自動(dòng)駕駛傳感器技術(shù)

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）.