环境感知传感器在汽车安全技术的演进中确实起到了关键的作用,它们被视为车辆的眼睛,不断地对车辆周围的环境进行探测和识别。随着汽车安全技术从被动安全向主动安全的发展,这些传感器的作用愈发重要。
在智能驾驶系统中,环境感知传感器主要包括激光雷达、车载摄像头、毫米波雷达、超声波雷达等。这些传感器各有其特点和优势,能够满足不同场景下的需求,并在某些受限场景下形成互补。
一、车载摄像头
车载摄像头,作为车辆环境感知的重要工具,主要通过感光成像方式为ADAS(高级驾驶辅助系统)提供关键的视频信号输入。根据其功能和应用位置,车载摄像头通常分为单目、双目、广角等类型,安装在汽车的前视、环视、后视、侧视、内置等位置。
摄像头内部主要由镜头组、图像传感器(CMOS)和数字图像信号处理(DSP)组成。其中,图像传感器是车载摄像头的核心技术,直接影响光线感知和图像质量。CMOS图像传感器(CIS)是摄像头模组的核心元器件,它由微透镜、彩色滤光片(CF)、光电二极管(PD)和像素设计 组成,负责将光学信号转换为电学信号。
二、超声波雷达
超声波雷达,常用于泊车辅助预警和汽车盲区碰撞预警,是自动泊车系统的主流传感器。其工作原理基于超声波的发射与接收,通过测量超声波的折返时间来测算距离。车用超声波雷达的探头工作频率有40kHz、48kHz和58kHz三种,其中40kHz探头因其较高的灵敏度和适中的探测角度而广泛应用。
根据安装位置的不同,超声波雷达可分为UPA(超声波驻车辅助)和APA(自动泊车辅助)两种类型。UPA安装在保险杠处,用于探测汽车前后障碍;APA则安装在车身侧面,以探测侧方停车空间。UPA的探测距离在15~250cm之间,而APA的探测距离可达30~500cm,为自动泊车系统提供了更广阔的探测范围。
三、毫米波雷达
毫米波雷达,作为ADAS(高级驾驶辅助系统)的关键组件,是汽车实现智能驾驶的重要装备。它使用30GHz-300GHz的毫米波对目标进行照射并接收回波,通过信号处理提取目标与发射点的距离、方位、速度等信息。车载毫米波雷达多采用FMCW(调频连续波)技术,其中24GHz和77GHz两种频率尤为常见。
FMCW(调频连续波):这是车载毫米波雷达的常用技术,被德尔福、电装、博世等Tier1供应商广泛采用。它通过测量回波时间等参数,可以同时测量多个障碍物的大小、速度、距离,为汽车提供周围的物理环境信息。
24GHz毫米波雷达:主要用于中短距探测,适用于盲点检测、车道偏离预警、车道保持辅助、变道辅助、停车辅助等功能。
77GHz毫米波雷达:面向100-250米的中长距探测,常见于自适应巡航、碰撞预警指示、紧急刹车制动等应用。
四、激光雷达
激光雷达,以其高精度和强穿透性,在智能驾驶领域也发挥着重要作用。它通过发射激光束并接收目标反射的信号,来探测目标的位置、速度等特征量。
工作原理:激光雷达向目标发射激光脉冲,接收反射回来的信号,并与发射信号进行比较,经过处理后获得目标的距离、方位、高度、速度等参数。
系统组成:包括激光发射系统、激光接收系统、信息处理系统和扫描系统。激光发射系统负责发射激光,接收系统负责接收反射信号,信息处理系统则对信号进行处理并获取目标信息,而扫描系统则实现平面扫描,生成实时平面图。
激光雷达产品主要从显性参数、实测性能表现及隐性指标等方面进行评估。显性参数主要包括测远能力、点频等,但由于激光雷达属于市场新兴产品,实测性能和隐形指标目前缺乏量化和可靠公开数据指引。
车载摄像头、超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达作为汽车环境感知的关键传感器,各自在视觉和距离感知方面发挥着重要作用。它们的结合应用为驾驶员提供了更为全面、准确的环境信息,极大地提升了驾驶的安全性和便捷性。