王田
摘 要:本文對(duì)重要汽車技術(shù)國的自動(dòng)駕駛傳感器技術(shù)的專利申請(qǐng)概況進(jìn)行了介紹,并針對(duì)申請(qǐng)量和活躍度均處于領(lǐng)先的攝像頭技術(shù)和激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)專利分析,展示了攝像頭和激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。
關(guān)鍵詞:自動(dòng)駕駛;傳感器;專利技術(shù)
1 自動(dòng)駕駛傳感器技術(shù)專利概況
自動(dòng)駕駛中,攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)均為重要的感知外界環(huán)境的傳感器,處理器獲取和融合多種傳感器的測量結(jié)果,通過算法進(jìn)行判斷決策,并對(duì)自動(dòng)駕駛車輛發(fā)出控制指令,以保障自動(dòng)駕駛行車安全。
中、美、韓、日、德作為世界主要的汽車技術(shù)來源國和汽車生產(chǎn)制造國,均已在自動(dòng)駕駛傳感器技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了研發(fā)投入和專利布局,以搶占技術(shù)和專利高地。在專利申請(qǐng)數(shù)量方面,中美處于領(lǐng)先地位,而在專利申請(qǐng)活躍度(專利申請(qǐng)量的近三年均值與近十年均值的比值)方面,中國具有絕對(duì)優(yōu)勢,顯示了中國的研發(fā)投入力度較大,技術(shù)創(chuàng)新較為活躍,技術(shù)發(fā)展具備較大潛力。
2 自動(dòng)駕駛傳感器技術(shù)分析
針對(duì)自動(dòng)駕駛傳感器技術(shù)中申請(qǐng)量和活躍度均處于領(lǐng)先的攝像頭技術(shù)和激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行專利分析。
(1)攝像頭技術(shù)。在自動(dòng)駕駛中,攝像頭具備圖像識(shí)別信息量豐富、實(shí)時(shí)性好、體積小、能耗低的優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在障礙檢測、道路檢測、駕駛員檢測等場景中。障礙檢測主要針對(duì)道路中出現(xiàn)的妨礙車輛正常行駛行人、車輛、路障等目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)別;道路檢測主要針對(duì)道路中的車道線、停止線、斑馬線、信號(hào)燈、限速標(biāo)識(shí)等進(jìn)行識(shí)別;駕駛員檢測主要針對(duì)駕駛員出現(xiàn)的疲勞駕駛、酒駕等異常狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別。隨著成像技術(shù)的發(fā)展,全景視覺、立體視覺的應(yīng)用使得感知的環(huán)境信息更為豐富,而機(jī)器學(xué)習(xí)算法的不斷進(jìn)步也使得感知的環(huán)境信息更為準(zhǔn)確。
圖2示出了自動(dòng)駕駛攝像頭重要專利技術(shù)。在障礙檢測方面,2000年以前,JP08258544提出了識(shí)別道路中出現(xiàn)的行人,進(jìn)行自動(dòng)速度控制,同時(shí)期,還提出了檢測周圍行駛車輛,進(jìn)行變道輔助控制;2000年以后,提出了針對(duì)車輛的姿態(tài)、方向變化進(jìn)行分析,準(zhǔn)確判斷車輛行使信息,以及通過紅外傳感器提供夜視輔助,在夜間對(duì)路人進(jìn)行有效識(shí)別,提高駕駛安全;2013年,US20130890412提出了通過全景成像技術(shù),對(duì)車輛周圍環(huán)境進(jìn)行檢測,以躲避障礙,同時(shí)期,專利技術(shù)還包括通過多攝像頭對(duì)盲區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控,以及通過立體視覺,提高環(huán)境感知能力。
在道路檢測方面,2000年以前,JP6458795A提出了檢測路面的冰雪,保證汽車安全行駛,同時(shí)期,專利技術(shù)還包括識(shí)別道路標(biāo)識(shí)線,進(jìn)行行駛過程的車道保持,以及檢測路邊的道路警示牌,獲取道路的特殊狀態(tài);2000年以后提出了對(duì)存在遮擋的交通標(biāo)志進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別,2014年US20140993142提出了對(duì)發(fā)生變形的交通標(biāo)志牌進(jìn)行智能識(shí)別,提高了路況感知能力。
駕駛員檢測方面,相關(guān)技術(shù)出現(xiàn)時(shí)間較晚,2004年,JP2004284318提出了對(duì)駕駛員的疲勞駕駛狀態(tài)進(jìn)行分析預(yù)警,2013年US201314041016A提出了對(duì)駕駛員進(jìn)行注意力檢測,以實(shí)現(xiàn)對(duì)行車安全的輔助控制。
(2)激光雷達(dá)技術(shù)。在自動(dòng)駕駛中,激光雷達(dá)是最為熱門的傳感器,不受環(huán)境光限制,能夠探測微小目標(biāo),對(duì)三維環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確建模。激光雷達(dá)的發(fā)展經(jīng)歷了從一維到多維,隨著線束的增加,獲取的目標(biāo)信息更為詳細(xì),環(huán)境感知能力相應(yīng)提高。激光雷達(dá)按照工作方式分為旋轉(zhuǎn)式和固定式,相比來看,旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)的測量精度高、探測范圍大,但是體積大、安裝要求高,固定式激光雷達(dá)的掃描速度快、體積小、易調(diào)節(jié),但是存在探測范圍局限。
圖2示出了自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)重要專利技術(shù)。在結(jié)構(gòu)和工作方式方面,2000年前,JP8286996提出了設(shè)置旋轉(zhuǎn)多邊形反射鏡,優(yōu)化激光雷達(dá)結(jié)構(gòu),同時(shí)期還提出了根據(jù)現(xiàn)有測量結(jié)果反饋調(diào)整掃描方式、脈沖控制方式等,優(yōu)化測量結(jié)果;2001至2010年間,DE102005054674提出了調(diào)整激光對(duì)準(zhǔn)角度,提升激光雷達(dá)的性能;2011年后,提出了對(duì)光束擴(kuò)展角的優(yōu)化調(diào)整,2017年US201715610975提出了3D震蕩掃描,對(duì)空間信息進(jìn)行更好的描繪。
在控制和決策方面,2000年前,DE4341689A提出了基于道路曲率的環(huán)境信息感知技術(shù),同時(shí)期還提出了基于參考面高度差的路面環(huán)境感知,以及行車過程中對(duì)路徑、距離、是否檢測到障礙物的判斷技術(shù);2001至2010年間,JP2006211839提出了基于激光雷達(dá)檢測信息作出對(duì)碰撞的預(yù)判,同時(shí)期專利技術(shù)還包括障礙物的數(shù)量的判定等;2013年US201313777469提出在多雷達(dá)視場交疊的條件下的數(shù)據(jù)融合處理,優(yōu)化環(huán)境感知結(jié)果。
3 小結(jié)
本文通過中、美、韓、日、德的自動(dòng)駕駛傳感器技術(shù)的專利申請(qǐng)情況對(duì)比,反映出中美兩國在專利申請(qǐng)數(shù)量上的領(lǐng)先地位,以及中國技術(shù)創(chuàng)新較為活躍,技術(shù)發(fā)展?jié)摿^大;對(duì)申請(qǐng)量和活躍度均處于領(lǐng)先的攝像頭技術(shù)和激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)專利分析,展示了攝像頭和激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。
參考文獻(xiàn):
[1]葉彬強(qiáng),王一.基于人工勢場法的機(jī)器人避障算法[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2012(09).
[2]劉新良,遲永濱.汽車AFS頭燈隨動(dòng)轉(zhuǎn)向規(guī)律研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011(08).