無人駕駛汽車感知系統(tǒng)零件布置

呂紅星

（中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司）

無人駕駛汽車是智能汽車的一種，也稱為輪式移動機器人，主要依靠車內(nèi)的以計算機系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實現(xiàn)無人駕駛的目的。中國自主研制的無人車——由國防科技大學自主研制的紅旗HQ3 無人車，于2011 年7 月14 日首次完成了從長沙到武漢長達286 km 的高速全程無人駕駛試驗，創(chuàng)造了中國自主研制的無人車在一般交通狀況下自主駕駛的記錄，標志著中國無人車在環(huán)境識別、智能行為決策和控制等方面實現(xiàn)了新的技術(shù)突破。文章通過研究無人駕駛自動化水平劃分、感知系統(tǒng)零部件特點，建立無人駕駛感知零件的布置要求及方法。

1 無人駕駛汽車自動化水平劃分

NHTSA（美國公路交通安全管理局）將車輛自動化水平分為 Level 0 至 Level 4[1]。

1）Level 0（無自動化）：駕駛?cè)耸冀K完全控制車輛行駛（制動、轉(zhuǎn)向、加速）；駕駛?cè)诉€需承擔為安全駕駛所需的道路狀況監(jiān)視的責任。2）Level 1（特定功能的自動化），類似巡航控制、自動制動、車道保持等：轉(zhuǎn)向、制動、加速當中有1 個或以上的控制功能被自動化，且各功能相互獨立；駕駛?cè)丝蛇x擇將有限的駕駛操作權(quán)限交由系統(tǒng)控制，但仍始終擁有最終控制權(quán)，并對安全駕駛承擔全部責任。3）Level 2（各功能間的復合自動化），類似自適應巡航與車道保持的聯(lián)動：實現(xiàn)自動化的轉(zhuǎn)向、制動、加速等控制功能中有2 個或2 個以上可相互協(xié)調(diào)運作；即使在該情況下，駕駛?cè)巳該碛凶罱K控制權(quán)、對安全行駛負全部責任，且不論發(fā)生何種情況都必須在沒有提前預警時即刻接管操作權(quán)。4）Level 3（半自動駕駛）：在特定環(huán)境及交通狀況下，駕駛員可將所有“為確保安全的重要控制功能”交由系統(tǒng)控制，且對狀況變化的監(jiān)視也可以交由車輛完成；僅在自動駕駛模式遇到功能界限時，駕駛?cè)瞬判枰H自進行駕駛操作，然而前提條件是系統(tǒng)擁有充足的時間將控制權(quán)交還駕駛員。5）Level 4（全自動駕駛）：在行駛過程中，所有的駕駛控制、周邊監(jiān)視工作全部交由車輛完成；自動駕駛車輛的控制系統(tǒng)對行駛安全承擔全部責任。

2 無人駕駛的感知系統(tǒng)

實現(xiàn)汽車無人駕駛需要汽車擁有感知系統(tǒng)（類似人的眼睛、耳朵）、執(zhí)行系統(tǒng)（類似人的四肢）、控制系統(tǒng)（類似人的大腦）、通信系統(tǒng)（類似人的耳朵、嘴巴）[2]。其中感知系統(tǒng)包括毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達和攝像頭[3]；執(zhí)行系統(tǒng)包括制動、轉(zhuǎn)向、加速；控制系統(tǒng)包括整車控制器；通信系統(tǒng)包括車聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星導航等。感知系統(tǒng)用于感知汽車周邊環(huán)境，將獲得的環(huán)境信息傳輸給整車控制器，為整車控制器控制執(zhí)行系統(tǒng)提供依據(jù)。

3 感知系統(tǒng)零部件特點

感知系統(tǒng)零部件的特點，如表1 所示。

表1 感知系統(tǒng)零部件特點

4 感知系統(tǒng)零部件布置

4.1 毫米波雷達布置

正向毫米波雷達一般布置在車輛中軸線[4]，外露或隱藏在保險杠內(nèi)部。無法布置在中軸線上時，正向毫米波雷達與車輛Y0 平面偏移量為小于500 mm。雷達法線與路面夾角為小于5°。

側(cè)向毫米波雷達一般布置在車輛四角，左右對稱。雷達與行駛方向夾角為30°，誤差范圍為±3°。雷達法線與地面平行，誤差范圍為±3°。

毫米波雷達的布置高度（地面到雷達模塊中心點的距離）一般要求在500（滿載狀態(tài)）～800 mm（空載狀態(tài)）之間，如圖1 所示。

圖1 毫米波雷達布置圖

4.2 激光雷達布置

激光雷達的布置位置有3 種：1）激光雷達一般布置在車頂，保證開闊的探測范圍。例如谷歌無人駕駛汽車。2）激光雷達布置在前大燈內(nèi)，大燈的清潔裝置能很好地保證激光雷達視野內(nèi)的清潔。3）激光雷達布置在內(nèi)后視鏡底座附近，且在雨刮刮掃區(qū)域內(nèi)，并保證雷達視野邊緣距離刮掃邊緣50 mm 以上。

4.3 攝像頭布置

攝像頭的布置要求為：1）布置在內(nèi)后視鏡底座附近，攝像頭的主光軸與Y0 面的距離＜50 mm。2）攝像頭主光軸盡量與X軸平行，保證攝像頭的有效上下視野[5]。3）攝像頭視場范圍內(nèi)要求無遮擋，攝像頭視場與前風擋玻璃的相交區(qū)域要在刮掃區(qū)域內(nèi)，并距離刮掃邊緣50 mm 以上，如圖2 所示。

圖2 無人駕駛汽車攝像頭布置圖

4.4 超聲波雷達布置

超聲波雷達探測距離小，因此超聲波雷達需求數(shù)量較多，要求超聲波雷達處在同一平面上，且前方無遮擋，一般裸露在保險杠上，顏色與保險杠一致，保證美觀性。

5 結(jié)論

無人駕駛車輛技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)從國家層面開始推動，而且越來越多的車企和互聯(lián)網(wǎng)公司開始投入更多的金錢和精力發(fā)展無人駕駛技術(shù)[6]。文章結(jié)合感知系統(tǒng)的特點，逐一介紹了感知系統(tǒng)零件的布置要求，可用于指導無人駕駛車輛感知系統(tǒng)的布置。車輛感知系統(tǒng)是車輛實現(xiàn)無人駕駛的關(guān)鍵，做好感知系統(tǒng)布置才能發(fā)揮其準確感知周邊事物的功能，實現(xiàn)車輛無人駕駛。