基于自動(dòng)駕駛汽車傳感器技術(shù)產(chǎn)業(yè)分析

袁秀珍

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東省德州市 253034）

1 自動(dòng)駕駛概述

汽車自動(dòng)駕駛又稱無人駕駛、電腦駕駛，這種功能的實(shí)現(xiàn)整合了多種先進(jìn)技術(shù)，全面發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以保障汽車行駛的安全性。其中在當(dāng)前5G 技術(shù)的支撐下，我國(guó)部分汽車企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛這一功能，如比較常見的自動(dòng)泊車、危險(xiǎn)急停等相關(guān)功能。與此同時(shí)，自動(dòng)駕駛的研發(fā)思路主要來源于安全性，自動(dòng)駕駛汽車配備的駕駛員，而且在實(shí)際開展設(shè)備研發(fā)的過程中，能夠全面落實(shí)好每一環(huán)節(jié)工作，促使其能夠安全解除巡航控制，并輕松的接管汽車。再加上在實(shí)際訓(xùn)練的過程中，自動(dòng)駕駛可以避開行駛過程中所面臨的危險(xiǎn)，并且能夠更加高效處理風(fēng)險(xiǎn)，保障汽車自動(dòng)駕駛的安全性。除此之外，自動(dòng)駕駛還秉承能源消耗的理念，有效減少能源的消耗，避免受能源而影響城市的發(fā)展。而針對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)原理來講，其主要包括視頻攝像頭、激光雷達(dá)、雷達(dá)傳感器等多個(gè)硬件，以便于掌握周圍交通狀況，并通過詳細(xì)的地圖對(duì)前方道路進(jìn)行導(dǎo)航，通常多種數(shù)據(jù)的搜集都是運(yùn)用谷歌數(shù)據(jù)中心得以實(shí)現(xiàn)，處理與汽車行駛周圍相關(guān)的信息，提高汽車行駛的效率[1]。

2 自動(dòng)駕駛汽車傳感技術(shù)產(chǎn)業(yè)分析

2.1 激光雷達(dá)

激光雷達(dá)作為激光探測(cè)及測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，其主要是由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)及信號(hào)處理系統(tǒng)所組成，能夠有效發(fā)揮自身的作用，并廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，如圖1 所示。其中激光器、掃描器及光學(xué)組件等是激光雷達(dá)系統(tǒng)的重要組件，而且多種組件的整合能夠提供高分辨率的圖像。激光雷達(dá)的工作原理是飛行時(shí)間法，并根據(jù)激光遇到障礙物進(jìn)行折返，計(jì)算目標(biāo)與自己的距離，而且激光光束可以準(zhǔn)確衡量現(xiàn)場(chǎng)物理情況，并根據(jù)實(shí)際情況繪制3D 環(huán)境地圖，其精確度可以準(zhǔn)確到厘米甚至毫米。

2.1.1 機(jī)械式激光雷達(dá)

在實(shí)際運(yùn)用機(jī)械式激光雷達(dá)的過程中，能夠發(fā)射與接收信息，并且系統(tǒng)自身存在宏觀的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以加快速度，發(fā)射更加準(zhǔn)確的激光，同時(shí)可以在豎直方向上排布多束激光，形成多個(gè)面而達(dá)到動(dòng)態(tài)3D 掃描動(dòng)態(tài)接收信息的目的。再加上機(jī)械式激光雷達(dá)作為自動(dòng)駕駛車輛應(yīng)用最為長(zhǎng)久的產(chǎn)品，其能夠有效發(fā)揮掃描速度快，承受激光功率高的特點(diǎn)，但由于其結(jié)構(gòu)較為笨重，而且體積與重量較大，在實(shí)際安裝的過程中過于復(fù)雜，造價(jià)相對(duì)較高，極其容易受多種因素影響，不具備較高的可靠性，限制自動(dòng)駕駛功能的發(fā)展[2]。

2.1.2 混合固態(tài)激光雷達(dá)

