自動駕駛傳感器的選擇與布置
2021年9月26日 09:22瀏覽：2878 收藏：1
今年號稱是激光雷達元年！各廠家紛紛發布搭載激光雷達的車型，不光是新勢力，如小鵬、蔚來，也包括傳統汽車廠家，如上汽、長城、北汽等，都是計劃今明兩年量產。
同時，毫米波雷達數量，也從1~5顆拓展到6~8顆，已有應用4D成像雷達車型；攝像頭，除了前視和環視攝像頭，側向4顆+后向1顆攝像頭已基本成為標配。
這里簡單梳理下自動駕駛傳感器方案發展路線（乘用車），以及各類型傳感器發展趨勢。
乘用車自動駕駛發展，根據應用的場景不同可分為：行車自動駕駛和泊車自動駕駛。
由于行車和泊車運行場景有很大不同，在傳感器選擇上很大區別。同時，需要綜合考慮各類型傳感器性能、成本、布置位置等因素。
行車主要運行工況為中高速，需要選用檢測距離較遠的傳感器。目前應用傳感器主要有：攝像頭、毫米波雷達、激光雷達。
泊車運行在低速，一般選用檢測距離10m內傳感器。目前應用傳感器主要有：超聲波雷達、魚眼攝像頭。
車輛周邊區域，可以大致劃分為4大區域：正前區域A、側前區域B、側向區域C、后向區域D和側后區域E（如下圖）：
-對于行車自動駕駛，A區域是重中之重，布置傳感器也最為豐富。最遠感知距離一般需要200m以上；其次是側后E區域和測前B區域，用于變道和橫穿等場景，最遠感知距離一般需要80m以上。
-對于泊車自動駕駛，需要對車輛四周全覆蓋。由于泊車時速度一般在10km/h內，感知距離范圍在10m內就能滿足要求。
行車自動駕駛發展可大致分三個階段：單車道自動駕駛輔助、多車道自動駕駛輔助和點對點自動導航駕駛。
-單車道自動駕駛輔助：通過前視單目攝像頭或前向毫米波雷達，可實現自動緊急制動AEB和自適應巡航ACC功能。毫米波雷達的優勢在于對車輛速度的探測，而攝像頭的優勢在于識別車道線和對障礙物分類。前視單目攝像頭和前向毫米波雷達結合一起應用，可實現單車道高速駕駛輔助HWA和交通擁堵輔助TJA功能。
-多車道自動駕駛輔助：要實現變道輔助，需要增加傳感器對鄰道環境進行感知。通常在車尾部兩角各增加1個毫米波雷達，實現對車輛側后環境感知。進一步，可增加車前毫米波角雷達，拓展側前環境感知，實現路口輔助JA、緊急車道保持ELK、緊急轉向輔助ESA等功能。
-點對點自動導航駕駛：要實現從一個點到另個點全自動駕駛，需要對車輛周邊環境進行全方位感知，同時增加冗余。一般需要前視增加激光雷達、側視和后視增加攝像頭和毫米波實現增強感知，同時，增加高精地圖和慣性導航進行定位。
自動行車，目前發展到點對點自動導航駕駛階段。主流傳感器方案為：激光雷達x1~3+毫米波雷達x5~8+ADS攝像頭x7~10。
泊車自動駕駛發展大致可分四個階段：倒車輔助、自動泊車、記憶泊車和代客泊車。
-倒車輔助：通過倒車雷達和全景影像，實現倒車時碰撞預警和提供車輛四周環境影像輔助倒車。倒車雷達，一般車前、車后各安裝4顆超聲波雷達；全景影像，一般在車輛四周共安裝4顆魚眼攝像頭。
-自動泊車：在倒車雷達基礎上，車側兩邊各增加2個長距超聲波泊車雷達識別車位，達到共12顆超聲波雷達，實現自動泊車。進一步，可與全景攝像頭融合，實現對線性車位感知，增強實現自動泊車場景。也可與鑰匙、手機APP結合，實現在駕駛員監控下的遙控泊車功能。
