)持(chi)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)的(de)所(suo)有(you)傳(chuan)感(gan)器(qi)所(suo)需(xu)的(de)計(ji)算(suan)量(liang)
，使(shi)得(de)車(che)輛(liang)係(xi)統(tong)和(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)控(kong)製(zhi)和(he)使(shi)用(yong)方(fang)式(shi)發(fa)生(sheng)必(bi)然(ran)的(de)重(zhong)大(da)變(bian)化(hua)。

更傳統的方法是在包含本地處理器和軟件的模塊之間有一個中央CAN或LIN網絡架構，這在2015年之前是很普遍的。但隨著車輛及其係統變得更加複雜，需要更集中的計算，出於需要，域控製器變得更普遍。

例如，要結合所有各種傳感器輸入

，處理數據，並向多個安全係統發送指令以實現ADAS功能，需要一個ADAS控製器。數據速率也在增加，需要更高速的數據傳輸協議。最終

，由於自動駕駛和先進係統所需的極大處理量，將出現集中式計算(Morris，2021)。

圖3. 車輛架構如何演進 – 左邊是原始係統
；中間是帶有域控製器的現代風格
；右邊是集中式計算(圖片來源：EE Times和Siemens Digital)

就(jiu)像(xiang)手(shou)機(ji)的(de)發(fa)展(zhan)一(yi)樣(yang)，消(xiao)費(fei)者(zhe)要(yao)求(qiu)通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)更(geng)新(xin)獲(huo)得(de)更(geng)多(duo)的(de)數(shu)字(zi)功(gong)能(neng)和(he)更(geng)長(chang)期(qi)的(de)價(jia)值(zhi)。汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)對(dui)這(zhe)種(zhong)模(mo)式(shi)也(ye)非(fei)常(chang)感(gan)興(xing)趣(qu)
，因(yin)為(wei)他(ta)們(men)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)空(kong)中(zhong)軟(ruan)件(jian)更(geng)新(xin)進(jin)行(xing)靈(ling)活(huo)快(kuai)速(su)開(kai)發(fa)，以(yi)實(shi)現(xian)新(xin)的(de)功(gong)能(neng)和(he)漏(lou)洞(dong)補(bu)丁(ding)。在(zai)開(kai)發(fa)新(xin)功(gong)能(neng)的(de)同(tong)時(shi)，他(ta)們(men)還(hai)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)服(fu)務(wu)和(he)訂(ding)閱(yue)創(chuang)造(zao)新(xin)的(de)收(shou)入(ru)來(lai)源(yuan)。

就在此時，整個汽車行業正在經曆這種演變
，在各tier和OEM之間探索新的商業模式。一些汽車公司正在以軟件公司而不是汽車公司的身份進行備案。當然
，特斯拉是以科技公司起家的，早在2003年就成立了，2008年開始生產第一輛Roadster跑車(Reed, 2020)。

04 虛擬現實和增強現實

對於虛擬現實和增強現實以及Web 3.0，也就是通常所說的元宇宙，讓人興奮。元宇宙是網絡的3D版本，在這裏所有的東西都有一個數字孿生體，可帶來全新的體驗
、沉浸感和協作。

道路上已有了配備平視顯示器(HUD)的車輛。HUD最終將疊加越來越多的數字內容，作為駕駛員的增強現實——例如，3D導航投影，甚至可能是3D視頻通話。會有天氣預報嗎？

在極端情況下不會有擋風玻璃

；前麵將是一個固體裝置。巨大的屏幕將取代擋風玻璃，以完全虛擬的視野取代該空間。一旦達到L5級自動駕駛
，就真的完全不再需要傳統的擋風玻璃了。

日產在這裏提供了一個引人入勝的願景。

圖4. 從看不見的到可見的，圖片來源：日產

總結

這一係列文章追溯到最初稱為Speedostat的機械巡航控製，經曆了ADAS從機械到電子的演變，一直到軟件定義的車輛和全自動駕駛的願景和元宇宙的沉浸。

目mu前qian汽qi車che行xing業ye的de轉zhuan型xing是shi電dian氣qi化hua的de，技ji術shu正zheng在zai快kuai速su變bian化hua。當dang我wo們men為wei新xin的de模mo式shi和he變bian化hua感gan到dao興xing奮fen時shi
，回hui顧gu過guo去qu和he我wo們men今jin天tian認ren為wei理li所suo當dang然ran的de係xi統tong的de有you趣qu曆li史shi也ye是shi有you幫bang助zhu的de。

參考文獻

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