ADAS 专家考虑未来车辆中的传感器集成

对于辅助驾驶系统 (ADAS) 和自动驾驶汽车 (AV)，可能永远没有一种、单一、最有效的方式来实施传感技术。神奇的数字可能是 6——正如每个汽车制造商将决定如何以自己的方式实现的六个基本考虑因素一样，这将导致每个制造商创建自己独特的方法来在未来的汽车中集成传感器。在 AutoSens 布鲁塞尔 2020 虚拟会议的闭幕会议上，专家小组讨论了正确的传感器组合以及如何确保设计永远不会损害安全——反之亦然。

小组成员是汽车嵌入式供应商法雷奥的视觉系统和高级驾驶辅助系统高级专家帕特里克·丹尼（Patrick Denny）； Paul-Henri Matha，沃尔沃汽车公司技术负责人； Sense Media Group 董事总经理 Robert Stead；和设计公司 Astheimer Ltd 的总监 Carsten Astheimer。EE Times Europe 还联系了 Yole Développement（法国里昂）的技术和市场分析师 Pierrick Boulay，了解 Yole 对汽车系统中各种传感器类型的采用和使用的见解。

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越来越多的传感器被部署在整个车辆中，以主动解决安全问题。我们今天的汽车中有多少传感器，我们需要多少传感器才能进一步提升自主性？ “如果我们考虑到 ADAS 的传感器——超声波、雷达、传感摄像头、观察摄像头和激光雷达——我们估计一辆车有 10 到 20 个传感器，具体取决于车辆的类型，”Yole 的 Boulay 告诉 EE Times .自然，高端车辆比低端车辆或性能和功能范围中等的车辆嵌入了更多的传感器。

传感器将是解锁高自动化水平的关键，预计传感器的数量和类型将会增加。 Boulay 说：“我们预计这些自动化级别将实施 35 到 40 个传感器。” “传感器将更加具体，因为我们将看到用于短程、中程和远程应用的传感器。一种传感器将无法覆盖所有应用。每个应用程序或用例在传感器方面都有其规格和要求。”

传感器数量的增加只是冰山一角。传感器产生大量数据，而系统受到处理能力的严重限制。 Boulay 说，展望未来，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个关键特征。 “虽然使用英特尔-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]和新 EyeQ4 芯片的 2.5 TOPS 之间实现飞跃，但机器人汽车已经超过了 250 TOPS，”他说。最终，“车辆的 E/E [电气/电子] 架构需要从分布式架构转变为具有域控制器的集中式架构，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吗？ “有些人可能会这么认为，但出于成本或集成的原因，汽车中的传感器数量不会无限增加，”Boulay 说，他预计自动化传感器的数量会在某个时候达到稳定水平。 “主要区别在于软件级别和公司有效处理大量数据的能力。一些原始设备制造商，比如特斯拉，仍然没有使用激光雷达，而是押注于传感器和人工智能计算的结合，以实现高自动化水平。”

客观地说，“一些 OEM 使用较少的传感器会比其他OEM 做得更好，区别在于软件和计算层面，”他补充道。

优化组合

一辆车可能前一刻在蔚蓝的天空下行驶，然后下一场雨。传感器需要始终可用以测量和监控变量。提高可用性的一种有效方法是部署冗余传感器来补偿可能的故障。 “必须有不止一种看待环境的方式，”法雷奥的丹尼在小组会议上说。 “当您处于完全黑暗或恶劣的天气条件时，您需要多种模式和功能协同工作。”

传感器在人类视觉处于劣势的情况下提供帮助，传感器的多样性使汽车在所有天气和光照条件下都可靠。 “相机在白天很好用，”Boulay 说，而在夜间或雾天或雨中，“其他传感器不会‘失明’（如相机），车辆仍然能够移动，即使它是处于降级模式。”

确保正确的展示位置

就像人类的感官一样，传感器必须战略性地定位以持续反馈汽车周围环境的信息。但是传感器的放置位置存在技术限制。例如，前照灯中的冷凝会阻止激光雷达工作。在下雪或寒冷天气下，霜冻会导致传感器故障。红外传感器不能透过玻璃看到，也不能放在挡风玻璃后面。同样，在超声波传感器上涂漆可能会改变其声学特性，Denny 说。

