淺談新能源汽車環(huán)境感知技術(shù)的運用現(xiàn)狀

摘 要：本文主要介紹了當(dāng)前熱度較高品牌新能源汽車環(huán)境感知技術(shù)的運用現(xiàn)狀。首先，探討了汽車環(huán)境感知技術(shù)的應(yīng)用，介紹不同種類的環(huán)境感知傳感器的優(yōu)缺點。其次，當(dāng)前熱度較高的品牌新能源汽車環(huán)境感知方案進(jìn)行對比，分析不同環(huán)境感知方案的準(zhǔn)確性、可靠性與安全性。最后，展望了新能源新勢力未來環(huán)境感知技術(shù)方案的發(fā)展趨勢。通過本文的討論，可以深入了解新能源汽車環(huán)境感知技術(shù)的運用現(xiàn)狀，為未來行業(yè)發(fā)展提供參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 環(huán)境感知技術(shù) 傳感器

目前，我國的汽車技術(shù)正朝著電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的“四化”方向發(fā)展，這給汽車用戶帶來了智能、舒適、便捷的體驗，同時也給汽車生產(chǎn)企業(yè)帶來了巨大的發(fā)展與機(jī)遇。隨著新能源汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，智能輔助駕駛技術(shù)的可靠性、靈敏性、實時性、穩(wěn)定性成為用戶當(dāng)下關(guān)心的重點問題。在全球新能源汽車產(chǎn)業(yè)的賽道上，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新彰顯了中國新能源汽車蓬勃發(fā)展的氣勢。新能源汽車技術(shù)的發(fā)展直接關(guān)系到人們的出行體驗和交通安全性，新能源汽車保有量的增加，隨之而來的道路安全、續(xù)航里程、交通堵塞、技術(shù)升級等問題日益突出，智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)應(yīng)運而生，具有環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等多種功能的智能網(wǎng)聯(lián)汽車可以為消費者帶來安全、高效、舒適、節(jié)能的駕駛。因此，新能源汽車的環(huán)境感知技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義，是促進(jìn)新能源汽車智能化發(fā)展的重要舉措。

1 新能源汽車環(huán)境感知技術(shù)

新能源汽車環(huán)境感知技術(shù)是智能科技的發(fā)展而誕生的創(chuàng)新性技術(shù)。環(huán)境感知技術(shù)是汽車智能化實現(xiàn)的前提和基礎(chǔ)，它以新能源汽車為載體，利用多種傳感器感知設(shè)備實現(xiàn)對車輛周圍環(huán)境信息的感知，為智能輔助駕駛提供數(shù)據(jù)支持，使車輛能夠?qū)Φ缆泛徒煌ㄇ闆r進(jìn)行準(zhǔn)確判斷和響應(yīng)。

1.1 超聲波雷達(dá)

超聲波是一種頻率大于20kHz的機(jī)械波，其具有良好的方向性、反射性能。超聲波雷達(dá)正是采用它的這些特性研發(fā)的傳感器，通過接收到反射后的超聲波探知周圍的障礙物情況，該款傳感器可以避免駕駛員在停車泊車、倒車和啟動車輛時前、后、左、右探視帶來的麻煩，幫助駕駛員消除盲點和視線模糊缺陷，提高行車安全性。超聲波雷達(dá)的測距原理較為簡單，超聲波發(fā)射頭發(fā)出脈沖遇到障礙物后反射到超聲波接收頭的時間與超聲波在空氣中傳播的速度的乘積的二分之一即為車輛到障礙物的實際距離。

超聲波雷達(dá)具有價格低、能耗小、探測距離短、測量精度高、探測角度廣、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點。由于其受波長和頻率的影響，一般最小探測距離為，最大探測距離為；測量精度受到被測物體體積、形狀的因素影響，為了感知信息的可靠性，超聲波雷達(dá)的測量精度要求達(dá)到以內(nèi)；由于超聲波具有一定的指向性，其截面類似于橢圓形，水平視場角一般為，垂直視場角一般為；超聲波傳感器受顏色、光照強(qiáng)度、電磁場等外部環(huán)境較小，可以在環(huán)境條件較差的環(huán)境中工作。出于對功能特性及使用成本方面的考慮，超聲波雷達(dá)在汽車停車泊車輔助系統(tǒng)中的運用較為廣泛。

1.2 毫米波雷達(dá)

毫米波通常指波長為、頻率為的電磁波，其傳播速度接近光速。毫米波雷達(dá)利用多普勒效應(yīng)，通過發(fā)射源向目標(biāo)物體發(fā)射信號，對比發(fā)射信號頻率與反射信號頻率之間的差值，經(jīng)過算法處理后得出目標(biāo)物體相對于毫米波雷達(dá)的距離與速度等相關(guān)信息。

