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传感器在自动驾驶车辆中应用的关键注意事项

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对于辅助驾驶系统(ADAS)和自动驾驶汽车(AV),可能永远不会有一种单一、最有效的方法来实现传感技术。这个神奇的数字可能是六个,因为每个汽车制造商都会以六个基本考虑因素来决定如何以自己的方式实现,这将导致每个人创建自己的独特方法来将传感器集成到未来的车辆中。在AutoSens Brussels 2020在线会议的闭幕式上,一个专家小组讨论了正确的传感器组合以及如何确保设计不会损害安全性,反之亦然。

与会者包括汽车嵌入式供应商法雷奥(Valeo)的视觉系统和高级驾驶员辅助系统高级专家Patrick Denny。沃尔沃汽车公司技术主管Paul-Henri Matha; Sense Media Group董事总经理Robert Stead; 此外,EE Times Europe还与YoleDéveloppement(法国里昂)的技术和市场分析师Pierrick Boulay取得了联系,以了解Yole对在汽车系统中采用和使用各种传感器类型的见解。


正确的数字

越来越多的传感器被部署在整车中,以主动解决安全问题。今天,我们的汽车中到底有多少个传感器?要进一步提高自主性,还需要多少个传感器? Yole的Boulay告诉EE Times:“如果考虑到ADAS的传感器-超声波、雷达、用于感应的摄像头、用于观察的摄像头和LiDAR,我们估计车辆具有10至20个传感器,具体取决于车辆的类型,” 。

自然,高端汽车比低端汽车或性能和功能范围中等的汽车嵌入更多的传感器。

传感器将是解决高度自动化水平的关键,并且传感器的数量和类型预计将增加。“我们预计将为这些自动化级别安装35至40个传感器,” Boulay说。 “传感器将更加具体,因为我们将看到用于短、中和远程应用的传感器。一个传感器将无法覆盖所有应用。每个应用或用例在传感器方面都有其规格和要求。”

越来越多的传感器只是冰山一角。传感器会生成大量数据,而系统则受到处理能力的严重限制。Boulay说,向前发展,拥有足够的计算能力来处理这些传感器生成的所有数据将是一项关键功能。他说:“虽然使用Intel-Mobileye芯片的典型ADAS系统在0.25 TOPS(高端笔记本电脑性能的10倍)和2.5 TOPS(对于新型EyeQ4芯片)之间实现了飞跃,但机器人汽车已经超过250 TOPS。”最终,“车辆的E / E [电气/电子]架构将需要从分布式架构变为具有域控制器的集中式架构,以便能够管理来自传感器的原始数据的融合。”

那么传感器越多,越好? Boulay说:“有些人可能会这样想,但是出于成本或集成方面的原因,汽车中的传感器数量不会无限增加。”他预计自动化传感器的数量将在某个时候达到平稳。 “主要区别在于软件级别和企业有效处理大量数据的能力。特斯拉等一些OEM仍未使用LiDAR,而是押注传感器和AI计算的结合以实现高自动化水平。”

客观地说,“某些OEM的传感器将比其他OEM的传感器更好,而区别在于软件和计算级别,”他补充说。


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优化组合

车辆可能在晴朗的天气下行驶,也可能在暴雨中行驶。传感器需要始终可用以测量和监视变量。一种提高可用性的有效方法是部署冗余传感器以补偿可能的故障。法雷奥集团的丹尼在小组会议上说:“观察环境必须有不止一种方法。” “当您完全处于黑暗中或天气恶劣时,您需要多种方式和功能来共同工作。”

传感器在人类视觉处于不利地位的情况下提供帮助,并且传感器的多样性使汽车在所有天气和光照条件下均可靠。 Boulay说:“白天摄像机很好,而在夜晚或有雾或下雨时,其他传感器将不会像摄像机那样'盲目',它仍然可以工作,只不过处于降级模式。”


确保正确的位置

就像人类的感觉一样,传感器必须在战略上定位,以连续反馈汽车周围的信息。但是传感器的放置位置存在技术限制。例如,前照灯中的冷凝水可能会阻止激光雷达工作。在下雪或寒冷的天气中,霜冻可能导致传感器故障。红外传感器无法穿透玻璃,也不能放在挡风玻璃后面。丹尼说,类似地,在超声波传感器上涂漆可能会改变其声学特性。