沃尔沃的 Matha 表示，传感器的功耗也是一个关键挑战。 “每个传感器的功耗在 1 到 10 瓦之间。如果您添加所有用于 ADAS 功能的传感器，您可以达到 100 或 200 瓦，以及高达 4 克的二氧化碳。我们必须降低功耗。 [例如]，也许传感器的功能不会一直处于活动状态。”

热管理是另一个需要考虑的限制因素。 Matha 说，挡风玻璃后面的温度可以达到 90°C，并且可能没有合适的传感器。 “如果你把它们放在另一个区域，例如前照灯，我们有一些冷却系统，但它既复杂又昂贵。”

小组成员说，模拟和驾驶测试可以帮助确定传感器的最佳位置。

最重要的是，Yole 的 Boulay 表示，“传感器的位置与 OEM 的目标用例密切相关。从我们目前在高速公路上实现激光雷达自动驾驶的车辆上看到的情况来看，激光雷达处于中心位置，几乎与 ADAS 摄像头和远程雷达对齐。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，预计将位于车辆的侧面或角落。”

美学融合

Matha 说，沃尔沃汽车目前集成了 20 种传感器。其中许多是完全隐藏的。例如，在沃尔沃 XC90 上，前驻车摄像头位于格栅中，而侧摄像头位于每个车门后视镜中，后向摄像头安装在牌照上方。 “我们可以集成传感器，让它们看起来很漂亮，”Matha 说。

沃尔沃 XC90 的前置摄像头（来源：沃尔沃）

但是我们一定需要隐藏传感器吗？它们不能成为一个功能吗？

对于 Astheimer 来说，如果汽车是智能产品，它就应该看起来像它，“一切都不应该被隐藏”。传感器足够小，可以完全集成，现在几乎不引人注意。然而，随着我们接近完全自动驾驶，汽车自动驾驶，一些传感器“将需要非常突出”。 360° LiDAR 需要具有完全可见性，其位置不容妥协。

更重要的是，Astheimer 强调需要设计师和工程师共同努力，使传感器适合车辆的身份。 Deliver-E 是由华威制造集团 (WMG)、华威大学和 Astheimer 共同开发的电动运载车原型，在车辆侧面集成了摄像头，并将激光雷达放置在汽车后部的显眼位置。

当被问及在外部吊舱中集中传感器的相关性时，Boulay 提到了 Magneti Marelli 的 Smart Corner，它可以容纳 LiDAR、雷达、摄像头和超声波等传感器，以及自适应光束和数字光处理等基于 LED 的照明功能。 “原始设备制造商在制造过程中集成这些吊舱可能更容易，但如果发生事故，为保险或消费者修理或更换这些吊舱的成本将非常高，”他说。 “必须在集成、可修复性和成本之间找到平衡。”

减少认知超负荷

人机界面（HMI）不仅连接了驾驶员和汽车，还连接了驾驶员与外界。风险在于驾驶员会被所有功能分散注意力，并错过重要的驾驶信息。

Volta Trucks 的零电动货车（来源：Volta Trucks）

在参与 Volta Trucks 的零电动送货卡车的设计过程中，Astheimer 意识到提高驾驶员警惕性的重要性。 “在伦敦，虽然重型行驶车辆占总交通量的比例不到 4%，但它们对超过 50% 的弱势道路使用者死亡负责，即行人和骑自行车的人，”他说。这主要有两个原因：缺乏直接可见性和认知过载。

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

让安全变酷

Stead 引用了早些时候 AutoSens 会议上的小组评论，询问小组成员“让安全变得很酷”是否是销售联网汽车的关键。

“我们以安全做生意，”马塔说。 “我们的客户需要安全，而我们只能通过传感器来确保安全。所以我们需要用传感器制造漂亮的汽车。”

还有另一个维度需要考虑。用户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。 Astheimer 说：“通过让产品变得越来越安全，你可以让司机远离车辆正在做的事情。” “通过增加车辆的自动驾驶水平，您是在帮助驾驶员处理简单的事情，但您却使困难的事情变得更加困难。随着车辆越来越多，司机不再专心。”

Astheimer 说，传感器及其反馈有助于驾驶员保持对正在发生的事情的了解，“而不仅仅是将他与外界隔绝”，这一点至关重要。

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>> 本文最初发表在我们的姊妹网站 EE Times。