智能駕駛重型汽車攝像頭安裝調(diào)試臺(tái)架設(shè)計(jì)

趙華杰， 安永杰， 金鑫

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，西安710200）

0 引言

智能駕駛是現(xiàn)代汽車發(fā)展的前沿技術(shù)之一，是汽車產(chǎn)業(yè)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，智能駕駛技術(shù)已成為一個(gè)企業(yè)乃至國(guó)家科技實(shí)力的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。智能駕駛車輛搭載先進(jìn)的傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、跟蹤控制、通信協(xié)調(diào)和多級(jí)輔助駕駛等功能于一體[1]，使得車輛實(shí)現(xiàn)模仿人類“感知-思考-判斷-執(zhí)行”的思維模式和行為能力。隨著物流、環(huán)衛(wèi)、碼頭等市場(chǎng)需求的進(jìn)一步深化，重型汽車對(duì)智能駕駛的要求也越來(lái)越高。奔馳、沃爾沃、圖森、google等國(guó)內(nèi)外眾多知名重卡生產(chǎn)廠家及控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商已開(kāi)展了不同層次的研發(fā)工作，并取得了豐碩成果。

感知系統(tǒng)是智能駕駛技術(shù)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)環(huán)境與汽車交互的橋梁和紐帶，是實(shí)現(xiàn)智能駕駛必不可少的條件[2]。多傳感器融合技術(shù)是感知系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知的重要手段，傳感器包括攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等，這些傳感器相互融合補(bǔ)充，構(gòu)成一套完整的感知系統(tǒng)，如圖1所示。

1 攝像頭在智能駕駛汽車上的應(yīng)用

在智能駕駛汽車感知系統(tǒng)中，視覺(jué)影像處理系統(tǒng)是眾多預(yù)警、識(shí)別類ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，而攝像頭又是視覺(jué)影像處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此車載攝像頭對(duì)于智能駕駛必不可少。在智能駕駛汽車中，攝像頭充當(dāng)眼睛的角色，它可以清楚地感知周圍環(huán)境，獲得圖像、顏色等信息。車載攝像頭包括單目攝像頭、雙目攝像頭、廣角攝像頭等。ADAS階段單目攝像頭應(yīng)用較多，智能駕駛L3階段以后，需要多個(gè)攝像頭配合。

圖1 智能駕駛汽車多傳感器融合

車道偏離預(yù)警（Lane Departure Warning，LDW）、前向碰撞預(yù)警（Forward Collision Warning，F(xiàn)CW）、交通標(biāo)志識(shí)別（Traffic Sign Recognition，TSR）、車道保持輔助（Lane Keeping Assistance，LKA）、 行 人 碰 撞 預(yù) 警（Pedestrian Collision Warning ，PCW）、全景泊車（Surround View Parking，SVP）、駕駛員疲勞預(yù)警（Driver Fatigue Monitor，DFM）等眾多功能都可借助攝像頭實(shí)現(xiàn)，有的功能甚至只能通過(guò)攝像頭實(shí)現(xiàn)。根據(jù)不同ADAS功能的要求，攝像頭的安裝位置也不盡相同。按攝像頭的安裝位置不同，可分為前視、側(cè)視、后視和內(nèi)置4個(gè)部分[3]。表1列舉了不同ADAS功能時(shí)攝像頭的選用及具體功能。

從價(jià)格上，攝像頭比雷達(dá)便宜得多，這很大程度上降低了智能駕駛汽車的成本，更容易被汽車制造商所選用。從形態(tài)上看，攝像頭可以輕松融入汽車的設(shè)計(jì)中并隱藏在其結(jié)構(gòu)中，不會(huì)讓汽車外形顯得突兀，對(duì)消費(fèi)者更具吸引力。此外，攝像頭受雨、雪、霧等天氣的干擾小，適應(yīng)性更好。因此，攝像頭在智能駕駛汽車上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

表1 ADAS功能及攝像頭應(yīng)用

2 智能駕駛重型汽車攝像頭安裝調(diào)試臺(tái)架設(shè)計(jì)

