汽车电子后视镜技术开发及应用
摘要:电子后视镜近些年出现了里程碑式的发展,各个国家从标准法规上逐渐把电子后视镜的应用及开发技术予以法律化。国内后视镜法规《GB15084-2022机动车辆间接视野装置性能和安装要求》已于2022年12月28日正式发布,用于替代标准《GB15084-2013机动车辆间接视野装置性能和安装要求》,新版法规增加了针对CMS后视镜的相关要求,这标志着电子后视镜在国内汽车领域的应用有了可行的法律依据。
关键词:汽车;电子后视镜;技术结构;开发应用
引言:随着电子影像技术的发展和进步,电子后视镜在汽车上的应用逐渐成为现实。电子后视镜的优点是可以弥补普通物理后视镜的不足,普通物理后视镜的主要痛点是驾驶员在驾驶车辆过程中,直视场、辅助视场难以避免的盲区,而在雨雾、强光、弱光环境下,物理后视镜也会出现视野模糊,这进一步增加了驾驶风险;此外,由于普通物理后视镜分布在驾驶室的左右两侧,前迎风面积相对较大,因此普通物理后视镜也是导致驾驶风阻增加的重要因素。因此,汽车电子后视镜在汽车上的应用越来越广泛,近年来,汽车电子后视镜在世界各大车展上的出现也越来越频繁,充分说明这项技术具有非常广阔的应用前景。
1电子后视镜系统的构成及技术优势
汽车在倒车过程中,驾驶员一般通过传统后视镜来观察车后状况,观察中会出现视野死角,视线模糊、目测不准等情况而不能实现安全倒车。
1.1电子后视镜系统的构成
电子后视镜摄像监控系统,缩写为CMS,由高清摄像机、显示器、成像处理器、图像传感器、控制模块及其他部件和位置组成。后视镜系统由软件组成。相对于传统的驾驶室物理/后视镜左右两侧的布置,电子后视镜不仅可以降低车辆的风阻/系数,而且夜视场和视角范围比传动系统更好。倒后镜具有明显的优势。电子后视镜也被广泛使用业界称之为具有真正思考能力的后视镜系统,因为CMS系统不仅具有传统后视镜的基本功能,而且还可以附加到周围移动的物体上,检测和报警功能,以及人机交互,它可以为用户提供更舒适的驾驶体验。
1.2电子后视镜的技术优势
传统物理后视镜的痛点主要是:由于造型和外观等因素不容易做得太大,因此视野小,后视镜本身也存在阻碍驾驶员直线通过视野现象;副驾驶员乘客和后方乘客容易遮挡驾驶员的视线以
及车窗和前窗玻璃下方的视野盲区;车窗玻璃收集灰尘和雨水在雾的情况下,透射率降低,间接导致视力模糊,在雨雾天气对驾驶安全影响较大等问题。电子后视镜相对于实体后视镜的主要优势在于:(1)视野更广,通过在车身周围放置相同的传感器和摄像头,大大减少了视觉盲点。全方位拍摄,避开撞击,扩大了视野范围。倒后镜约为3倍,减少了约10%的盲区。(2)能够足以实现自动光补偿,通过弱光补偿和强光抑制算法,弱化后灯或补偿灯光,更好地看到后车的状况,以确保驾驶安全;(3)受外界环境小,采用结构规避和电动镜头加热,防雨防霜,结合内置特定算法和显示屏集成显示,大大提高了雨雪天气炫光、光线不足或夜间及隧道行车下能的能见度;(4)有效降低风阻和风噪,据分析测量,物理后视镜
占整个车身正迎风面积约5.1%左右,CMS正迎风面积是物理后视镜的10%,CMS系统占整个车身正面迎风面积的0.51%,理论上电子后视镜相对物理后视镜能够减少4.6%整车
风阻,对于商用车来说在长途运输过程中能够降低整车油耗2%以上。
2电子后视镜的性能策划
电子后视镜用于实车,需要满足实车计划的性能指标和功能,一般称为性能标准、功能、逻