沃尔沃的Matha说,传感器的功耗也是一个关键的挑战。 “每个传感器消耗的功率在1到10 W之间。如果添加所有具有ADAS功能的传感器,则可以达到100或200 W,以及最多4 g的二氧化碳。我们必须降低功耗。例如,某些情况下让部分传感器处于低功耗状态。”

热管理是要考虑的另一个限制。 Matha说,挡风玻璃后面的温度可能达到90°C,并且可能没有合适的传感器。 “例如,如果将它们放在另一个区域中,例如前照灯,我们会有一些冷却系统,但这是复杂且昂贵的。”

专家们说,模拟和驾驶测试可以帮助确定传感器的最佳位置。

Yole的Boulay说,最重要的是,“传感器的位置与OEM定位的用例密切相关。从我们目前在将LiDAR用于高速公路自动驾驶的车辆上所看到的来看,LiDAR处于中央位置,几乎与ADAS摄像头和远程雷达对准。对于其他用例,例如停车或城市驾驶,这些LiDAR单元的位置将有所不同,并且预计将位于车辆的侧面或拐角处。”


美学整合

Matha说,沃尔沃汽车目前集成了20种类型的传感器。其中许多是完全隐藏的。例如,在沃尔沃XC90上,前部停车摄像头位于格栅中,而侧面摄像头位于每个门镜中,而后部摄像头则位于牌照上方。 Matha说:“我们可以集成传感器并使它们看起来更漂亮。”

但是我们是否必须隐藏传感器?它们不能成为功能吗?

对于Astheimer来说,如果汽车是智能产品,它应该看起来像,“一切都不应该被隐藏起来。”传感器足够小,可以完全集成,现在几乎不被注意到。但是,随着我们接近完全自主,在汽车自行驾驶的情况下,某些传感器“将需要变得非常突出。” 360°LiDAR将需要完全可见,并且其位置将不容妥协。

更重要的是,Astheimer强调设计人员和工程师需要共同努力,以使传感器适合车辆的身份。由Warwick Manufacturing Group(WMG),Warwick大学和Astheimer共同开发的电动送货车原型Deliver-E,将摄像头集成在车侧面,并将LiDAR突出地放在了车后。

当被问及在外部吊舱中集中传感器的相关性时,Boulay引用了Magneti Marelli的Smart Corner,该产品可以容纳LiDAR、雷达、摄像机和超声波等传感器,以及基于LED的照明功能,如自适应光束和数字光处理。他说:“原始设备制造商在制造过程中集成这些吊舱可能会更容易,但是在发生事故的情况下,为保险或消费者修理或更换这些吊舱的成本将非常高。” “必须在集成、可修复性和成本之间找到平衡。”


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减少认知负担

人机界面(HMI)不仅连接了驾驶员和汽车,而且将驾驶员与外界联系起来。风险在于驾驶员会分散所有功能的注意力,而错过重要的驾驶信息。

通过参与Volta Trucks的零电动货车的设计,Astheimer意识到了提高驾驶员警觉性的重要性。他说:“在伦敦,尽管重型旅行车辆仅占总交通量的不到4%,但它们却造成了50%以上的弱势道路使用者死亡,即行人和骑自行车的人死亡。”其主要原因有两个:缺乏直接可见性和认知超负荷。

“认知是一个大问题,” Astheimer说。 “我们需要确保ECU [电子控制单元]和CAN [控制器局域网]系统能够以最清晰、最简化的方式读取正确的信号并显示信息,无论是触觉、音频还是视觉。”


使安全变酷

在先前的AutoSens大会上,Stead引用了专家组的评论,询问专家们“让安全变酷”是否是销售联网汽车的关键。

“我们以安全开展业务,”马莎说。 “我们的客户需要安全,而我们只能使用传感器来确保安全。因此,我们需要用传感器制造出漂亮的汽车。”

还有另一个方面要考虑。 使用者需要了解自己汽车的智能水平,以保持对道路使用者及其周围环境的警觉性。 Astheimer说:“通过使产品越来越安全,您使驾驶员远离了正在做的事情。” “在车辆上增加自主性的过程中,您可以通过简单的事情来帮助驾驶员,但是您却在使困难的事情变得更加困难。随着车辆越来越多,驾驶员容易分心。”

Astheimer说,至关重要的是,传感器以及传感器的反馈信息能够帮助驾驶员保持对正在发生的事情的认识,而不是仅仅从外界吸引他。



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