這種激光雷達(dá)運(yùn)行過程中內(nèi)部具備固態(tài)和運(yùn)動(dòng)兩種形式，僅需要光源則能夠通過MEMS 掃描鏡反射激光光纖，并根據(jù)自身的特性協(xié)調(diào)相關(guān)技術(shù)開展工作，從而達(dá)到3D 掃描的目的?；旌瞎虘B(tài)激光雷達(dá)能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)形式雷達(dá)的不足，而且自身體積相對(duì)較小、造價(jià)成本低、具有較高的可靠性，探測(cè)距離符合當(dāng)前自動(dòng)駕駛要求，使得其被廣泛應(yīng)用。

圖1：激光雷達(dá)的主要構(gòu)成要素

2.1.3 全固態(tài)激光雷達(dá)

這種類型激光雷達(dá)內(nèi)部并不存在宏觀與微觀運(yùn)動(dòng)部件，而且市場(chǎng)上主要的全固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品有光學(xué)相控陣激光雷達(dá)及納米天線陣激光雷達(dá)等。全固態(tài)激光雷達(dá)的耐久性與可靠性較高，符合自動(dòng)駕駛對(duì)雷達(dá)的要求，同時(shí)也是未來實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛的重要組成部分。

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下，我國(guó)相關(guān)企業(yè)正在全力研發(fā)全固態(tài)激光雷達(dá)，并取得了一定的突破，促使其能夠廣泛應(yīng)用到國(guó)內(nèi)企業(yè)自動(dòng)駕駛當(dāng)中，保障其綜合水平，提高自動(dòng)駕駛的安全性與穩(wěn)定性。需要注意的是，在實(shí)際開展研究與創(chuàng)新的過程中，還需要適當(dāng)?shù)慕梃b國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家技術(shù)，這樣能夠提高激光雷達(dá)研發(fā)工作效率，盡早實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。除此之外，針對(duì)完全運(yùn)用自主研發(fā)的芯片及半導(dǎo)體工藝企業(yè)來講，其需要注重開展試驗(yàn)測(cè)試，并做好全面分析，掌握激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈的整體發(fā)展水平，優(yōu)化多種硬件設(shè)施的使用，提高其運(yùn)行效果，降低成本消耗，保證全固態(tài)激光雷達(dá)的研發(fā)技術(shù)水平[3]。

2.2 攝像頭

車載攝像頭的安裝主要目的是為了能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警與識(shí)別功能，并更加高效的開展工作，通過攝像頭工作原理對(duì)自稱光學(xué)圖像，并將其投射在CMOS 光電傳感器上，經(jīng)過模數(shù)的轉(zhuǎn)換與優(yōu)化，提供較為準(zhǔn)確的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過DSP 將信號(hào)進(jìn)行高效處理，顯示在車載顯示屏上。而且通過對(duì)采集圖像的處理與優(yōu)化，能夠更加全面掌握汽車周邊環(huán)境信息情況，發(fā)揮其輔助的作用，做好輔助預(yù)警，減少安全事故的出現(xiàn)。攝像頭的應(yīng)用還可以實(shí)現(xiàn)全景泊車的功能，并通過四類監(jiān)控開展工作。

目前我國(guó)針對(duì)車載攝像頭的研發(fā)工作水平正在不斷提高，并且在行車記錄儀的基礎(chǔ)上得到有效創(chuàng)新發(fā)揮，在圖像傳感器及DSP方面依存度相對(duì)較高，突破了模壓玻璃非球面技術(shù)的研發(fā)，還可以保證監(jiān)控設(shè)備的精密性，促使其技術(shù)水平全面提高。而且針對(duì)車載攝像頭的研究工作，還需要注重全面分析，掌握每一環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)工作開展存在的問題，注重優(yōu)化與調(diào)整，掌握自動(dòng)駕駛對(duì)攝像頭所提出的重要性，保障視頻清楚，并為識(shí)別提供幫助[4]。

