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一文熟悉汽車電子后視鏡CMS

日期: 2022-09-09
瀏覽次數: 17

電子后視鏡Camera Monitor System,縮寫為CMS,是一種基于攝像頭和顯示器的產品組合,可以增強駕駛員對車輛周圍及側后方的視覺感知,進一步增強駕駛安全性和舒適性。其中,外部攝像頭采集的圖像,通過數據處理后顯示在艙內的顯示屏,同時可以集成類似盲區預警、障礙物提示等功能。

該視頻號動態不可引用

CMS認知

電子后視鏡實質是一個符合GB15084標準的、滿足汽車D安全等級、專業單反相機與車載監視器組成的系統。電子后視鏡的認知一般分為四個層級:

一文熟悉汽車電子后視鏡CMS

第一層級為傳統影像,也就是大家熟悉的傳統影像產品,如倒車后視、中控屏、記錄儀、流媒體后視鏡等。

第二層級為替代關系,CMS是替代傳統光學后視鏡,必須滿足GB15084。電子后視鏡是傳統光學與電子結合的跨行業產品,需要跨學科的人才,尤其光學成像、影像色彩、圖像處理方面的人才,這也就是國際上傳統光學后視鏡企業與電子企業聯合開發CMS的原因所在。

第三層級為臨時調整視野(場景隨動),CMS的圖像顯示主要是與車輛姿態、行駛環境結合,滿足法規規定的物理鏡視野,還要滿足臨時拓展視野需求。場景隨動是CMS的靈魂,電子后視鏡十倍價格替代傳統視鏡,必須為用戶提供超出傳統后視鏡的增值功能,能夠提供起步、行駛、轉彎、停車場景下的臨時調整視野。

第四層級為安全可靠,傳統光學視鏡是汽車安全件,安全可靠也是CMS產品的基礎。安全是建立在底下三層之上去談的,不會孤立存在,也只有夯實底下三層才會理解敬畏安全。

CMS優點與應用

電子后視鏡被業內成為“真正具備思考能力的后視鏡”,體積小、可伸縮、風阻小,更具有科技感,同時可以讓駕駛員避免行駛過程中大幅度改變視角,就能獲知周邊路況。與傳統光學后視鏡對比,CMS具體顯著的優勢:

1. 整車減重、降阻降噪:

傳統后視鏡中,乘用車單側1-2公斤左右,商用車單側5-10公斤左右,支撐如此大的重量必定會增加門的鋼板厚度、整車重量。據德國某企業測試數據,采用CMS后重卡整車減重60-80公斤,取消外后視鏡可以節油2%-3%。以奔馳Actros為例,Actros通過CMS將整車油耗降低3%。

此外,CMS外置設備僅有攝像頭,其體積最多只有傳統后視鏡的1/3,整體設計更符合空氣動力學原理,可以減少90%的風阻,進一步降低風噪。以奧迪e-tron為例,電子外后視鏡的設計使車輛的風阻系數降低到0.27,比傳統設計的車輛降低0.1個百分點,提升續航里程。

一文熟悉汽車電子后視鏡CMS

2. 視覺盲區痛點:

傳統后視鏡的有效可視面積是固定的,由于駕駛者身高、坐姿、眼點觀察不同,觀察的可視范圍也不同,更不可能在復雜的路段調整可視范圍。CMS通過不同的傳感器不同角度的攝像頭,對車身四周進行多角度實時拍攝,顯示車輛情況、視線盲區及車尾行人,視角更靈活,可視范圍是傳統后視鏡的3倍左右,可以減少盲點約10%(寬視場約50%)。

一文熟悉汽車電子后視鏡CMS

圖:曼恩MAN OptiView電子后視鏡安裝了數枚焦段不同的攝像頭,方框中最大的攝像頭為長焦攝像頭,用于捕捉車輛側面貼身以及掛車車尾的后視圖像。下方斜置布置的攝像頭為廣角攝像頭,彌補長焦攝像頭的不足,將車輛遠景的廣角圖像收集,便于司機提前做出決策。而在擺臂下方,還安裝有一個攝像頭,它的作用是收集車門旁邊的圖像,將最危險的盲區安全保證起來。

