如何为自动驾驶汽车选择合适的传感器

当世界上第一辆“汽车”在1885年问世时，认为汽车有一天会自动驾驶的想法是可笑的。今天，辅助和自动驾驶汽车是一个数字传感器可以超越人类感知运动、距离和速度的能力的时代的现实。

当一起使用时，传感器技术包括摄像头、激光雷达、雷达和超声波，让车辆完全了解世界，在很少或根本没有人为干预的情况下安全行驶。

但作为工程师和设计师，确定这些传感器的正确组合以满足最终用户的需求——包括安全性、功能性能和价格——需要仔细考虑每种传感器类型的角色、功能和局限性。

传感器在车辆中的应用示例包括:

• 自动紧急制动
• 盲点警告
• 车道偏离警告
• 莱恩定心
• 自适应巡航控制
• 堵车了，司机
• 无人驾驶出租车和快递

自主传感器的四种类型是什么?

1.相机

高分辨率数码相机可以帮助车辆“看到”周围的环境，并解读周围的世界。当在车辆周围安装多个摄像头时，360°视角允许车辆检测其附近的物体，如其他车辆，行人，道路标记和交通标志。

摄像头是理想的情况，如机动和停车，车道偏离，并识别司机分心。

2.激光雷达

激光雷达代表“光探测和测距”，是一种利用光脉冲扫描环境并产生三维副本的远程传感器技术。它的原理与声纳相同，只不过激光雷达使用的是光而不是声波。在自动驾驶汽车中，激光雷达实时扫描周围环境，使汽车避免碰撞。

激光雷达的组成:

• 发射器:向周围环境发射脉冲光波，并通过扫描来测量光从物体反射回来所需的时间，从而判断距离和深度
• 接收机:通过捕捉反射光波来了解物体的形状、大小、速度和距离
• 信号处理:编译和解释数据

激光雷达在深度感知和确定物体存在方面非常准确。它可以在远距离和恶劣的环境条件下看到东西，比如夜间或雨和雾。因为它可以识别并分类它所看到的东西，它可以分辨出物体之间的区别，比如松鼠和石头，并据此预测行为。

3.雷达

雷达代表“无线电探测和测距”。这种传感器以电磁波的形式发射短脉冲来探测环境中的物体。一旦电磁波击中物体，就会被反射回传感器。在自动驾驶汽车中，雷达用于识别其他车辆和大型障碍物。

雷达组成:

• 发射机:向指定的方向发送无线电信号
• 接收机:捕捉物体反射的无线电波
• 接口:将无线电数据转换为驾驶员友好的信息

由于不依赖于光，雷达在任何天气条件下都表现良好，最常用于实现巡航控制和防撞系统。

4.超声波

雷达使用无线电波，激光雷达使用光脉冲，超声波传感器通过发送短的超声波脉冲来评估环境中的物体，这些脉冲被反射回传感器。它们非常具有成本效益，在探测固体危险方面表现出色，通常用于汽车保险杠上，在停车时提醒驾驶员注意障碍物。为了在辅助驾驶应用中取得最佳效果，超声波传感器通常与摄像头结合使用。

有趣的事实:许多最好的超声波传感器都是在自然界中发现的。蝙蝠、海豚和独角鲸都使用超声波来识别物体(回声定位)。

单个传感器如何比较

如何选择合适的传感器组合

虽然每个传感器都有自己的优势，但传感器信息的相互作用使辅助驾驶成为可能。随着车辆走向完全独立，选择正确的传感器组合对于实现自动驾驶所需的安全标准变得更加关键。

为了实现最高水平的安全性和性能，摄像头、雷达、激光雷达和超声波之间的传感器融合将最大限度地发挥每种传感器的优势，同时弥补其他传感器的弱点。例如，激光雷达单独提供的车道跟踪结果很差，但激光雷达和摄像头的组合在这个功能上非常有效。

正确的组合取决于几个因素:

• 传感器的期望功能是什么?例如:紧急制动、防撞、停车辅助
• 这个功能的要求是什么?例如:需要探测100m的车辆
• 函数可能遇到哪些边缘情况?例如:恶劣的天气条件，如大雾
• 所需的功能是驱动程序支持还是自动化？
• 什么传感器组提供最实惠的成本?
• 所需的传感器数量将如何影响整体设计?

测试传感器组合与仿真

为了确保原型车能够在现实世界中使用，传感器必须设计成具有各种各样的测试用例。

通过为摄像头、激光雷达、雷达和超声波传感器提供真实的基于物理的实时传感器响应，Ansys仿真平台为工程师提供了验证其自动驾驶系统设计安全性所需的所有信息万博

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