2.3 毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)在實(shí)際運(yùn)用到自動(dòng)駕駛當(dāng)中時(shí)，其主要是在30-300GHz 毫米的波段探測(cè)雷達(dá)，而且毫米波雷達(dá)的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無線電，可以全面展現(xiàn)自身的優(yōu)勢(shì)，為自動(dòng)駕駛提供幫助。毫米波雷達(dá)的工作原理主要是通過振蕩器產(chǎn)生頻率，并根據(jù)實(shí)際情況逐漸增加與穩(wěn)定信號(hào)，從而能夠計(jì)算頻率差值，掌握自身與障礙物之間的距離，并按照工作狀態(tài)進(jìn)行頻段劃分，提高運(yùn)行效果。而且目前比較常見的毫米波雷達(dá)主要有三種類型，每種類型在實(shí)際運(yùn)用的過程中都能夠發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，并有效解決傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)運(yùn)用存在的不足。首先，短程毫米波雷達(dá)，其主要安裝在自動(dòng)駕駛車輛的后部保險(xiǎn)杠內(nèi)，其安裝的目的主要是為了觀察汽車盲點(diǎn)，或根據(jù)實(shí)際情況輔助車輛變道。其次，中程毫米波雷達(dá)，其安裝的目的主要是為了檢測(cè)前車的速度，主要裝配在汽車前保險(xiǎn)杠內(nèi)，在緊急情況下能夠?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)的效果，發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，提高車輛自動(dòng)駕駛的安全性。最后，長(zhǎng)程毫米波雷達(dá)，其分辨率準(zhǔn)確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前兩種，安裝其作用主要是為了最終確定行駛方向。

根據(jù)實(shí)際調(diào)查可知，目前國(guó)外毫米波雷達(dá)的出貨量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過3700 萬，而且正在不斷創(chuàng)新其應(yīng)用，在不久的將來必然會(huì)得到創(chuàng)新與優(yōu)化，并廣泛的運(yùn)用到汽車自動(dòng)駕駛環(huán)節(jié)。針對(duì)我國(guó)毫米波雷達(dá)的應(yīng)用來講，其技術(shù)水平也在不斷提升，促使產(chǎn)業(yè)加速創(chuàng)新，24GHz 型號(hào)的毫米波雷達(dá)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)毫米波存在的問題，并高效的適用于汽車自定駕駛環(huán)節(jié)[5]。

2.4 超聲波傳感器

超聲波傳感器在實(shí)際運(yùn)行的過程中，需要得到超聲波自身特性的支撐，其可以將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為能量信號(hào)，并且能夠提高信號(hào)的頻率與效率，無論是針對(duì)液體還是固體，都具備較強(qiáng)的穿透性。合理的將這種技術(shù)融入到汽車自動(dòng)駕駛當(dāng)中，能夠幫助汽車探測(cè)外部環(huán)境，提高汽車反應(yīng)的靈敏度。首先，針對(duì)自動(dòng)泊車功能來講，其主要是利用超聲波傳感器提供停車區(qū)域的信息及自身車輛所處位置，并通過計(jì)算機(jī)對(duì)位置進(jìn)行計(jì)算，控制車輛的油門與制動(dòng)轉(zhuǎn)向，從而能夠完成在車庫(kù)或停車區(qū)域的自動(dòng)泊車。而且在自動(dòng)泊車技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要得到聲納技術(shù)的支撐，這樣能夠準(zhǔn)確計(jì)算目標(biāo)記錄，并通過后保險(xiǎn)杠上的傳感器啟動(dòng)自動(dòng)泊車系統(tǒng)，從而將信息傳輸給駕駛員，全面發(fā)揮自動(dòng)泊車技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。其次，針對(duì)緊急剎車功能來講，超聲波緊急剎車系統(tǒng)是通過松開油門踏板并采取制動(dòng)避免碰撞事故的出現(xiàn)，這種功能主要原理是在汽車車頭安裝超聲波傳感器，并根據(jù)實(shí)際情況發(fā)出超聲波，全面掌握車輛與物體之間的距離。

