【TWINHOW科技觀察】：汽車傳感器有很多，可分為環(huán)境監(jiān)測、車身感知兩大類：環(huán)境監(jiān)測傳感器用于探測和感知周圍環(huán)境，是實現(xiàn)自動駕駛所必需的傳感器；車身感知傳感器用于獲取車身信息，如胎壓、油壓、車速等，是維持汽車正常、穩(wěn)定、安全行駛所必備的基礎(chǔ)傳感器。

自動駕駛是汽車行業(yè)新一輪的技術(shù)革命，推動著傳統(tǒng)汽車行業(yè)快速轉(zhuǎn)型升級，是未來汽車的發(fā)展趨勢。在實際路測時，面對復(fù)雜的行車環(huán)境，快速、準(zhǔn)確的獲取車輛所處環(huán)境信息和車輛狀態(tài)信息對安全駕駛至關(guān)重要。這篇文章將從紅外熱成像傳感器、攝像頭、超聲波雷達(dá)，毫米波雷達(dá)，激光雷達(dá)，高精度定位系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、原理、優(yōu)缺點、在自動駕駛中的應(yīng)用等方面進(jìn)行探討。

 

 

一文看懂自動駕駛的傳感器 |哪種傳感器方案會最終勝出？

 

自動駕駛技術(shù)成為其發(fā)展新變量，自2014年以來，中國汽車產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入中低速增長的發(fā)展階段。2017年中國汽車產(chǎn)量達(dá)到2, 901. 81萬輛，成為近十年來的階段性頂峰，自此以后連續(xù)三年下降，意味若中國汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入存量博弈時代。在這一關(guān)鍵競爭節(jié)點，汽車領(lǐng)域的變革也隨之而來。

<數(shù)據(jù)圖|圖源于網(wǎng)絡(luò)>

繼汽車產(chǎn)業(yè)電動化之后，上一篇文章我們探討了傳感器電池管理《油價N連漲？還好我用電！那知道什么傳感器在守護(hù)著電池系統(tǒng)嗎？》，智能化成為又一個歷史性機(jī)遇，軟件定義汽車的趨勢更加明確，自動駕駛能夠?qū)Ⅰ{駛員從繁瑣的駕駛操作中解放出來，滿足上述趨勢變化需求，成為汽車智能化的核心環(huán)節(jié)。于是，自動駕駛技術(shù)成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展新變量。

自動駕駛是汽車行業(yè)新一輪的技術(shù)革命，推動著傳統(tǒng)汽車行業(yè)快速轉(zhuǎn)型升級，是未來汽車的發(fā)展趨勢。在實際路測時，面對復(fù)雜的行車環(huán)境，快速、準(zhǔn)確的獲取車輛所處環(huán)境信息和車輛狀態(tài)信息對安全駕駛至關(guān)重要。這篇文章將從紅外熱成像傳感器、攝像頭、超聲波雷達(dá)，毫米波雷達(dá)，激光雷達(dá)，高精度定位系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、原理、優(yōu)缺點、在自動駕駛中的應(yīng)用等方面進(jìn)行探討。

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感知系統(tǒng)現(xiàn)狀

 

 

 

 

 

主流傳感器分析

 

超聲波雷達(dá)價格低，單個超聲波雷達(dá)售價大約為數(shù)十元，超聲波雷達(dá)測算 0.2 ～ 5m 范圍內(nèi)障礙物精度可達(dá) 1 ～ 3cm。

<實物圖|圖源于網(wǎng)絡(luò)>

按工作頻率分類，超聲波雷帶可以分為 40kHz、48kHz 和 58kHz三種，頻率越高，靈敏度越高，探測角度越?。话礃?gòu)造分類，超聲波雷達(dá)可以分為等方性與異方性，二者的區(qū)別在于水平探測角度與垂直探測角度是否相同；按技術(shù)方案分類，超聲波雷達(dá)可以分為模擬式、四線式數(shù)位、二線式數(shù)位、三線式主動數(shù)位，它們的信號抗干擾能力依次提升，技術(shù)難度與價格總體遞進(jìn)。

