傳感器在無人駕駛汽車中的應用探析

熊曉倩

摘? 要：隨著科技的發(fā)展，傳感器的應用范圍越來越廣泛，推動了無人駕駛汽車技術的發(fā)展。傳感器能夠實時監(jiān)測汽車行進過程中的數(shù)據(jù)信息，借助其在無人駕駛汽車中的廣泛應用，能夠極大地提升車輛行駛的穩(wěn)定性和安全性。汽車行業(yè)對汽車電子化需求不斷提升，隨著無人駕駛汽車的發(fā)展，進一步提升了其需求程度。該文將對無人駕駛汽車進行概述，并重點探究傳感器在無人駕駛汽車中的應用。

關鍵詞：傳感器? 無人駕駛? 雷達傳感器? 環(huán)境感知

中圖分類號：TP18? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2020）09（c）-0070-03

Abstract： With the development of science and technology， the application range of sensors is more and more extensive， which promotes the development of driverless vehicle technology. The sensor can real-time monitor the data information in the process of vehicle moving. With its wide application in unmanned vehicles， it can greatly improve the stability and safety of vehicle driving. The automotive industry's demand for automotive electronics continues to increase. With the development of driverless cars， its demand has further increased. This article will give an overview of driverless cars and focus on exploring the application of sensors in driverless cars.

Key Words： Sensors; Unmanned driving; Radar sensors; Environmental perception

隨著科技的發(fā)展，傳感器的應用范圍越來越廣泛，推動了無人駕駛汽車技術的發(fā)展。傳感器能夠實時監(jiān)測汽車行進過程中的數(shù)據(jù)信息，借助其在無人駕駛汽車中的廣泛應用，能夠極大地提升車輛行駛的穩(wěn)定性和安全性。

1? 無人駕駛汽車概述

無人駕駛汽車技術作為智能汽車的重要分支，在無人操作汽車的狀態(tài)下，通過人工智能對汽車進行各種操作，提升汽車駕駛效率和汽車駕駛的安全性。無人駕駛汽車能夠及時收集實時的車輛信息和環(huán)境信息，作為復雜的系統(tǒng)工程，無人駕駛汽車技術涵蓋了多門類的科學技術[1]。無人駕駛汽車技術經(jīng)歷了漫長的研發(fā)過程，它需要對行駛汽車的各項實時動態(tài)數(shù)據(jù)進行準確測量，進而確保無人駕駛汽車行駛的安全性和穩(wěn)定性。在進行行駛汽車信息收集與測量作業(yè)的過程中，必須用到傳感器。汽車傳感器技術是新時代汽車工業(yè)的重要組成部分，不同類型的汽車對傳感器的需求也各有不同，傳感器的使用方案通常由汽車駕駛工程師制定。汽車傳感器技術能夠對行駛中的汽車進行有效監(jiān)控，采集汽車周邊的實施環(huán)境數(shù)據(jù)，近似于人類的感知神經(jīng)系統(tǒng)[2]。目前，在無人駕駛汽車技術中應用最多的傳感器技術是攝像頭、雷達傳感器、毫米波雷達、激光雷達、視覺成像裝置等。

2? 傳感器在無人駕駛汽車中的應用

2.1 視覺傳感器

根據(jù)車載傳感器的不同功能，其主要分為視覺傳感器、激光雷達傳感器、毫米波雷達傳感器、超聲波雷達傳感器和聲音傳感器。視覺傳感器主要為成像裝置與光學器件，對行駛汽車的周邊環(huán)境進行實時動態(tài)的監(jiān)測，將收集到的周邊環(huán)境數(shù)據(jù)進行圖像處理。通過分析行駛汽車周邊的圖像，增強對視覺傳感器工作性能的把控[3]。同時，視覺傳感器能夠很好地進行碰撞預警工作，對于行駛車輛的預警功能是其特有的優(yōu)勢，也是其應用范圍超過其他種類傳感器的原因。無人駕駛汽車技術中的視覺傳感器能夠收集彩色影響和環(huán)境數(shù)據(jù)，是無人駕駛汽車技術的重要信息源。當前無人駕駛汽車技術的視覺傳感器設備主要為攝像頭和相機，其中根據(jù)相機的功能種類分為全景相機、雙目立體相機和單目相機。增加對無人駕駛汽車技術視覺傳感器研發(fā)的投入，能夠進一步提升無人駕駛汽車對周邊環(huán)境的感知能力[4]。