當(dāng)前車輛超聲波傳感器市場(chǎng)較為分散，而且國(guó)內(nèi)超聲波傳感器技術(shù)發(fā)展較為緩慢，通常都是運(yùn)用國(guó)外相關(guān)技術(shù)。因此，為了能夠促進(jìn)自動(dòng)駕駛功能的順利開展，相關(guān)汽車研發(fā)企業(yè)需要注重創(chuàng)新，并掌握超聲波傳感器設(shè)計(jì)要點(diǎn)，注重創(chuàng)新與研究，在國(guó)外現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，提高其技術(shù)應(yīng)用效果，保障傳感器技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2.5 多種傳感器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，比較常見的傳感器主要有激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)及超聲波傳感器，每種技術(shù)在應(yīng)用的過程中都能夠發(fā)揮自身的作用及優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)自動(dòng)駕駛水平的提升。其中毫米波雷達(dá)的精準(zhǔn)度相對(duì)較高，在測(cè)距與測(cè)速環(huán)節(jié)可以發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)；攝像頭則具有較高的分辨率，了解車輛周圍環(huán)境的顏色，而且在信號(hào)燈顏色識(shí)別的環(huán)節(jié)可以發(fā)揮一定的作用；激光雷達(dá)則能夠?yàn)樽詣?dòng)駕駛提供三維尺度感知信息，并對(duì)周邊的環(huán)境進(jìn)行全面分析，但由于其造價(jià)相對(duì)較高，無法實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用；超聲波傳感器在速度檢測(cè)環(huán)節(jié)水平較高，但由于信息傳輸速度受天氣的影響，劣質(zhì)天氣效果不佳，但是其技術(shù)較為成熟，能夠廣泛的運(yùn)用到自動(dòng)駕駛當(dāng)中。

2.6 多種傳感器的融合應(yīng)用

在科學(xué)技術(shù)水平不斷提升的背景下，多種傳感器能夠融合應(yīng)用到自動(dòng)駕駛當(dāng)中，并全面展現(xiàn)整合的優(yōu)勢(shì)與作用，同時(shí)也是未來自動(dòng)駕駛的發(fā)展方向。其中硬件作為最基本的保障設(shè)備，需要注重優(yōu)化其應(yīng)用，整合多種技術(shù)的過程中需要分析是否兼容，避免受多種因素影響而限制自動(dòng)駕駛研發(fā)水平的提升。而軟件作為自動(dòng)駕駛的核心內(nèi)容，整合軟件及多種算法可以為傳感器的應(yīng)用提供幫助，確保自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠快速的記錄有用信息，并過濾錯(cuò)誤信息，提高信息處理的效率，做出重大決策，保障自動(dòng)駕駛的安全性。所以說，在未來發(fā)展趨勢(shì)下，國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)必須要注重自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的研發(fā)與創(chuàng)新，并充分認(rèn)識(shí)到激光雷達(dá)的重要性，不斷降低其造價(jià)，并實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用，合理的將其與多種傳感器整合，提高自動(dòng)駕駛系統(tǒng)運(yùn)行的效率。

3 結(jié)束語

總而言之，針對(duì)自動(dòng)駕駛汽車傳感器技術(shù)產(chǎn)業(yè)布局工作來講，為能夠提高技術(shù)應(yīng)用的效果，則需要事先分析當(dāng)前企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，并加強(qiáng)自動(dòng)駕駛汽車傳感器設(shè)計(jì)制造技術(shù)，推動(dòng)汽車傳感行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)。與此同時(shí)，針對(duì)自動(dòng)駕駛汽車傳感器技術(shù)的研發(fā)來講，需要重點(diǎn)圍繞激光雷達(dá)、攝像頭及超聲波傳感器等產(chǎn)品的研發(fā)工作，突破研發(fā)難點(diǎn)，做好全面分析與調(diào)查，并適當(dāng)?shù)拈_展試驗(yàn)仿真及轉(zhuǎn)件計(jì)算等配套技術(shù)。除此之外，還需要加快自動(dòng)駕駛汽車多傳感器技術(shù)的融合，集成攝像頭與激光雷達(dá)硬件的研發(fā)生產(chǎn)，推動(dòng)激光雷達(dá)硬件水平的提升，還需要不斷完善汽車傳感器產(chǎn)業(yè)鏈布局，提高產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力，促使企業(yè)的生產(chǎn)成本得到有效降低，使得企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力得到全面提升。