圖2 一種智能駕駛重型汽車攝像頭布置示意圖

相比于乘用車，重型汽車底盤高、尺寸大、盲區(qū)范圍廣，對(duì)攝像頭的選型和布置提出了更高的要求。圖2為一種智能駕駛重型汽車攝像頭布置示意圖，在駕駛室遮陽(yáng)罩中部布置了前視長(zhǎng)距攝像頭、前視中距攝像頭和前視短距攝像頭，在遮陽(yáng)罩兩端位置布置了左前45°攝像頭和右前45°攝像頭，兩個(gè)后視攝像頭分別安裝于駕駛室兩側(cè)，起到電子后視鏡的作用。

在智能駕駛車輛試制階段需對(duì)攝像頭進(jìn)行選型和調(diào)試，但在車輛試制前期直接在車輛上進(jìn)行攝像頭的安裝和調(diào)試十分不便：一方面，攝像頭在車體上的固定及線束布置不易實(shí)現(xiàn)；另一方面，對(duì)攝像頭進(jìn)行性能檢測(cè)時(shí)需將車輛啟動(dòng)并進(jìn)行前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、倒車等操作，費(fèi)工耗時(shí)。此外，當(dāng)更換車型或改變攝像頭安裝位置時(shí)，在實(shí)車上已安裝的攝像頭不便拆卸和調(diào)整，即對(duì)攝像頭進(jìn)行選型和調(diào)試時(shí)，在實(shí)車上進(jìn)行具有很大的局限性。因此，我們尋求一種既操作方便又具有普遍適用性的攝像頭調(diào)試裝置。本文介紹了一種智能駕駛重型汽車攝像頭安裝調(diào)試臺(tái)架。

2.1 結(jié)構(gòu)

臺(tái)架的攝像頭安裝模擬攝像頭的實(shí)車安裝狀態(tài)，攝像頭的安裝高度、位置、方向均與實(shí)車狀態(tài)一致。臺(tái)架整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

如圖3所示，智能駕駛重型汽車攝像頭安裝調(diào)試臺(tái)架由滾輪、短加強(qiáng)梁、長(zhǎng)加強(qiáng)梁、短立柱、平臺(tái)、長(zhǎng)立柱、支柱、套筒、橫梁及各種攝像頭安裝支架等部件組成，臺(tái)架各組成部件均為金屬制品。其中滾輪1四個(gè)，短加強(qiáng)梁2兩個(gè)，長(zhǎng)加強(qiáng)梁3兩個(gè)，短立柱4兩個(gè)，長(zhǎng)立柱6兩個(gè)，支柱7兩個(gè)，套筒8兩個(gè)，攝像頭安裝支架11兩個(gè)，攝像頭安裝支架12兩個(gè)，其他部件均為1個(gè)。臺(tái)架主題部分俯視投影面為矩形，即由短加強(qiáng)梁2、長(zhǎng)加強(qiáng)梁3、短立柱4、長(zhǎng)立柱6和平臺(tái)5組成矩形框架。

在臺(tái)架結(jié)構(gòu)中，滾輪1可以滿足臺(tái)架的移動(dòng)以模擬車輛運(yùn)動(dòng)，短加強(qiáng)梁2和長(zhǎng)加強(qiáng)梁3起到對(duì)臺(tái)架的加固作用，短立柱4和長(zhǎng)立柱6起支撐作用，套筒8起到連接支柱7與橫梁9的作用，攝像頭安裝支架10、11、12固定在橫梁9上。

攝像頭安裝支架10上安裝前視長(zhǎng)距攝像頭、前視中距攝像頭和前視短距攝像頭，攝像頭安裝支架11上安裝左前45°攝像頭和右前45°攝像頭，攝像頭安裝支架12上安裝左后視攝像頭和右后視攝像頭，各個(gè)攝像頭的安裝位置和角度與實(shí)車一致。