<示意圖|圖源于網(wǎng)絡(luò)>

受物理特性限制，車載超聲波雷達(dá)的探測范圍局限在數(shù)米內(nèi)，也無法精準(zhǔn)描述障礙物位置；此外，處于相同頻段的多個雷達(dá)，為避免回波“打架”大多采取時分復(fù)用，信息采集速度被拖慢；其探測精度易受到車速、振動、溫濕度等影響，在抗干擾、標(biāo)定等方面充滿挑戰(zhàn)。

攝像頭

 

 

 

紅外熱成像通過能夠透過紅外輻射的紅外光學(xué)系統(tǒng)將視場內(nèi)景物的紅外輻射聚焦到能夠?qū)⒓t外輻射能轉(zhuǎn)換為便于測量的紅外探測器上，紅外探測器再將強(qiáng)弱不等的輻射信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，然后經(jīng)過放大和視頻處理，形成可供人眼觀察的視頻圖像，最終通過終端顯示、音響設(shè)備報警的夜間輔助駕駛產(chǎn)品。與激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)這幾種傳感器相比，紅外熱成像傳感技術(shù)捕捉到的圖像分辨率要更高。由于行人、動物等都會散發(fā)熱量，所以熱成像傳感技術(shù)可以輕易分辨出他們，且不受晝夜、強(qiáng)光、陰影、霧霾等復(fù)雜環(huán)境條件的影響。

<示意圖|圖源于網(wǎng)絡(luò)>

紅外熱成像只考慮觀測主體與環(huán)境之間溫度差，而不受可見光情況影響。是可見度低（如夜間、霧、霾、反光、眩光等）視線受阻的情況下駕駛安全問題的重要技術(shù)手段，任何具有一定溫度的物質(zhì)都能輻射紅外線，紅外傳感器通過測量目標(biāo)與背景間的紅外線差，將測量信息處理轉(zhuǎn)化為圖像信息?？捎行У貜浹a(bǔ)攝像頭和雷達(dá)的不足。

毫米波雷達(dá)

 

 

 

激光雷達(dá)是向目標(biāo)發(fā)射激光束 , 然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號與發(fā)射信號進(jìn)行比較 , 作適當(dāng)處理后 , 就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，其探測精度高、探測距離遠(yuǎn)、靈敏度高，抗干擾性強(qiáng)。

<示意圖|圖源于網(wǎng)絡(luò)>

激光雷達(dá)有機(jī)械式和固態(tài)式兩種，機(jī)械式激光雷達(dá)帶有控制激光發(fā)射角度的旋轉(zhuǎn)部件，體積較大，價格昂貴，測量精度相對較高。固態(tài)激光雷達(dá)依靠電子部件控制激光的發(fā)射角度，尺寸較小，可安裝在車體內(nèi)。目前自動駕駛中采用的激光雷達(dá)機(jī)械式激光雷達(dá)為主。但由于機(jī)械式激光雷達(dá)一般置于車頂，一般作為工程測試使用，難以滿足自動駕駛普及提出的大規(guī)模、低成本、車規(guī)級需求。固態(tài)激光雷達(dá)中 MEMS激光雷達(dá)在技術(shù)上更容易實現(xiàn)，同時價格也比較低廉，受到制造廠商的重點關(guān)注。

激光雷達(dá)和其它傳感器的結(jié)合使用是目前自動駕駛的最佳方案，激光雷達(dá)固態(tài)化、小型化、2020 年 12 月 21 日，華為在中國汽車工業(yè)協(xié)會主辦的峰會上首次發(fā)布了 96 線車規(guī)級高性能激光雷達(dá)，并扮演了“價格屠夫”的角色，號稱要生生把成本壓縮到 200 美元，一旦價格降低，相信激光雷達(dá)將成為自動駕駛的首選。

<示意圖|圖源于網(wǎng)絡(luò)>

03

定位的目的是獲取自動駕駛車輛相對于外界環(huán)境的精確位置，是自動駕駛車輛必備的基礎(chǔ)。目前自動駕駛一般采用GPS+ 慣導(dǎo)組合模式。GPS 是目前最廣泛采用的定位方法，GPS 精度越高，GPS 傳感器的價格也越昂貴。但目前商用 GPS 技術(shù)定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，其精度只有米級且容易受到隧道遮擋、信號延遲等因素的干擾。

