“無人駕駛汽車的研究越來越多，環(huán)境感知傳感器的分布位置也不同，這些傳感器應該遵循什么樣的布置原則？

傳感器介紹

智能駕駛汽車的環(huán)境感知傳感器主要包括超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達、單/雙/三目攝像頭、環(huán)視攝像頭和夜視儀。目前正在研發(fā)的典型智能駕駛車輛傳感器配置如表1所示。

表1 智能駕駛汽車傳感器配置

不同傳感器的感應范圍各有優(yōu)缺點（見圖1）。當前的發(fā)展趨勢是利用傳感器信息融合技術(shù)來彌補單個傳感器的缺陷，提高整個智能駕駛系統(tǒng)的安全性和可靠性。

圖1 環(huán)境感知傳感器感應范圍示意圖

配備自動駕駛系統(tǒng)的全新奧迪 A8 的傳感器包括：

12 個超聲波傳感器，前后和側(cè)面車外溫度傳感器在哪里，4 個廣角 360 度攝像頭，前后和側(cè)后視鏡，1 個前向攝像頭，位于車內(nèi)后視鏡后面，4 個中程雷達，位于車輛的四個角落, 1 個遠程雷達，位于前方，1 個紅外夜視攝像頭，位于前方，1 個激光掃描儀 Laser，位于前方。

傳感器的排列規(guī)則

無人車傳感器的布置需要考慮覆蓋范圍和冗余度。

覆蓋范圍：需要對車身進行360度覆蓋。根據(jù)重要程度，前方探測距離應較長（100m），后方探測距離略短（80m），左右兩側(cè)探測距離最短（20m）。為了保證安全，每個區(qū)域都需要兩個或多個傳感器覆蓋，相互驗證，如下圖[1]所示：

圖 2：典型的全覆蓋、多冗余傳感器配置示意圖。Host是無人駕駛車輛實體，ESR和RSDS是毫米波，UTM、LUX和HDL是激光和工業(yè)相機。從圖中也可以看出，每個方向都有多個傳感器配置。為簡潔起見，圖中只顯示了前面的那一個。事實上，很多都是前后左右排列的，這使得系統(tǒng)更加冗余。專門安裝在車上，長這樣：

圖3：傳感器在無人駕駛車輛上的實際安裝。

大多數(shù)傳感器都是隱藏安裝（在汽車的前部和后部），唯一的例外是，3D 激光安裝在車頂上。前后檢測距離的區(qū)別主要是考慮一些特殊場景下的安全問題。例如，車輛剛離開高速公路服務區(qū)，準備自動變道：初始車速V1=60km/h；換道過程大約需要 t = 3 s；車與車時間距離τ≥2 s（注1）車速V2=120km/h左后方；為保證換道安全，本車與左后車的初始安全距離至少為（V2－V1）×（t+τ）=（120km/h－60km/h）×（3s+2s） ≈ 83m 注1：目前沒有自動變道的相關(guān)法律要求，參考GB/-2006“

在自動換道場景的計算中，為了保證安全，選取τ=2 s進行計算。一般后向24GHz毫米波雷達的探測距離約為60m。如果車后安裝24GZ毫米波雷達，60~83m是危險距離。如果前后車的距離在這個范圍內(nèi)，開始變道時系統(tǒng)會誤判變道情況。在自動換道過程中車外溫度傳感器在哪里，由于左后車高速接近，安全距離不足，車輛中途終止換道，返回自己的車道繼續(xù)行駛。這種情況會干擾其他車輛的正常行駛，存在安全隱患，

圖 4：自動變道場景 為解決智能駕駛車輛在這種極端場景下自動變道的安全問題，可以考慮增加一個 77GHz 的后向毫米波雷達，其探測距離可以達到 150m 以上，完全可以滿足這種場景需要83m的檢測距離。當然，可以使用探測距離超過100m的8線LiDAR或攝像頭（如Tesla機型）來解決24GHz毫米波雷達探測距離不足的問題?？刂扑惴ㄟ€可以將車輛設(shè)置為加速到一定速度以允許自動檢測。變道。前車的安全距離至少要100米，這也保證了車輛有足夠的剎車時間。