2.2 雷達傳感器

激光雷達傳感器是汽車傳感器中最重要的傳感器，它能夠對明確區(qū)分立體真人和人物圖像。通過建立的三維立體模型，借助激光光束對周邊環(huán)境和周邊物體的位置、速度進行實時動態(tài)測量和預測。激光雷達傳感器預測的方向感和準確度都極佳，因此在民用和軍事領域都得到了廣泛應用;同時，其精密程度較高，能夠自動形成立體的環(huán)境圖形，在無人駕駛汽車技術中發(fā)揮了重要作用。借助激光雷達傳感器，能夠在短期內對行駛中的汽車進行準確預測，極大地提升了無人駕駛汽車的穩(wěn)定性和安全性[5]。但是，在大霧或陰雨天氣，激光雷達傳感器會受到干擾無法正常進行工作。激光雷達傳感器通過向目標發(fā)射光線，計算反射光實現(xiàn)測距工作。激光雷達傳感器分為單線和多線兩種類型。比較具有代表性的單線激光雷達傳感器是德國產(chǎn)LMS型號的傳感器，為提升數(shù)據(jù)回傳速度，一般采用網(wǎng)絡接口的信號傳輸方式。多線激光雷達傳感器的代表性產(chǎn)品為美國制造的HDL型傳感器，其最多可發(fā)射64個激光束，垂直探測范圍為26.8°，水平探測范圍為360°。多線激光雷達傳感器借助UDP協(xié)議網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳回至計算機系統(tǒng)。毫米波雷達傳感器能夠辨別小型目標，其成像功能較強。毫米波雷達傳感器具有較強的隱秘性和機動性，能夠實時對周邊情況進行預測，提升對周圍環(huán)境的適應性。由于無人駕駛汽車技術需要精密程度較高的設備，因此充分結合無人駕駛系統(tǒng)先進的人工智能技術和毫米波雷達傳感器，能夠更好地發(fā)揮其性能和特殊的優(yōu)勢。毫米波雷達傳感器是除視覺傳感器以外，現(xiàn)階段唯一具有防撞預測能力的傳感器，能夠提升汽車行駛的穩(wěn)定性和安全性[6]。超聲波雷達傳感器具有靈活、成本低的特點，它能夠在短時間內對于汽車的行駛速度進行預判。同時，超聲波雷達傳感器能夠在一定程度上彌補激光雷達傳感器的缺陷，尤其是行駛中汽車的底部盲區(qū)。超聲波雷達傳感器能夠對汽車底部盲區(qū)開展近距離測量工作，能夠識別路面的小動物和小型障礙等，進而避免出現(xiàn)碰撞，減少行駛車輛的盲區(qū)范圍。借助傳感器近距離測量的能力，能夠有效幫助汽車進行自動停泊以及汽車周邊狀況的實時監(jiān)測。

2.3 聲音傳感器

聲音傳感器也是無人駕駛汽車的重要部分，聲音傳感器中安裝了話筒，借助薄膜震動使電容出現(xiàn)變化，進而轉變?yōu)殡妷汉髠鬏斨劣嬎銠C系統(tǒng)。聲音傳感器能夠借助振動的圖像對聲音強度進行測量，并且可以有效監(jiān)測行駛汽車的內部和外部環(huán)境，是未來無人駕駛技術的發(fā)展方向。