辑触发条件,主要包括: (1)轿车(回路驱动)转向视场跟随,需要根据方盘角度,通过 CAN 信号值使视场图像在此时发生变化;(2)速度指示,通过速度 CAN 与信号相结合,临时调整视野,区分车辆起步,转向信号不出现车道辅助;(3)车辆在系统未通过远程时启动灯光/熄火延迟显示屏在控制和车门启动时,系统由车辆启动状态启动明亮的屏幕,当车辆关闭呼吸屏幕时可检测到延迟显示; (4)远程打开灯光屏幕/远程锁定车辆屏幕,通过检测远程控制启动系统,打开 CAN 信号,检测远程关闭 CAN 信号关闭系统;(5)屏幕启动,通过检测车辆门锁打开状态CAN信号来启动系统;(6)系统休眠/断电,通过检测车辆的驻车状态的CAN信号进行系统断电,车辆不是驻车状态系统休眠;(7)车辆变道准确判断距离和速度,通过检测车辆测速大于等于30Km/h时车辆转向状态CAN信号在屏幕显示变道辅助线。低于30Km/h时不显示(临界车速待确定);(8)倒车观察物体判断距离,通过检测测量处于R档位状态CAN信号时,后方视野图像变大。
3电子后视镜的主要技术难点
(1)畸变: 当相机在广角端拍摄时,图片的边缘往往向外突出(看图片边缘的直线,中间会突出) ,称为桶形变形或鼓形变形;用长焦镜头拍摄时,照片的边缘往往向内倾斜,这被称为枕
头失真,以减少失真对于畸变,尽量避免使用最宽的角度或最远的镜头焦距优化光圈,同时优化图像处理算法;(2)宽动态: 也就是说,当强光源(白天光线下的高亮度区域,灯光或反射等)和低相对亮度区域,如阴影和背光出现在图像中时,相机输出图像将出现亮区域由于过度曝光而变白,由于曝光而变暗区域由于光线不足而变黑,这个问题除了传感器、数据的最佳性能的选择外,处理芯片和处理电路也应该保证匹配也在图像处理中得到适当的优化;(3)高光抑制通常采取技术手段有背光补偿方式(BLC)、白峰反转(H.L.I)方式、二次曝光扩展动态范围方式、多级采样方式、数字图象处理算法等。
4电子后视镜延时特性分析和探讨
(1)摄像头是电子后视镜主要硬件部分,它由光学透镜组合CMOS图像传感器构成,输出接口为Mipi或者LVDS形式,帧率的最高参数为60f/s,即延时为16.66ms;(2)电子后视镜的Soc处理器对图像补偿、图像畸变矫正和系统功能控制所产生的总体延时约为40ms;(3)17.78cm(7寸)TFT显示屏,接收接口为Mipi或者LVDS形式,帧率为60f/s,显示所产生的延时为16.66ms;(4)系统总延时为1/60+40+1/60=73.33ms。优化技术方案的电子后视镜CMS采用图像信号处理器ISP专用芯片,该类芯片采用硬件电路进行图像补偿和图像畸
变矫正,可以忽略该芯片产生的延时,SoC处理器只是负责系统功能控制,很大程度上节省了图像数据处理时间,使得电子后视镜CMS的延时为CMOS图像传感器(60f/s)+TFT显示屏,其中60f/s为1/60+1/60=33.33ms。
5电子后视镜的应用前景
电子后视镜在未来无人驾驶、行车安全等方面将在智能驾驶中发挥越来越重要的作用,同时降低车辆的风阻,减少室外风噪声,提高汽车的燃油经济性,未来汽车的燃油经济性将更大,这些新的科技手段的贡献与当前中国提出的,推动“碳峰值”和“碳中和”的国家战略部长配对; 国家层面,行业层面,汽车企业应积累大量的人力和能源投入,增加研发投入和关键技术技术研究,不遗余力地推动电子后视镜产业的发展和应用。由于目前电子后视镜的研发投资和开发成本高,投资大,涉及面广,需要各个相关产业链阶段的积极合作,共同降低系统成本迈出第一步,使电子后视镜的应用成为现实。
结语:
汽车测速器
电子后视镜具有巨大的市场需求,其视野宽阔、可应对恶劣环境、低风阻、低油耗、交互人性化的优点推动了CMS在汽车上率先应用的发展方向。
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