冗余：沒有人愿意將自己的生命奉獻給傳感器，以防它突然失效？所謂冗余也可以分為硬件冗余或軟件冗余。如圖1所示，前方障礙物由4類傳感器覆蓋，最大程度保證前方障礙物檢測不會漏檢或誤報。這是硬件冗余。另一個例子是車道線檢測。在這個階段，大量的車道線檢測是基于視覺的（這里不討論基于激光的傳感器），它們的冗余遵循三分之二，或者少數(shù)服從多數(shù)選擇。通過多分支算法保證識別的正確性。用于算法設(shè)計，下圖是CMU'的障礙物檢測/跟蹤框架

圖 5：CMU 的障礙物檢測和跟蹤框架。主要分為兩層。Layer 負責收集每個傳感器的測量值，并將其抽象為通用的障礙物特征表示；Layer 接收障礙物特征表示并輸出最終的障礙物結(jié)果（位置、速度、類別等）。

當然，除了保證覆蓋和冗余之外，在實際安裝中，還必須滿足各個傳感器和車輛的安裝條件。例如，將激光雷達放置在高處會增加掃描區(qū)域。在智能駕駛汽車的傳感器中，以毫米波雷達的布置為例，介紹了需要考慮的因素很多。

毫米波雷達布局

毫米波雷達的位置

(1)前向毫米波雷達前向毫米波雷達一般布置在車輛的中軸線上，外露或隱藏在保險杠內(nèi)。要求雷達波束的中心平面與路面基本平行。在考慮雷達系統(tǒng)誤差、結(jié)構(gòu)安裝誤差、車輛載荷變化等因素后，需要保證與路面角度的最大偏差不超過5°。另外，在一些特殊情況下，前向毫米波雷達不能布置在車輛中軸線上時，Y正方向最大允許偏移距離為300mm。如果偏移距離過大，會影響雷達的有效探測范圍。

(2)橫向毫米波雷達橫向毫米波雷達對稱布置在車輛的四個角落。前橫向毫米波雷達與車輛行駛方向成45°角，后側(cè)毫米波雷達與車輛行駛方向成30°角。夾角，雷達波束中心平面與路面基本平行，最大角度偏差仍需控制在5°以內(nèi)。

圖6：毫米波雷達的位置（3）毫米波雷達的布置高度毫米波雷達Z方向的探測角度一般只有±5°。雷達安裝高度過高會增加下盲區(qū)，過低會導致雷達射束。對地面，地面反射帶來雜波干擾，影響雷達的判斷。因此，毫米波雷達的布置高度（即地面到雷達模塊中心的距離）一般建議在500mm（滿載狀態(tài)）到800mm（空載狀態(tài)）之間（見圖 6）。

04表面覆蓋材料

在大多數(shù)情況下，毫米波雷達是隱蔽布置的，使用一些不合適的表面覆蓋材料會屏蔽毫米波或造成波束畸變和駐波劣化，從而使雷達失效或降低其靈敏度。因此，選擇的覆蓋材料有以下要求。

(1)優(yōu)選PC、PP、ABS、TPO等電解質(zhì)電導率低的材料。金屬和碳纖維不能夾在這些材料中。如果材料表面有低密度金屬涂層（如車漆），雖然對雷達性能影響不大，但必須經(jīng)過測試才能使用。

（2）罩面必須光滑、厚度均勻，材料厚度不發(fā)生突變或結(jié)構(gòu)復雜，厚度最好為雷達半波長的整數(shù)倍，以減少雷達波的失真和衰減. 另外，覆蓋物與雷達表面的距離不宜過大，否則雷達很容易將覆蓋物誤判為障礙物。在實際布局中，雷達與掩體之間的距離一般控制在50-150毫米。如果在建模設(shè)計階段將毫米波雷達數(shù)據(jù)輸入設(shè)計者，經(jīng)過建模優(yōu)化后，最小距離可以控制在15mm。關(guān)于。

毫米波雷達布局的其他參考因素

圖7：毫米波雷達布局示例 除上述毫米波雷達本身的要求外，布置時還需要考慮其他因素，例如：雷達區(qū)域外的造型美觀、對行人保護的影響，以及設(shè)計安裝結(jié)構(gòu)的可行性、雷達調(diào)試的便利性、售后維護成本等問題[5]。

以下是一些示例（參見圖 7）。智能駕駛汽車只能在某些場景下實現(xiàn)自動駕駛。為了適應更多的場景，一方面可以配置性能更好或更多的環(huán)境感知傳感器；應優(yōu)化傳感器的布局，充分發(fā)揮傳感器的性能。