智能汽車“秘密武器”大揭秘

——智能汽車環(huán)境感知系統(tǒng)測試技術(shù)探索

1.自動駕駛汽車需要哪些類型的傳感器？

傳感器是一個很寬泛的概念，類比我們?nèi)梭w來說，它其實就是由眾多不同功能傳感器組成的，外面下雨，我們能感受到皮膚表面有水滴，這是濕度傳感器；手里拎著物品，經(jīng)驗豐富的人能掂出物品的重量，這是壓力傳感器；天冷了加衣服，天熱了扇扇子，感受這種氣溫的變化是溫度傳感器。對于目前的車輛來說，這類傳統(tǒng)的傳感器應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，包括我們?nèi)粘Ｊ褂玫闹悄芗揖右惨呀?jīng)應(yīng)用了這類傳感器。未來的自動駕駛汽車，它對于傳感器的功能又提出了更高的要求，自動駕駛作為人類意識的延伸，必然需要實現(xiàn)一部分功能來媲美人類感官。假想一下，我們往車上一坐，看到正前方走過一個小孩，側(cè)后方來了一輛車，開著開著，一看路牌知道來到了人民廣場，發(fā)個信息給店家訂個座吧，進(jìn)到商場下車車就自動去找停車位了，然后發(fā)個信息說自己已經(jīng)停好了。剛剛的這個場景其實已經(jīng)包含目前自動駕駛傳感器幾大功能，廣義一點就是與周圍進(jìn)行信息交互，狹義一點就是實現(xiàn)目標(biāo)感知，精準(zhǔn)定位和互聯(lián)通信。目標(biāo)感知主要由毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、紅外雷達(dá)、攝像頭實現(xiàn)，精準(zhǔn)定位主要由衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、組合導(dǎo)航實現(xiàn)，互聯(lián)通信主要由通信終端實現(xiàn)。

2.各種的優(yōu)缺點？（每一項傳感器單獨介紹并拍攝其在汽車上搭載的場景）

這部分我們分三塊講，首先是目標(biāo)感知的五個傳感器，我們通過分析它們的數(shù)據(jù)結(jié)果來說明各自的優(yōu)缺點。車前方裝了一個超聲波雷達(dá)，它能知道前方有個障礙物，距離大概是1m，精度低，角度大概20°-30°，不準(zhǔn)確，這個障礙物是汽車還是行人，不知道；距離超過2m就看不見了，說了一堆好像都是缺點，但它也有優(yōu)點，就是便宜。毫米波雷達(dá)，同樣前方有個障礙物，距離120.5m，角度4.5°，運動速度45.3km/h，大概是個車，具體是卡車、轎車、SUV不知道，可以看出來，毫米波雷達(dá)已經(jīng)能夠做一些比較精確的目標(biāo)探測了，但是和我們?nèi)搜劭吹降哪繕?biāo)信息還是有差異，他只能做一些簡單的目標(biāo)分類，能區(qū)分人和車，但是沒法區(qū)分車型，價格也比較適中。汽車上分單目攝像頭和雙目攝像頭，顧名思義，就是一個攝像頭和兩個攝像頭，攝像頭就像我們?nèi)搜垡粯樱粋€攝像頭看到的是一個平面，兩個攝像頭就能看到一個立體的空間，信息也更豐富，但是攝像頭受天氣影響較大，在黑夜、雨雪、強光條件下工作性能都會受到很大的影響。紅外雷達(dá)主要利用物體自然發(fā)射的熱量差異來檢測目標(biāo)，能彌補攝像頭夜間視野差的缺陷，但是符合車規(guī)級產(chǎn)品目前還沒有出現(xiàn)，都在研發(fā)階段，成本也比較高。下面講講激光雷達(dá)，激光雷達(dá)的目標(biāo)檢測效果介于毫米波雷達(dá)和攝像頭之間，他既能像毫米波雷達(dá)一樣準(zhǔn)確地輸出目標(biāo)的各項參數(shù)，同時也能輸出目標(biāo)圖像級的輪廓，還不受天氣的影響，按理說它是最完美的傳感器，關(guān)鍵是它現(xiàn)在的價格太貴了，一部激光雷達(dá)的價格已經(jīng)接近一輛汽車了。

剛才講了目標(biāo)感知，然后是精準(zhǔn)定位，衛(wèi)星導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航不存在競爭關(guān)系，他們互為補充，衛(wèi)星導(dǎo)航輸出汽車自身的經(jīng)緯度信息，慣性導(dǎo)航輸出汽車自身的速度、方位等姿態(tài)信息，現(xiàn)在越來越多的高端車考慮二者結(jié)合，使用組合導(dǎo)航的方式實現(xiàn)定位。

通信部分在去年以前還有兩種路線之爭，主要是DSRC和V2X，DSRC由美國主導(dǎo)，V2X由中國和歐洲主導(dǎo)，他們的區(qū)別主要在汽車通信方式上。車聯(lián)網(wǎng)和手機接入網(wǎng)絡(luò)會有一些區(qū)別，手機不支持短距離通信，意思是即使我們面對面坐在這里，我給你發(fā)一條信息，這條信息也需要先通過基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，但是車聯(lián)網(wǎng)為了提升安全性和實時性，必須要實現(xiàn)短距通信。DSRC只支持車車通信，V2X不僅支持車車通信，也支持與基站的通信，整體相對比較靈活，所以去年歐洲5GAA已經(jīng)確定V2X為發(fā)展方向。