3. 特殊環境:

一般來講,CMS車外攝像頭會采用物理遮擋和電動加熱的方式結合,做好鏡頭防水防雪功能,剩下的都是由后期算法和車內顯示屏完成,這樣就極大提高了在雨雪天氣、眩光、光線不足或夜間行駛等環境下的能見度。此外,隨著技術的革新,主動防炫目、夜視功能等更高級的功能都會被集成,車主在夜間的行車安全將更有保障。

一文熟悉汽車電子后視鏡CMS

4. 智能體驗:

L3+級別的智能駕駛系統,需要采集周邊影像進行分析,甚至接入網絡平臺應用于交通調度與車輛安全管理,車外影像成為不可或缺的信息來源,車輛周邊道路信息的重視程度必然提升到一定高度,CMS可以為其提供底層的硬件支撐。雖然CMS未必是智能駕駛的最終信息采集方案,但CMS對攝像機高安全、高品質的要求會提升相關配套產業整體研發、應用技術提升。同時,CMS也會在人機交互、行車過程上有更舒適的體驗。

一文熟悉汽車電子后視鏡CMS

隨著智能電動汽車時代的加速到來,CMS越來越被產業重視。歐盟和日本先后于2016、2017年放開對電子外后視鏡的法規限制,奧迪、雷克薩斯、本田、柯尼賽格等OEM先后推出成熟應用。

1:已量產/規劃CMS的車型

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中國CMS法規進展

GB15084-2013標準實施5年來,暴露了一些問題,如測試方法不完善、引用標準版本更新、不能適應當前汽車技術的發展等問題。為了規范行業健康發展和技術提升,達到同國際標準接軌的目的,規范和提高國內汽車間接視野裝置產業的發展,2018年12月,全國汽車標準化技術委員會在工業和信息化部的指導下,啟動了該標準的研究與修訂工作。

2020年6月3日,工信部發布了國家強制性安全標準GB15084(機動車輛間接視野裝置性能和安裝要求)征求意見稿,新標準在CMS板塊增加了CMS凸出高度要求及突出高度的測量方法;增加了Ⅰ至Ⅳ類CMS的功能性要求,修改了Ⅴ類和Ⅵ類CMS的功能性要求;增加了對于CMS的撞擊要求及試驗方法。

從目前公開信息顯示,標準有望在今年年中公布,在2023年1月1日起開始實施。2022年下半年,汽車制造商可以開始申報搭載CMS的新車型并開展定點實驗,CMS市場將進入快速量產階段。

2:各區域法規進展

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面臨的挑戰和痛點

CMS系統需要滿足GB15084標準、滿足汽車D安全等級,其技術門檻、安全等級、性能指標等苛刻要求,絕非是倒監屏、行車記錄儀、流媒體等汽車輔助件可同日而語。另,按照全部取代傳統后視鏡測算,國內電子后視鏡商用車和乘用車前裝市場接近千億元規模。前景雖然很廣闊,但是現實也存在一些亟待攻克的難關:

1. 解決低光復雜環境條件下的成像

所有汽車成像系統面臨的主要挑戰是改進低光條件下成像,同時提高分辨率和成像的動態范圍。為避免后方車輛靠近時其大燈導致圖像過飽和,CMS必須具有良好的成像品質,低照度必須在1Lux以下,動態范圍需超過110db。同時,成像系統必須具有充足的像素來填充具有高水平分辨率的監視器,這些條件都超越了傳統像素技術的限制。