如圖1所示，市場上主流的毫米波雷達(dá)分為近距離、中距離和遠(yuǎn)距離毫米波雷達(dá)。其中，近距離探測常采用頻段類型的毫米波雷達(dá)，其探測距離可達(dá)約，通常運用在新能源汽車的尾部用于后方物體探測，以獲取車輛后方的環(huán)境信息；中、長距離探測常采用頻段類型的毫米波雷達(dá)，其探測距離可達(dá)約，通常運用在新能源汽車的前部用于前方物體探測，以獲取車輛前方的環(huán)境信息。當(dāng)然，中、遠(yuǎn)距離探測所采用的頻段的毫米波雷達(dá)的使用和維修成本較高。毫米波雷達(dá)具有性能好、響應(yīng)速度快、探測距離遠(yuǎn)、適用性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，因此，毫米波雷達(dá)特別適合用于汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（ACC）、自動緊急剎車（AEB）、前車碰撞預(yù)警（FCW）、變道輔助系統(tǒng)（ALC）等安全系統(tǒng)，為新能源汽車實現(xiàn)智能輔助駕駛提供準(zhǔn)確的車輛周圍環(huán)境信息。

1.3 激光雷達(dá)

激光探測及測距系統(tǒng)被我們簡稱為激光雷達(dá)。相比于超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)，其功能強(qiáng)大之處在于，它是一種工作在光波頻段的雷達(dá)，利用光波頻段的電磁波向目標(biāo)發(fā)射探測信號，將設(shè)備接收到的同波信號與發(fā)射信號相比較，最終獲得車輛周圍以內(nèi)周圍場景三維數(shù)據(jù)，包括目標(biāo)物體的距離、方位角、速度、位姿等特征量等主要信息，從而實現(xiàn)對目標(biāo)的探測、跟蹤和識別，如圖2所示。

按照不同的分類方式，它被分為單線與多線、機(jī)械式與固態(tài)式激光雷達(dá)。目前，市場上新能源汽車由于受到安裝及美觀等因素的影響大多采用固態(tài)激光雷達(dá)，除此之外，部分新能源無人駕駛測試車輛大多在車輛頂部安裝機(jī)械式激光雷達(dá)。激光雷達(dá)具有分辨率高、探測范圍廣、測距精度高、信息量充足和工作時長等特點，因此，激光雷達(dá)深受眾多新能源汽車制造企業(yè)的追捧，但是，由于激光雷達(dá)價格較高，激光雷達(dá)當(dāng)下仍是很多車企的選裝配置。同時，激光雷達(dá)受到環(huán)境因素干擾的問題較為突出，并且，激光雷達(dá)由于其激光特性，無法在十字路口為車輛提供紅綠燈狀態(tài)信息。

1.4 視覺傳感器

視覺傳感器其實就是我們生活中用到的攝像頭，它是一種類似于人類視覺的設(shè)備，可以直觀地獲取車輛周圍的真實環(huán)境，為新能源汽車智能駕駛提供最基礎(chǔ)的信息。目前，新能源汽車和部分傳統(tǒng)燃油車在倒車影像和全景環(huán)視系統(tǒng)均采用魚眼攝像頭，如圖3所示，魚眼攝像頭經(jīng)過棋盤標(biāo)定后就可以獲取有效的目標(biāo)物體位置和圖像，再經(jīng)過圖像處理、目標(biāo)識別算法等流程實現(xiàn)車輛周圍環(huán)境的感知，為車輛安全、穩(wěn)定地運行提供有利依據(jù)。

視覺傳感器在新能源汽車智能輔助駕駛方面的運用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燃油車，目前，市面上的新能源汽車主打智能駕駛的噱頭，例如，車輛配置車內(nèi)駕駛員疲勞監(jiān)測、車外車道線識別、交通標(biāo)志識別、交通信號燈識別、障礙物識別、轉(zhuǎn)向輔助視覺等。當(dāng)前車企較多采用單目攝像頭，其具有成本低、識別具體、準(zhǔn)確率高等優(yōu)點，但是其無法識別障礙物距離和受環(huán)境因素影響大的缺點使得它無法用于高規(guī)格識別；另外，市面上還有原理如同人眼的雙目攝像頭，他可以通過左右攝像頭獲取的圖像之間的視差來計算障礙物的距離。除此之外，我們所熟知的蔚來汽車部分車型和特斯拉汽車所采用功能更為強(qiáng)大的三目攝像頭，如圖4所示，它包含了單目、雙目攝像頭的識別功能，在探測環(huán)境和角度方面，三目攝像頭分別為25°視場、50°視場、150°視場。其中，25°視場用于檢測前車道線、交通燈，50°視場負(fù)責(zé)一般的道路狀況監(jiān)測，150°視場用于檢測平行車道道路狀況以及行人和非機(jī)動車行駛的狀況。

