目前量产的自动驾驶汽车上的传感器种类有4种,数量为22个(表1)。
表1高级驾驶辅助系统传感器分类
毫米波雷达:主要有用于中短测距的24GHz雷达和长测距的77GHz雷达2种。毫米波雷达可有效提取景深及速度信息,识别障碍物,有一定的穿透雾、烟和灰尘的能力,但在环境障碍物复杂的情况下,由于毫米波依靠声波定位,声波出现漫反射,导致漏检率和误差率比较高。
环视摄像头:主要应用于短距离场景,可识别障碍物,但对光照、天气等外在条件很敏感,技术成熟,价格低廉。随着技术的不断发展进步,摄像头的像素也在逐步提升,从最开始的30万像素,提升到目前的100万像素,未来3年内200万像素的摄像头将会普及。
3.传感器实现功能配置组合
高级驾驶辅助系统的不同传感器之间的组合,可以实现不同的功能,上述介绍的22个传感器全部搭载到整车,可实现ADASL1/L2/L3,下面介绍详细的子功能。
3.1前向智能摄像头和前向毫米波雷达
前向智能摄像头实现AEB-C(自动紧急制动-车)、LDW(车道偏离预警)、LKA(车道保持辅助)、TSR(交通标志识别),实现L1级驾驶辅助。道路实际情况探测精准(如车道线、隧道、匝道、限速等),但是距离探测不精准。其代表性能参数见表2。
表2MobileyeEYEQ3部分性能参数
表3AC1000部分性能参数
表4单雷达、单摄像头以及融合方案的对比
图1前向智能摄像头和前向毫米波雷达融合
3.2侧向毫米波雷达(角雷达)
侧向毫米波雷达(4个)、前向毫米波雷达(1个)、前向智能摄像头(1个)组合使用,可实现L2+(或L3-)级自动驾驶。在L2级自动驾驶上,增加TJA/HWAML(高速公路驾驶辅助—多车道)、ALC(主动变道辅助)、TLC(触发式变道辅助)、ELK(紧急车道保持)、ESA(紧急转向辅助)、JA(十字路口辅助)、全方位预警(含BSD/DOW/RCTA/FCTA/LCW)(图2)。可高速公路工况下,实现自动驾驶功能。
图2前向摄像头、前向毫米波雷达、角雷达融合
3.3超声波雷达
表6超声波雷达部分参数及特点
图3超声波雷达方案布局
3.4环视摄像头
4.传感器整车布置融合
高级驾驶辅助系统的不同传感器之间的组合布置,需要考虑到覆盖范围和冗余性。不同传感器的感知范围均有各自的优点和局限性,现在发展的趋势是通过传感器信息融合技术,弥补单个传感器的缺陷,提高整个智能驾驶系统的安全性和可靠性。覆盖范围:车体360°均需覆盖,根据重要性,前方的探测距离要长(120m),后方的探测距离稍短(80m),左右侧的探测距离最短(20m)。为了保证安全性,每块区域需要2个或2个以上的传感器覆盖,以便相互校验,如图5所示为布置方案。
表7环视摄像头部分参数
图4环视摄像头方案布局
图5传感器布置融合示意
4.1前向智能摄像头和前向毫米波雷达布置融合
图6前向毫米波雷达布置示意
4.2侧向毫米波雷达(角雷达)布置融合
角雷达根据其性能参数要求、车身造型,设定合理的布置位置,车身要预留布置空间。角雷达布置高度要求:过低泥水污物影响雷达,太高离车辆近处的盲区会变大(可能会导致±20°以外无视野),推荐高度在400mm到1000mm之间。要达到盲区最小化,雷达与车辆纵轴线的夹角要在30°到45°之间为宜,雷达与车辆水平面夹角最好控制在90°。雷达FOV视野内无金属,棱线,多层结构或材质,FOV与覆盖件的最大角度为70°,覆盖件要求平整,曲率要求大于350mm。
图7前摄像头布置示意
4.3超声波雷达布置融合
为了实现APA功能,整车上要布置12个超声波雷达,布置数量较多。超声波雷达传感器安装支架上,通过与保险杠蒙皮的粘接固定上。为了最大限度满足探测要求,超声波雷达布置位置提供了具体要求,见图8。布置具体要求有:避免将雷达布置在凹陷于汽车保保杠的表面、避免拍照干涉雷达探测区域、远离热源排气管、大功率灯具等等。
图8超声波雷达布置位置要求
4.4环视摄像头
图9环视摄像头(前)布置要求
左右摄像头(后视镜上)布置要求:摄像头前视图,视角与垂直线之间夹角建议20~25°;视角与垂直线之间夹角建议1.5~5°;安装高度大于900mm;车身突出距离大于100mm;视野需覆盖车辆前后各10m位置,且10m的视野线与后视镜壳体下边缘距离大于1mm,前后5m的视野线与光轴面夹角均小于85°,且5m的视野线与后视镜壳体下边缘最小距离大于1.2mm;摄像头外突小于5mm(可调节)。