車載攝像頭不同于安防監控與其他視頻類相機,應對炫光可以選擇安裝遮光罩或改變攝像機安裝位置避開強光源的照射。如何保證清晰的成像畫質對系統技術提出了更高的挑戰。

2. 車燈閃爍對攝像機的影響

另一重大挑戰是LED車燈或路燈閃爍時對當前圖像傳感器的影響。在顯示屏后視鏡中,日間行車燈會因脈寬調制(PWM)而呈現閃爍狀態,可能會導致駕駛員誤以為發生緊急狀況或警車正在靠近而影響安全。許多日間行車燈的PWM頻率在90-300Hz,在日間條件下傳感器曝光量較小時,在該范圍成像十分困難。

3. 長時間使用的可靠成像

攝像機替換了后視鏡,既要解決“有無”的問題,看見的范圍要覆蓋傳統的后視鏡盲區;更加要解決“看得清”的問題,在視野里有其它汽車大燈,但仍要看清其它障礙物。替代后視鏡的攝像機,只要汽車一上電,就在工作,工作時間長,而且高速行駛時仍需要進行使用。對攝像機的各方面要求更高,在高像素、無畸變、寬動態、低照度、高幀率、高可靠性都帶來更高的挑戰。

4. 線纜和連接器選擇匹配問題

隨著攝像機傳感器分辨率的增加,將攝像機數據傳輸到顯示器的成本也會增加。在使用標清攝像頭系統情況下,視頻數據以模擬復合視頻一起傳輸,這是目前市場上常見的攝像機系統。因為數據帶寬也非常低,這種情況下的線纜和連接器成本比較低。在引入高清攝像機后,根據所使用的數據傳輸技術的類型,線纜和連接器成本也會增加。

目前,最常見的車載高清視頻傳輸技術是數字串行器/解串器稱為“SerDes”?,F有SerDes的問題是與模擬復合視頻系統相比,它所需線纜和連接器類型相對昂貴。SerDes的另一個挑戰是目前市場上有多種SerDes標準(功能類似),而且它們并不相互兼容,所以OEM和一級系統制造商通常需要選擇一種特定SerDes標準并堅持使用,無論競爭標準是否具有更出色的特性。由于基于IP的系統產生的延遲,IP攝像頭系統在此類應用中表現不佳。人們要求后視鏡取代系統具有最低延遲,模擬視頻和SerDes可以做到。

5. 更高的運算能力及存儲器需求

圖像傳感器和成像處理器首先要能通過車用規范(AEC-Q100),以符合車用零件規定,其所需的測試頗為復雜。另外消耗功率及散熱的問題在高清晰度的圖像傳感器設計上也需要注意。搭配越來越多的高清車用攝影機會帶來許多的新的應用和豐富的影像資料,這也代表處理器需要更高的運算能力及存儲器。目前高清圖像傳感器需求越來越多,傳統CVBS界面無法支持高清圖像,新的LVDS和EthernetAVB界面可能會是下一代車用智能攝像機的主流。

6. 專業分工

國內攝像機模組專業分工非常專業,包括結構設計、ISP調校、模組生產。目前傳統后視鏡供應商主要是在物理結構、光學領域擅長,但是不具備電子電路、影像處理技術,因此很難提供高安全標準的CMS系統。而提供汽車中控的IVI供應商缺乏傳統光學視鏡知識技術積累、影像光學處理基礎、提供高安全要求系統的設計經驗,也很難進入CMS系統市場。

目前能夠自己掌握終端客戶需求,且能根據需求匹配COMS、鏡頭、外結構,且有專職ISP工程師負責圖像調配的企業寥寥可數。

此外,CMS的量產普及,除了CMS供應商在技術的突破、提供更安全可靠的產品外,更需要主機廠車型前期設計的匹配支持。

總結

電動化、智能化、網聯化、共享化,汽車行業正在進行著百年不遇的大變革, 影像光學基礎技術及汽車智能化的發展讓電子后視鏡取代傳統光學后視鏡成為可能,類似當年觸屏手機取代按鍵手機重構手機生態一樣,對玻璃后視鏡產業進行變革,建立以攝像機高品質影像+5G+AI為核心的生態環境賦能駕駛安全。CMS拐點已至,大幕正在徐徐拉開,誰將拔得頭籌,讓我們將拭目以待。






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