3.在智能汽車上的應(yīng)用？

自動駕駛橫向按照功能階段分為L1-L5共5個等級，縱向按照控制邏輯分為感知、決策、執(zhí)行三個階段，這是一個循序漸進(jìn)的過程，看似離我們還很遙遠(yuǎn)，但是它的前身高級輔助駕駛已經(jīng)充分滲入到我們?nèi)粘５拈_車行為中。舉幾個簡單的例子：自動泊車，它主要涉及到的是近距，用得比較多的就是超聲波雷達(dá)，當(dāng)然僅靠超聲波雷達(dá)不能提供很好的用戶體驗，為了提高整體精度，不同的生產(chǎn)廠商會融合其他的傳感器數(shù)據(jù)，比如攝像頭或者毫米波雷達(dá)，這與各自先期的技術(shù)積累有關(guān)。還有一個例子，自適應(yīng)巡航，現(xiàn)在中國的高速公路越來越多，里程也越來越長，很多車為了適應(yīng)這種行駛場景，紛紛推出了定速巡航的功能，但是不可避免的，高速上還是會有各種各樣的緊急情況出現(xiàn)，為了適應(yīng)這個前方車輛速度、距離的突然變化，自適應(yīng)巡航應(yīng)運而生，它的關(guān)鍵技術(shù)及時時刻探測前方目標(biāo)的狀態(tài)信息，比如距離、速度、角度信息，來實時調(diào)整本車的車速以保證安全，這套系統(tǒng)對于探測范圍和精度都有很高的要求，所以一般采用高配的毫米波雷達(dá)來實現(xiàn)相應(yīng)功能。

4.智能感知系統(tǒng)在整個智能汽車的智能系統(tǒng)中的地位?自動駕駛汽車的傳感器市場發(fā)展現(xiàn)狀如何？未來發(fā)展前景？（專家介紹為主后期再配合相應(yīng)的素材）

前面也提到過智能汽車按照控制邏輯分為感知、決策、執(zhí)行三部分，所以感知系統(tǒng)是基礎(chǔ)，是原材料。作為感知系統(tǒng)的核心部件，傳感器目前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展還是很可觀的，基本能保持年均15%的增長率，2019年的市場是2100億，伴隨傳感器市場蓬勃發(fā)展的是汽車電子市場，目前國內(nèi)汽車產(chǎn)品中電子產(chǎn)品和技術(shù)的價值含量只占10%-15%，但國外汽車的相關(guān)比例已經(jīng)達(dá)到22%，中高端汽車中的電子部分占比已經(jīng)達(dá)到30%，這個比例并不是重點，終有一天，達(dá)到50%以上也是合理的，所以傳感器市場乃至整個汽車電子市場都有很大的成長空間。上海及周邊最近幾年成長了一大批制作芯片、印制電路板、零部件、ADAS算法的企業(yè)，產(chǎn)品性能與國外的差距也越來越小，在部分ADAS功能中已經(jīng)能完全實現(xiàn)國產(chǎn)化。前幾天5月13號，第45顆北斗衛(wèi)星正式入網(wǎng)工作，標(biāo)志著北斗衛(wèi)星的全球組網(wǎng)工作又邁進(jìn)了一步，現(xiàn)在車載導(dǎo)航終端都是采用雙模體制，既支持美國的GPS，也支持中國北斗。通信部分V2X的發(fā)展也是前景廣闊的，中國推行的LTE-V2X能夠平滑演進(jìn)到5G-V2X，而中國在5G的話語權(quán)也越來越強，所以不論從產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢來看，還是從國內(nèi)的技術(shù)儲備來看，未來中國的自動駕駛在世界范圍內(nèi)都是非常具有競爭力的。。

5.這些傳感器都有哪些主要性能指標(biāo)及測試流程？（專家介紹為主后期再配合相應(yīng)的素材）

性能測試是一塊挺復(fù)雜的工作，根據(jù)汽車的V字型開發(fā)驗證路線及產(chǎn)品的生命周期進(jìn)行切割，有部件級性能標(biāo)定、部件級裝車集成測試、系統(tǒng)級效能評估、整車級場景測試。測試流程大致就是我們通過試驗系統(tǒng)提供一個理論值，然后將產(chǎn)品的輸出值進(jìn)行信息化讀取，完成有效數(shù)據(jù)篩選后與理論值進(jìn)行比對校驗。這里涉及到的傳感器比較多，我們選毫米波雷達(dá)講一下吧，在部件級性能標(biāo)定階段，我們主要關(guān)注產(chǎn)品本身在理想工況下的性能，評價指標(biāo)就是輸出目標(biāo)距離、角度、速度、功率等信息的準(zhǔn)確度；部件級裝車集成測試主要去評估雷達(dá)裝車階段與其他功能件的匹配情況，比如保險杠、車標(biāo)對電磁波傳輸特性的影響，會不會帶來假目標(biāo)及性能的衰減；系統(tǒng)級效能評估階段主要是從整個ADAS功能的角度上去評判這個傳感器，結(jié)合最終的輸出結(jié)果去評價整體功能，整體測試還是在封閉道路上；整車級場景測試會結(jié)合一些實際天氣、場景的變化，在半封閉、開放道路中去評價整體功能。關(guān)于傳感器的測試大概就是這樣的流程。