2.4 環(huán)境感知

車輛周邊的環(huán)境是無人駕駛汽車行駛過程中的重要部分。能否對行駛汽車的周邊環(huán)境進行有效監(jiān)測直接關系著汽車的行駛狀態(tài)。上述的各類傳感器都具備一定程度的環(huán)境感知功能，能夠對周邊環(huán)境狀況進行準確預測，確保行駛中汽車的安全性和穩(wěn)定性。通過對周邊環(huán)境的監(jiān)測能夠有效避免道路周邊和汽車行駛中的安全問題并進行實施預測，防止安全事故的發(fā)生，提升行駛車輛的穩(wěn)定性和安全性。在汽車行進過程中，環(huán)境感知首先需要對行車路線、道路邊緣、路況和道路阻礙進行監(jiān)測并識別;同時借助多種傳感器的環(huán)境感知能力能夠對道路上的車輛和行人的狀態(tài)進行有效識別[7]。在無人駕駛汽車系統(tǒng)中，為充分掌握汽車的周邊環(huán)境狀況，應使用傳感器對周邊路況和物體的行進狀態(tài)進行實時監(jiān)測。環(huán)境感知在具體操作中借助視覺成像和三維立體圖像對車輛周邊環(huán)境進行預測，運用激光雷達傳感器分析車輛的環(huán)境距離，提升監(jiān)測的精確度。由于無人駕駛汽車在行進過程中，會遇到復雜多變的環(huán)境狀況，為有效解決這個問題，應融合多種類的汽車傳感器。融合性的汽車傳感器能夠更加及時準確地進行監(jiān)測和預測，有效地輔助汽車行駛。

2.5 輔助駕駛系統(tǒng)

在無人駕駛汽車行進過程中，傳感器最重要的作用就是輔助汽車駕駛，同時對車輛周邊的動態(tài)環(huán)境進行實時的識別和監(jiān)測，確保駕駛員及時發(fā)展周邊的安全隱患，并主動向駕駛員提供警示，甚至在必要時刻直接操作車輛運行規(guī)避危險。汽車的輔助駕駛系統(tǒng)的使用極為廣泛，作為現(xiàn)代電子信息技術與汽車安全技術的融合產(chǎn)物，能夠對車輛的周邊環(huán)境進行及時精確的預測，為車輛駕駛人員和乘坐人員提供充分的安全保障[8]。

3? 結語

綜上所述，無人駕駛汽車技術對于安全性的要求極高，而傳感器在無人駕駛汽車技術上面的應用能夠有效提升汽車行駛的穩(wěn)定性和安全性。通過種類豐富、性能強勁的車載傳感器，環(huán)境感知技術和輔助駕駛系統(tǒng)進一步完善無人駕駛系統(tǒng)。隨著技術的飛速發(fā)展，未來的無人駕駛汽車技術將會更加先進成熟。

參考文獻

[1] 姚小勇，朱德燦.傳感器在無人駕駛汽車領域中的應用研究[J].林業(yè)機械與木工設備，2020，48（1）：32-35.

[2] 夏草盛.探究傳感器技術在無人駕駛汽車中的應用[J].電子元器件與信息技術，2018（12）：45-47.

[3] 王桐.基于傳感器感知盲區(qū)的無人駕駛汽車智能控制研究[D].江蘇大學，2019.

[4] 翟朋輝.無人駕駛汽車及其核心傳感器系統(tǒng)淺析[J].科技經(jīng)濟導刊，2019，27（13）：17.

[5] 姜嘉睿.無人駕駛中的核心傳感器系統(tǒng)分析[J].時代汽車，2019（2）：145-146.

[6] 王禹，吳石峰，陶恂.自動駕駛中多傳感器信息融合技術的研究[J].福建電腦，2019，35（1）：110-112.

[7] 陳延真.無人駕駛環(huán)境感知系統(tǒng)及障礙物檢測研究[D].天津大學，2018.

[8] 張寧寧.智能駕駛汽車視覺傳感器虛擬建模與仿真[D].昆明理工大學，2018.

[9] 陳玉.淺談無人駕駛汽車之各種感知傳感器技術[J].汽車與駕駛維修：維修版，2018（7）：88.

[10] 辛煜，梁華為，梅濤，等.基于激光傳感器的無人駕駛汽車動態(tài)障礙物檢測及表示方法[J].機器人，2014，36（6）：654-661.