-記憶泊車：實現100m內尋跡泊車。不需要額外加裝傳感器，但泊車系統需要融合前視行車攝像頭數據，通過VSLAM構建地圖。進一步，可跟后視行車攝像頭數據融合，實現尋跡倒車功能。
-代客泊車：實現1km內自動泊車。需要增加高精地圖和慣性導航定點，同時跟停車場系統結合，實現停車場內無人自動駕駛泊車。
自動泊車，目前發展到記憶泊車/代客泊車階段，各廠家傳感器方案都是采用超聲波雷達x12+環視攝像頭x4方案，同時，需要與行車傳感器融合。
根據布置位置，車載攝像頭可分為：前置攝像頭（含ADS攝像頭、行車記錄儀、夜視、環視前置攝像頭等）、側置攝像頭、后置攝像頭和內置攝像頭。
對于高階自動駕駛，ADS攝像頭一般為7～10顆。側視和后視通常共5顆，差異主要在前視攝像頭。
前視攝像頭一般采用長焦+廣角兩攝像頭方案。有的為了識別深度，采用雙目立體攝像頭方案，但對標定、算法要求比較高。華為在極狐上采用的是長焦+廣角+雙目共4顆攝像頭方案。
另外，前視攝像頭一般集成圖像采集和視覺處理，直接輸出目標物。隨著目前計算集中化，攝像頭有向“只采集不計算”方向發展趨勢：把計算部分放到域控制器中。如特斯拉前視攝像頭，未配置SoC、MCU等計算模塊。
毫米波雷達最大優勢是對車輛速度的識別，一般是車輛前視區域A必備傳感器。安裝在車輛前后4角位置的毫米波角雷達，用于拓展多車道駕駛輔助功能。部分車型在高級自動駕駛上毫米波雷達應用已拓展到后視區域D和側視區域C，如長城摩卡傳感器，毫米波雷達搭載數量已達到8顆。
技術發展上，4D成像雷達具有：可實現“高度”探測、分辨率更高、可實現對靜態障礙物分類等優勢，主要集中在前視區域應用，達到類似低線數激光雷達效果。目前上汽R品牌-ES33已搭載了2顆采埃孚的4D毫米波雷達，安裝在車輛前保險杠，探測距離超過300米。
另外，毫米波手勢雷達、生命體征監測雷達也值得關注。目前車內監測主要以攝像頭為主，但是攝像頭會涉及到個人隱私問題，毫米波雷達則能夠減少這個顧慮。森思泰克已開發出STA60-1手勢雷達和STA79-4生命體征監測雷達。其中，STA79-4生命體征監測雷達，已在廣汽蔚來合創007上搭載應用。
森思泰克 STA79-4生命體征監測雷達（來源網絡）
激光雷達應用，主要受制于成本。隨著MEMS、純固態技術的成熟，激光雷達價格有望發生大幅下降，而激光雷達價格下降促進激光雷達出貨量提升將進一步為激光雷達帶來規模效應促進其成本下降。
對于激光雷達三大核心零部件-激光發射器、激光探測器、掃描部件：
-短期受限于成本以及有限的智能駕駛場景，普遍采用905nm激光發射器+Si激光探測器+轉鏡/MEMS掃描方案；
-長期來看性能更加優異且可適應更多智能駕駛場景需求的1550nm激光發射器+InGaAs激光探測器+純固態及FMCW掃描方案。
-目前國內車型搭載的激光雷達，掃描方式基本都采用轉鏡方案，激光發射器采用905nm和1550nm都有。
對國內主流高階自動駕駛車型傳感器方案進行了梳理如下圖：
-華為方案堪稱豪華，不過售價也挺“豪華”，不知用戶會不會買單；
-小鵬的智能化一直被津津樂道。這次P5搭載2顆激光雷達，售價如果真能控制在20萬內那就香了；
-首次搭載4D毫米波成像雷達的上汽R汽車ES33，不知會不會引領潮流，這可能得跟激光雷達降本趨勢博弈。
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