2 新能源汽車環(huán)境感知技術(shù)現(xiàn)狀對比

目前，市場上新能源汽車品牌眾多，環(huán)境感知技術(shù)方面各有千秋。超聲波雷達(dá)作為車輛近距離環(huán)境感知傳感器以及價格便宜的優(yōu)勢，如今已經(jīng)成為汽車的基本配置。但是，視覺傳感器、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)傳感器因價格昂貴、軟件算法深度不一，因此不同車企的不同車型也有相對配置的不同，如表1所示，當(dāng)前銷量與知名度較高的車企車輛對于這三種環(huán)境感知傳感器的配置情況。

3 新能源汽車環(huán)境感技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 純視覺方案

目前，市場在售車型中特斯拉全系采用仿生學(xué)的理念，堅持采用純視覺方案，通過8個高性能視覺傳感器感知車輛周圍近、中、遠(yuǎn)距離不同角度的環(huán)境，經(jīng)過視覺算法處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，通過大量的數(shù)據(jù)與場景環(huán)境訓(xùn)練，以實現(xiàn)純視覺方案的安全駕駛。

除此之外，2024年10月發(fā)布的小鵬P7+在十周年發(fā)布會上推出了全新一代小鵬AI鷹眼視覺方案，為了保證功能的可靠性，AI鷹眼視覺方案是行業(yè)首個單個像素Lofic架構(gòu)純視覺方案，在面對諸如明暗光替換、強(qiáng)逆光、弱光等環(huán)境下，能夠更快地適應(yīng)變化，同時相比起傳統(tǒng)攝像頭，具有更準(zhǔn)，更清，更遠(yuǎn)的信息采集能力。在感知能力上，小鵬P7+可實現(xiàn)1.8個足球場大小的感知范圍，同時能夠?qū)Ξ愋?、未知障礙物進(jìn)行清晰的識別。

3.2 多傳感器融合

現(xiàn)有的車載傳感器包括超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)以及視覺傳感器等，各種傳感器各有優(yōu)劣，應(yīng)根據(jù)各傳感器的特點，在不同環(huán)境下應(yīng)選擇不同的傳感器。國內(nèi)，諸多車企及專家認(rèn)為使用單一傳感器無法完成無人駕駛的功能性與安全性的全面覆蓋，比如僅靠視覺傳感器識別物體，在遭遇大霧、雨雪等惡劣天氣時很容易影響識別精度。多傳感器信息融合能夠綜合利用多種信息源的不同特點的優(yōu)勢，通過多方位獲取可靠信息以實現(xiàn)整個系統(tǒng)可靠性與精準(zhǔn)度的提升。當(dāng)前，傳感器融合技術(shù)在汽車環(huán)境感知領(lǐng)域的重要性愈發(fā)突出，眾多車企也通過不同的傳感器融合方案實現(xiàn)車輛對周圍環(huán)境的感知。

4 結(jié)論

綜上所述，本文對當(dāng)前熱銷品牌新能源汽車的環(huán)境感知方案進(jìn)行分析，提出各種環(huán)境感知傳感器的工作原理和優(yōu)缺點，并對智能環(huán)境感知的方案進(jìn)行分析與評價。當(dāng)前，環(huán)境感知方案主要分為純視覺方案與多傳感器融合方案，不同車企根據(jù)不同車型進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，著力為車輛智能駕駛的安全性與穩(wěn)定性提供強(qiáng)有力的支持，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的發(fā)展添磚加瓦。新能源汽車新勢力在新能源汽車環(huán)境感知技術(shù)的發(fā)展中仍需要相關(guān)技術(shù)人員從技術(shù)可靠性、成本可控性等方面做出更進(jìn)一步的探究，通過技術(shù)優(yōu)勢推進(jìn)新能源汽車智能化程度的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]平思亮，王欲進(jìn).智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2024（05）：129-131.

[2]崔勝民，卞合善，田強(qiáng)，等.智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2020（09）：210.

[3]陸人定.智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)應(yīng)用場景分析[J].汽車電器，2022（12）：1-3.

[4]齊浩.智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀[J].汽車維修技師，2023（07）：113.

[5]付智珍.智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2023（13）：116-118.

[6]郭延鵬.視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應(yīng)用分析[J].汽車知識，2024，24（11）：20-22.

[7]王猷.智能網(wǎng)聯(lián)汽車智能傳感器應(yīng)用技術(shù)研究[J].汽車知識，2024，24（10）：23-25+61.