圖3 智能駕駛重型汽車攝像頭性能驗(yàn)證臺(tái)架整體結(jié)構(gòu)圖

2.2 組裝

臺(tái)架通過(guò)焊接或螺栓連接的方式組裝，其中短加強(qiáng)梁2焊接在短立柱4與長(zhǎng)立柱6之間，一長(zhǎng)加強(qiáng)梁3焊接在兩短立柱4之間，另一長(zhǎng)加強(qiáng)梁3焊接在兩長(zhǎng)立柱6之間，平臺(tái)5焊接在兩短立柱4和兩長(zhǎng)立柱6上，長(zhǎng)立柱6與支柱7通過(guò)螺栓緊固；支柱7與套筒8為間隙配合，套筒8焊接在橫梁9上，如圖4所示。攝像頭安裝支架10、11、12通過(guò)螺栓固定在橫梁9上，如圖5所示。

圖4 支柱與套筒、套筒與橫梁間的連接

圖5 攝像頭安裝支架與橫梁間的連接

2.3 特點(diǎn)

本文所介紹的臺(tái)架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝方便，能夠模擬實(shí)車攝像頭的安裝狀態(tài)。其特點(diǎn)具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）滾輪1為萬(wàn)向輪，可使臺(tái)架進(jìn)行自由移動(dòng)，真實(shí)模擬車輛運(yùn)動(dòng)工況。

2）臺(tái)架中設(shè)計(jì)有平臺(tái)5，且平臺(tái)面上有縱橫交錯(cuò)的筋條，對(duì)平臺(tái)起加強(qiáng)作用，可以承受工作人員的踩踏，為臺(tái)架組裝、攝像頭安裝、測(cè)試線束的連接固定等操作提供便利。

3）長(zhǎng)立柱6與支柱7的固定點(diǎn)可進(jìn)行無(wú)極調(diào)節(jié)，以對(duì)臺(tái)架總體高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，本功能是通過(guò)在長(zhǎng)立柱6的上端開(kāi)通槽、支柱上打螺栓孔實(shí)現(xiàn)的，如圖6所示。

4）支柱7與套筒8間的間隙配合，為臺(tái)架的組裝和拆卸提供便利。

5）橫梁9上可以根據(jù)攝像頭的安裝需求在相應(yīng)位置配打安裝孔，臺(tái)架通用性強(qiáng)。

6）攝像頭安裝支架10、11、12與橫梁9通過(guò)螺栓連接，其安裝角度可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)。

7）臺(tái)架各組成部件選材及制作方便，可選用棒材、管材、板材、角鋼等常見(jiàn)型材通過(guò)簡(jiǎn)單加工進(jìn)行制作。且各部件外形沒(méi)有尺寸、精度的特別要求，降低了設(shè)備選用及制作成本。

圖6 臺(tái)架總高度的無(wú)極調(diào)節(jié)

綜合以上特點(diǎn)，該臺(tái)架可以實(shí)現(xiàn)多自由度的位置和角度調(diào)節(jié)，具有制作簡(jiǎn)單、拆裝方便、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以全面、真實(shí)地模擬車輛運(yùn)行工況，檢測(cè)攝像頭性能。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了攝像頭在智能駕駛汽車上的應(yīng)用，并對(duì)其在重型汽車上安裝調(diào)試特點(diǎn)進(jìn)行了分析，根據(jù)智能駕駛重型汽車攝像頭的性能驗(yàn)證需求，介紹了一種安裝調(diào)試臺(tái)架，并從結(jié)構(gòu)、組裝、特點(diǎn)等方面對(duì)其進(jìn)行了分析。該臺(tái)架的設(shè)計(jì)對(duì)攝像頭選型及性能驗(yàn)證等前期設(shè)計(jì)工作提供很大便利，對(duì)智能駕駛領(lǐng)域感知系統(tǒng)的驗(yàn)證理念創(chuàng)新提供了思路?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)臺(tái)架各組成部件本身結(jié)構(gòu)及它們之間相對(duì)組裝位置的改變來(lái)適應(yīng)不同車型、攝像頭不同安裝位置的需求，以使臺(tái)架具有普遍適用性。