無人駕駛屬于汽車行業(yè)最前沿的研究領(lǐng)域之一。現(xiàn)階段僅有少量量產(chǎn)車具備L2級(jí)別的自動(dòng)駕駛技術(shù)，能夠達(dá)到L3級(jí)別的更是鳳毛麟角。但汽車未來的發(fā)展方向就是無人駕駛和自動(dòng)駕駛，而要達(dá)到L5級(jí)別，仍然需要工程師們付出多年的努力。只是在談起無人駕駛的時(shí)候，你們是否想過，相關(guān)的傳感器會(huì)如何進(jìn)行布置？需要進(jìn)行哪些方面的考慮？

我來簡(jiǎn)單討論一下要量產(chǎn)的自動(dòng)駕駛在傳感器選型和布置上考慮的問題。

我們都知道，無人駕駛目前主要采用攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)等幾類傳感器。這幾類傳感器在特性上都有所差異，如下表：

可以看到各種傳感器的范圍和距離都不同，有些性能強(qiáng)大的傳感器成本高、選擇余地相對(duì)也很少。

如何合理選擇和布置傳感器也成為自動(dòng)駕駛研發(fā)，尤其是量產(chǎn)的關(guān)鍵（成本問題）。

典型區(qū)域劃分

根據(jù)車輛不同方位遇到的情況不同，可以將車輛周邊的感知區(qū)域劃分為以下5類區(qū)域：前向A、前側(cè)向B、后側(cè)向E、后向D、側(cè)向C。

每個(gè)區(qū)域在車輛行駛中遇到的情況都會(huì)有不同，所以在不同的區(qū)域內(nèi)，感應(yīng)范圍的要求是不同的。

例如，前向A區(qū)域?yàn)樽钪饕獏^(qū)域，應(yīng)覆蓋全速行駛時(shí)的縱向安全距離，B、E區(qū)域則主要檢測(cè)相鄰車道的情況和轉(zhuǎn)向的情況。

傳感器工作的主要區(qū)域

考慮不同使用場(chǎng)景的需求

在實(shí)現(xiàn)L5完全自動(dòng)駕駛之前，所有的自動(dòng)駕駛功能都會(huì)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行限制，高速公路or城市道路，低速or高速……不同的場(chǎng)景對(duì)傳感器的需求肯定也不同。

比如高速公路的場(chǎng)景只需要對(duì)車輛進(jìn)行識(shí)別，而城市道路還需要對(duì)自行車、電動(dòng)車、行人等進(jìn)行識(shí)別；高速情況下為保證安全，檢測(cè)的距離一定會(huì)比低速遠(yuǎn)。

而就算在同一種使用場(chǎng)景中，不同的功能對(duì)傳感器的需求也會(huì)不同。例如實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車，依靠近距離的超聲波雷達(dá)和全景傳感器即可。

在高速公路上實(shí)現(xiàn)AEB自動(dòng)緊急制動(dòng)和ACC自適應(yīng)巡航的功能，則僅需要對(duì)A區(qū)域內(nèi)的車輛進(jìn)行檢測(cè)；但如果實(shí)現(xiàn)變道的功能可能還需要對(duì)B、E區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)。

而如果高速變道還涉及到從低速匝道變到行駛道路的場(chǎng)景，考慮的因素就更多。

特殊場(chǎng)景舉例

對(duì)于上述的特殊場(chǎng)景，下面進(jìn)行簡(jiǎn)單的舉例（舉例式討論，不作為實(shí)際參考）：

在下面的場(chǎng)景中，前車在匝道以60km/h的速度行駛，需變道到正常行駛車道，此時(shí)目標(biāo)車道后方有一120km/h行駛的車輛，時(shí)距τ=2s，假設(shè)變道需要的時(shí)間為3s。

則可得到與后方車輛的安全距離為：

因此，E區(qū)域的傳感器應(yīng)當(dāng)能檢測(cè)到側(cè)后方83米的距離才比較安全，故24GHz的毫米波雷達(dá)（≤60m），無法滿足此要求；需選擇77GHz的毫米波雷達(dá)或中距離攝像頭（特斯拉Autopilot 2.0方案）。

類似的特殊場(chǎng)景還有很多，因此在目前現(xiàn)有的技術(shù)條件下，一定需要先對(duì)使用場(chǎng)景進(jìn)行梳理，再依據(jù)場(chǎng)景和功能對(duì)傳感器方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

傳感器冗余

自動(dòng)駕駛的安全性和可靠性一直是最為重要的考量，如果僅僅只為了實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，也難以滿足量產(chǎn)的需求。

因此，對(duì)于自動(dòng)駕駛中的重要功能，還需要考慮冗余設(shè)計(jì)和布置。

比如在重要的前向A區(qū)域，除了布置常用的攝像頭，還應(yīng)該布置一個(gè)檢測(cè)距離相近的毫米波雷達(dá)；保證在攝像頭失效或者出現(xiàn)攝像頭工作受限的狀況，有毫米波雷達(dá)依舊可以繼續(xù)進(jìn)行一定程度的檢測(cè)工作。

特斯拉毫米波雷達(dá)布置位置

傳感器的外觀

汽車今后的傳感器會(huì)越來越多，激光雷達(dá)、攝像頭之類的傳感器有不能加以任何的遮擋，如果傳感器體積過大、外形不美觀，也不會(huì)被市場(chǎng)心甘情愿的接受；因此將傳感器設(shè)計(jì)布置的盡量不影響外觀也是一個(gè)重要的考量。

拜騰與奧迪激光雷達(dá)布置對(duì)比

毫米波雷達(dá)布置

與依靠光學(xué)的傳感器不同，毫米波雷達(dá)理論上可以進(jìn)行隱藏布置（不遮擋最好），但在設(shè)計(jì)遮蓋物、選擇布置位置的時(shí)候也應(yīng)該注意幾項(xiàng)基本原則：

① 優(yōu)先選用PC、PP、ABS、TPO 等電解質(zhì)傳導(dǎo)系數(shù)小的材料，這些材料中不能夾有金屬和碳纖維。

② 覆蓋物的表面必須平滑且厚度均勻，不能出現(xiàn)料厚突變或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況，且厚度最好是雷達(dá)半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，以減少對(duì)雷達(dá)波的扭曲和衰減。

毫米波雷達(dá)布置示意（引用自論文2）

總結(jié)

目前的傳感器技術(shù)還有一定的進(jìn)步空間，依靠光學(xué)、圖像等方式的傳感器也無法適應(yīng)多種復(fù)雜的環(huán)境和場(chǎng)景；依靠感知系統(tǒng)的融合算法，結(jié)合各種傳感器的優(yōu)勢(shì)能拓展自動(dòng)駕駛的使用場(chǎng)景。

而隨著高精度地圖、V2X等技術(shù)的應(yīng)用，超過傳感器檢測(cè)距離的場(chǎng)景和因天氣原因無法工作的場(chǎng)景也將會(huì)更好的覆蓋。