智能駕駛車輛環(huán)境感知傳感器的布置

馮麗

摘 要：環(huán)境感知是智能駕駛四大核心技術(shù)之一，為智能車采集各類環(huán)境信息，給路徑規(guī)劃提供決策依據(jù)，本文結(jié)合某車型的感知傳感器布置方案，給出相關(guān)傳感器在實際布置中的規(guī)則。

關(guān)鍵詞：智能駕駛 環(huán)境感知 傳感器 布置

1 引言

智能駕駛車輛對于環(huán)境的感知要求較高，每種類型的傳感器都具有其獨特優(yōu)勢和運用場景，各行其是的運用不僅有短板[1]，也達(dá)不到全方位探測的目的。僅使用視覺攝像頭，目標(biāo)運動狀態(tài)及距離判斷不夠精確;僅使用超聲波雷達(dá)不能滿足遠(yuǎn)距離、標(biāo)志識別;僅用激光雷雖然滿足了距離與精度，但煙、塵、霧影響較大[2]，成本代價太大，不足能滿足量產(chǎn)落地需求，智能駕駛對于傳感器的需求勢必走向多種類融合的局勢。

2 車企智能駕駛環(huán)境感知配置方案

某車型配置前向側(cè)向激光雷達(dá)、角毫米波雷達(dá)、前向毫米波雷達(dá)、單目前置攝像頭，超聲波雷達(dá)。前向激光雷達(dá)用于實現(xiàn)較高精度遠(yuǎn)距離掃描，側(cè)向雷達(dá)用于相鄰車道車輛檢測，前視攝像頭感知交通信號燈、交通標(biāo)識等信息，角毫米波雷達(dá)彌補(bǔ)車輛四角處盲區(qū)，前向毫米波雷達(dá)探測中遠(yuǎn)程范圍內(nèi)行人、車輛，同時與角毫米波雷達(dá)構(gòu)成一定范圍內(nèi)的冗余設(shè)計，超聲波雷達(dá)實現(xiàn)車輛5米內(nèi)障礙物探測，以此達(dá)到對車輛周圍環(huán)境全面感知。

3 各類感知器件布置

3.1 視覺攝像頭布置規(guī)則

布置高度由地面最近探測點同攝像頭視野中心的連線與水平面夾角構(gòu)成的直角三角形依據(jù)勾股定理推測得出，探測范圍由每個攝像頭的視場角決定。當(dāng)攝像頭傾斜角度、高度確定后，仍有小范圍內(nèi)偏差，可通過調(diào)整攝像頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)。該調(diào)整角度一般為5°左右。通常前擋風(fēng)玻璃處的前視攝像安裝高度為1500mm～1800mm，對于360環(huán)視前攝像頭較多安裝于前格柵處，利用格柵對攝像頭進(jìn)行隱藏，起到一定程度上的美觀作用，左右攝像頭安裝于后視鏡處，后視攝像頭與普通倒車影像攝像頭在布置上差別不大，主要滿足視圖中的車身占比20%左右，牌照板幾何視角和照明法規(guī)角度，如圖1和圖2所示。

3.2 超聲波雷達(dá)布置規(guī)則

對于車前雷達(dá)一般布置在400mm-550mm高度，車后保險杠處400mm-65mm;超聲波雷達(dá)因其探測距離較近，價格低，主要考慮對車輛全周的覆蓋，依據(jù)其探測波束角度大小覆蓋范圍來確定雷達(dá)探頭的個數(shù)，當(dāng)前主流用法是8-12個。

3.3 毫米波雷達(dá)布置規(guī)則

前向毫米波高度離地700mm左右，可在以車輛中心線為對稱軸的左右350mm內(nèi)進(jìn)行布置，如圖3所示，雖然算法可在一定程度上進(jìn)行參數(shù)修正，一般布置于中線處居多。安裝時水平偏差角度±2°，垂直偏差角度±1°。因雷達(dá)的波束中心面需與路面基本平行，避免因安裝角度導(dǎo)致與路面的夾角大于5°[2]。角毫米波雷達(dá)的離地高度可與前向毫米波雷達(dá)保持一致，呈對稱方式布置在車身四角處，車輛前部的角毫米雷達(dá)與車身側(cè)垂直面角度呈45°，車輛后角毫米波雷達(dá)呈15°至30°，因不同車型對區(qū)域功能需要各異，可根據(jù)整車盲區(qū)的要求對角度偏轉(zhuǎn)做調(diào)整，達(dá)到最佳的探測區(qū)域。

一般為了保證毫米波雷達(dá)探測距離遠(yuǎn)、盡可能多的探測目標(biāo)數(shù)，采用外露布置，但外露布置對造型美觀有較大影響，必要時需考慮隱藏布置，此時覆蓋面與雷達(dá)之間保持20mm距離，距離內(nèi)的探測區(qū)域應(yīng)避免出卡子、螺釘、金屬物體，同時，覆蓋面必須保證平整且平滑、厚度均勻，表面粗糙度小于400um，避免出現(xiàn)棱骨、尖角、切向厚度突變（見圖4），以此減小毫米波在反射時發(fā)生偏轉(zhuǎn)、損耗等。

因材料會對電磁波產(chǎn)生干擾而降低毫米波雷達(dá)性能，故對于覆蓋材料及厚度也有嚴(yán)格要求，下表1為不同材料厚度對毫米波的損耗。在對整車環(huán)境感知布置時需提前將特殊要求輸入給造型及內(nèi)外飾，防止因后續(xù)空間、材料、結(jié)構(gòu)上的限制帶來的性能降級。

3.4 激光雷達(dá)布置規(guī)則

激光雷達(dá)離地高度需根據(jù)功能需求而定，一般情況下為充分發(fā)揮混合固態(tài)激光雷達(dá)高精度、遠(yuǎn)距離測量優(yōu)勢，將其安裝于車頂（因激光雷達(dá)垂直探測角度有限，目前有32°角，可根據(jù)需求距離運用三角函數(shù)計算對地高度），設(shè)計時傾斜角盡量不要超過90度，角度過大時會對縮短激光雷達(dá)使用壽命;長距前向激光雷達(dá)傾斜角度可在5°范圍內(nèi)，保證車輛正前方環(huán)境掃描，用于側(cè)向的激光雷達(dá)傾斜角度30°左右，以保證中近車道區(qū)域內(nèi)探測。因激光雷達(dá)體積較大，固定底座需平整，避免出現(xiàn)凹凸不平現(xiàn)象，且底座使用鋁合金材質(zhì)，有助于散熱。

4 結(jié)語

在多傳感器融合下，每個傳感器不再是單獨的個體，需要在整體布局下滿足自身的布置要求，才能使感知系統(tǒng)中的每類傳感器發(fā)揮出最大能效。同時，面對價格差距較大的各類傳感器，車企需要對智能駕駛功能的定義有清晰的判斷，各類傳感器的性能、運用場景有較好的認(rèn)識，再結(jié)合自身功能需求，才能滿足車企定位要求下高性價比造車。

參考文獻(xiàn)：

[1]王磊.淺談智能駕駛中的環(huán)境感知[J].智能網(wǎng)聯(lián)汽車，2018（8）：27-29.

[2]陳曉東.智能駕駛車載激光雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用算法[J].光電工程，2019，46（7）：190182.

[3]陸炳華.智能駕駛汽車傳感器介紹及布置[J].上海汽車，2017（11）：40-43.