<定位應(yīng)用示意圖|圖源于網(wǎng)絡(luò)>

慣導(dǎo)是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，通過測量自身運動的方向和加速度，計算運動的速度、角度和位置信息，從而推算自身位置。慣導(dǎo)的具備極高的抗干擾性和隱蔽性，不受氣象條件限制，導(dǎo)航信息更新速率高，短期精度和穩(wěn)定性好，但導(dǎo)航誤差隨時間發(fā)散，定位誤差會隨時間推移而增大，長期積累會導(dǎo)致精度差，慣導(dǎo)需要初始對準(zhǔn)，且對準(zhǔn)復(fù)雜、對準(zhǔn)時間較長，不能給出時間信息，精準(zhǔn)的慣導(dǎo)系統(tǒng)價格昂貴，通常造價在幾十到幾百萬之間。

4  結(jié)  語

 

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汽車傳感器有哪些？

 

 

【太平洋汽車網(wǎng)】汽車傳感器有空氣流量傳感器、ABS傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、水溫傳感器、凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、車速傳感器、爆震傳感器和氧傳感器等。

　　汽車上有很多傳感器，而且汽車也依靠傳感器工作，傳感器檢測到信號，反饋給汽車電腦，經(jīng)過電腦來控制相應(yīng)部件工作。如果傳感器損壞，相應(yīng)的部件就無法正常工作，汽車因此也不能正常使用。

　　汽車傳感器有很多，可分為環(huán)境監(jiān)測、車身感知兩大類：環(huán)境監(jiān)測傳感器用于探測和感知周圍環(huán)境，是實現(xiàn)自動駕駛所必需的傳感器；車身感知傳感器用于獲取車身信息，如胎壓、油壓、車速等，是維持汽車正常、穩(wěn)定、安全行駛所必備的基礎(chǔ)傳感器。

　　主要的傳感器有：空氣流量傳感器、ABS傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、水溫傳感器、凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、車速傳感器、爆震傳感器和氧傳感器等。

下面是部分汽車傳感器原理及應(yīng)用：

空氣流量傳感器空氣流量傳感器測量發(fā)動機(jī)吸入的空氣量，換成電信號提供給ECU作為噴油時間的基準(zhǔn)信號；

ABS傳感器ABS傳感器傳感器一般位于輪胎靠近軸承的位置，在輪轂軸承外面，剎車盤內(nèi)圈，用來監(jiān)控車速，在急剎時，將車輪的轉(zhuǎn)速反饋給剎車系統(tǒng)，由剎車系統(tǒng)來控制車輪有克制的轉(zhuǎn)動，以達(dá)最佳剎車效果；

節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門上，用來檢測節(jié)氣門的開度，通過杠桿機(jī)構(gòu)與節(jié)氣門聯(lián)動，測量節(jié)氣門打開的角度電壓信號，并將信號傳輸給ECU作為噴油量和點火提前角修正的基準(zhǔn)信號；

凸輪軸位置傳感器提供曲軸轉(zhuǎn)角基準(zhǔn)位置信號，作為噴油正時控制和點火正時控制的主控制信號；

曲軸位置傳感器檢測上止點信號、曲軸轉(zhuǎn)角信號和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，提供給ECU作為確定點火正時、噴油正時及工作順序的基準(zhǔn)信號；

車速傳感器檢測汽車的行駛速度，給ECU提供車速信號，用于巡航控制和限速斷油控制，也是自動變速器的主控制信號；

爆震傳感器檢測發(fā)動機(jī)缸體振動情況，以供電子控制器識別發(fā)動機(jī)爆震工況。發(fā)動機(jī)爆震時，發(fā)動機(jī)振動通過傳感器內(nèi)的質(zhì)塊傳遞到晶體上，壓電晶體由于受質(zhì)塊振動產(chǎn)生的壓力，在兩個極面上產(chǎn)生電壓，把振動轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出。

（圖/文/攝：太平洋汽車網(wǎng) 問答叫獸）