
在汽車安全技術(shù)的進(jìn)步歷程中,環(huán)境感知傳感器扮演了至關(guān)重要的角色,它們猶如車輛的感知器官,不斷地監(jiān)測和解讀車輛周邊的環(huán)境信息。隨著汽車安全技術(shù)從被動防護(hù)向主動干預(yù)的轉(zhuǎn)變,這些感知傳感器的重要性日益凸顯。
在智能駕駛技術(shù)領(lǐng)域,環(huán)境感知傳感器家族包括激光雷達(dá)、車載攝像頭、毫米波雷達(dá)以及超聲波雷達(dá)等多種成員。這些傳感器各自具備獨(dú)特的性能和優(yōu)勢,能夠針對各種不同場景提供有效的感知解決方案,并在特定受限環(huán)境中相互補(bǔ)充,共同提升智能駕駛系統(tǒng)的環(huán)境認(rèn)知能力。
01
車載攝像頭

車輛的環(huán)境感知能力在很大程度上依賴于車載攝像頭的技術(shù)。這些攝像頭為高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)提供了關(guān)鍵的視頻數(shù)據(jù),通過其感光成像技術(shù),為車輛提供了對周圍環(huán)境的視覺理解。根據(jù)不同的功能要求和安裝位置,車載攝像頭可以被設(shè)計(jì)為單目、雙目或廣角攝像頭,并分別安裝在車輛的前方、四周、后方、側(cè)面以及車內(nèi)等關(guān)鍵位置,以提供全面的視野覆蓋。
車載攝像頭的內(nèi)部構(gòu)造主要包括鏡頭組、圖像傳感器(如CMOS)和數(shù)字圖像信號處理器(DSP)。在這些組件中,圖像傳感器扮演著核心技術(shù)角色,它決定了攝像頭的光線感知能力和成像質(zhì)量。CMOS圖像傳感器(CIS)是攝像頭中的核心部件,由微透鏡、彩色濾光片(CF)、光電二極管(PD)和像素設(shè)計(jì)構(gòu)成,負(fù)責(zé)將捕獲的光學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電信號,從而實(shí)現(xiàn)圖像的數(shù)字化。
02
超聲波雷達(dá)

超聲波雷達(dá)在輔助駕駛員進(jìn)行泊車操作和預(yù)警汽車盲區(qū)碰撞方面發(fā)揮著重要作用,成為自動泊車技術(shù)中的主流傳感器。這些雷達(dá)利用超聲波的發(fā)射與接收機(jī)制,通過計(jì)算超聲波信號往返所需的時(shí)間來確定障礙物的距離。在車用超聲波雷達(dá)中,探頭的工作頻率有40kHz、48kHz和58kHz三種不同類型,其中40kHz的探頭因其較高的敏感度和適宜的探測角度而被廣泛采用。
超聲波雷達(dá)根據(jù)其安裝位置分為UPA(超聲波駐車輔助)和APA(自動泊車輔助)兩種型號。UPA型雷達(dá)通常安裝在車輛的保險(xiǎn)杠附近,主要用于檢測車輛前后方的障礙物;而APA型雷達(dá)則安裝在車身側(cè)面,用于探測側(cè)方停車空間。UPA型雷達(dá)的探測距離一般在15至250厘米范圍內(nèi),而APA型雷達(dá)的探測距離可以擴(kuò)展到30至500厘米,這使得自動泊車系統(tǒng)能夠覆蓋更大的探測區(qū)域。
03
毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)是高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的核心部件之一,對于汽車實(shí)現(xiàn)智能化駕駛功能至關(guān)重要。這種雷達(dá)通過發(fā)射并接收30GHz至300GHz的毫米波信號,來探測并分析目標(biāo)物體與雷達(dá)之間的距離、位置和速度等數(shù)據(jù)。在車載毫米波雷達(dá)中,FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)技術(shù)是主流技術(shù),特別是24GHz和77GHz兩種頻率的使用最為廣泛。
FMCW技術(shù)在車載毫米波雷達(dá)中占據(jù)主導(dǎo)地位,被多家 Tier1 供應(yīng)商如德爾福、電裝和博世等廣泛采用。該技術(shù)能夠通過分析回波的時(shí)間參數(shù),同時(shí)獲取多個(gè)障礙物的尺寸、速度和距離信息,為車輛提供全面的周圍環(huán)境物理信息。
24GHz毫米波雷達(dá)主要適用于中短距離探測,它負(fù)責(zé)的功能包括盲點(diǎn)檢測、車道偏離預(yù)警、車道保持輔助、變道輔助和停車輔助等。
77GHz毫米波雷達(dá)則針對100至250米的中長距離探測,它通常用于自適應(yīng)巡航控制、碰撞預(yù)警指示和緊急剎車輔助等關(guān)鍵應(yīng)用。
04
激光雷達(dá)

在智能駕駛技術(shù)的發(fā)展中,激光雷達(dá)技術(shù)以其卓越的精確度和穿透能力占據(jù)了不可或缺的地位。該技術(shù)通過發(fā)射激光脈沖并捕捉目標(biāo)反射的信號,以此來準(zhǔn)確測量目標(biāo)的位置、速度等關(guān)鍵特性。
激光雷達(dá)的工作機(jī)制涉及向目標(biāo)物發(fā)射激光脈沖,然后接收并比較反射回來的信號與原始發(fā)射信號,經(jīng)過復(fù)雜的信號處理后,可以準(zhǔn)確計(jì)算出目標(biāo)物的距離、方向、高度和速度等參數(shù)。
激光雷達(dá)系統(tǒng)由幾個(gè)關(guān)鍵部分組成:激光發(fā)射系統(tǒng)負(fù)責(zé)產(chǎn)生激光脈沖,激光接收系統(tǒng)則負(fù)責(zé)捕捉反射回來的信號,信息處理系統(tǒng)對信號進(jìn)行分析以提取目標(biāo)物的信息,而掃描系統(tǒng)則負(fù)責(zé)在空間中進(jìn)行掃描,以生成實(shí)時(shí)的三維圖像。

激光雷達(dá)產(chǎn)品的性能評估通常基于顯性參數(shù),如測距能力和分辨率等,但由于激光雷達(dá)技術(shù)相對較新,其實(shí)測性能和一些隱性指標(biāo)目前還沒有統(tǒng)一的量化標(biāo)準(zhǔn),缺乏可靠和公開的數(shù)據(jù)支持。
汽車環(huán)境感知的關(guān)鍵傳感器,包括車載攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá),它們在視覺識別和距離感知方面各自扮演著重要角色。這些傳感器的綜合應(yīng)用為駕駛員提供了全方位、精確的環(huán)境信息,極大地增強(qiáng)了駕駛的安全性和便利性。