传感器在自动驾驶车辆中应用的关键注意事项

对于ADAS和AV来说，可能永远不会有单一的、最有效的实现感知技术的方法。这个神奇的数字可能是六，因为每个汽车制造商都会以六个基本的考虑因素来决定如何以自己的方式实现它，这将导致每个人都创建自己独特的方法来将传感器集成到未来的车辆中。在AutoSens Brussels 2020在线大会的闭幕式上，一个专家小组讨论了正确的传感器组合，以及如何确保设计不会危及安全，反之亦然。

与会者包括汽车嵌入式供应商法雷奥的视觉系统和高级驾驶辅助系统高级专家Patrick Denny。保罗-亨利·马萨；，沃尔沃汽车公司技术总监；罗伯特·斯特德；，Sense传媒集团董事总经理；此外，EE Times Europe还联系了yoledédevelopment(法国里昂)的技术和市场分析师Pierrick Boulay，了解Yole对汽车系统中各种传感器类型的采用和使用的看法。

正确的号码

越来越多的传感器部署在整车上，主动解决安全问题。今天我们的汽车里有多少传感器？需要多少传感器来进一步提高自主性？Yole的Boulay告诉EE Times:“如果我们考虑ADAS的传感器——超声波、雷达、感应相机、观察相机和激光雷达，我们估计车辆有10到20个传感器，具体取决于车辆类型。

自然高端车要比低端车或者性能和功能范围中等的车嵌入更多的传感器。

传感器将是解决高度自动化的关键，预计传感器的数量和类型将会增加。“我们希望为这些自动化水平安装35到40个传感器，”Boulay说。“传感器将变得更加具体，因为我们将看到用于短、中和远程应用的传感器。一个传感器无法覆盖所有应用。就传感器而言，每种应用或用例都有其规格和要求。”

越来越多的传感器只是冰山一角。传感器会产生大量数据，而系统则严重受限于其处理能力。Boulay表示，向前迈进并拥有足够的计算能力来处理这些传感器产生的所有数据将是一个关键功能。他说:“虽然使用英特尔-Mobileye芯片的典型ADAS系统已经实现了0.25 TOPS(高端笔记本电脑性能的10倍)和2.5 TOPS(新的EyeQ4芯片)之间的飞跃，但机器人汽车已经超过了250 TOPS。”最后，“车辆的E/E[电气/电子]架构需要从分布式架构转变为带有域控制器的集中式架构，以便能够管理来自传感器的原始数据的融合。”

所以传感器越多越好？Boulay说:“有些人可能会这样认为，但出于成本或集成的原因，汽车中的传感器数量不会无限增加。”他预测自动化传感器的数量会在某个时候稳定下来。“主要区别在于软件水平和企业有效处理大量数据的能力。特斯拉等一些原始设备制造商仍然不使用激光雷达，而是押注于传感器和AI计算的结合，以实现高水平的自动化。”

客观地说，“有些OEM传感器会比其他的更好，差别在于软件和计算水平，”他补充道。

优化分组

车辆可能在晴天或大雨中行驶。传感器需要随时可用，以测量和监控变量。提高可用性的有效方法是部署冗余传感器来补偿可能的故障。法雷奥集团的丹尼在小组会议上说:“观察环境的方式一定不止一种。”“当你完全处于黑暗中或天气恶劣时，你需要许多方式和功能协同工作。”

传感器在人类视觉处于劣势时提供帮助，传感器的多样性使汽车在所有天气和光照条件下都很可靠。Boulay说:“相机在白天是好的，但在晚上，当有雾或下雨时，其他传感器不会像相机一样'瞎'，它仍然可以工作，但它处于降级模式。”

确保位置正确

就像人类的感觉一样，传感器必须战略性地定位，以持续反馈汽车周围的信息。然而，传感器的放置存在技术限制。例如，前灯中的冷凝水可能会阻止激光雷达工作。在下雪或寒冷的天气，霜冻可能会导致传感器故障。红外传感器不能穿透玻璃，也不能放在挡风玻璃后面。丹尼说，同样，给超声波传感器喷漆可能会改变它的声学特性。

沃尔沃的Matha表示，传感器的功耗也是一个关键挑战。“每个传感器消耗的功率在1-10w之间，如果加上所有具有ADAS功能的传感器，可以达到100或200 W，二氧化碳高达4 g。我们必须降低能耗。例如，在某些情况下，一些传感器保持在低功耗状态。”

热量管理是另一个需要考虑的限制。Matha表示，挡风玻璃后面的温度可能会达到90℃，可能没有合适的传感器。“例如，如果我们将它们放在另一个区域，如前灯，我们会有一些冷却系统，但这很复杂，也很昂贵。”

专家说模拟和驾驶测试可以帮助确定……传感器的最佳位置。

最重要的是“传感器的位置与OEM定位的用例密切相关。从我们在使用激光雷达进行高速公路自动驾驶的车辆上看到的情况来看，激光雷达处于中心位置，几乎与ADAS摄像头和远程雷达对齐。对于其他用例，如停车或城市驾驶，这些激光雷达单元的位置将有所不同，预计将位于车辆的侧面或角落。”

审美整合

Matha表示，沃尔沃汽车目前集成了20种传感器。很多都是完全隐藏的。例如，在沃尔沃XC90上，前停车摄像头位于格栅中，而侧摄像头位于每个车门后视镜中，后摄像头位于车牌上方。Matha说，“我们可以集成传感器，让它们看起来更漂亮。”

但是我们一定要把传感器藏起来吗？不能是函数吗？

对于时间来说，如果一辆汽车是一个智能产品，它应该看起来像，“没有什么应该被隐藏。”传感器小到可以完全集成，现在几乎没人注意到。然而，随着我们接近完全自主，在自动驾驶汽车的情况下，一些传感器“将需要变得非常突出”。360激光雷达需要完全可见，并且其位置不会受到影响。

更重要的是，Astheimer强调，设计师和工程师需要共同努力，使传感器适合车辆的身份。Deliver-E是由华威制造集团(WMG)、华威大学和Astheimer开发的电动送货车原型，它将摄像头集成在车辆侧面，并将激光雷达放在车辆后面的显著位置。

当被问及外部吊舱中集中传感器的相关性时，Boulay引用了Magneti Marelli的Smart Corner，它可以容纳激光雷达、雷达、相机和超声波等传感器，以及基于LED的照明功能，如自适应光束和数字光处理。他说:“原始设备制造商在制造过程中集成这些吊舱可能更容易，但一旦发生事故，为了保险或消费者，修理或更换这些吊舱的成本将非常高。”"必须在集成性、可修复性和成本之间找到平衡."

减轻认知负担

人机界面(HMI)不仅连接驾驶员和汽车，也连接驾驶员和外界。风险在于驾驶员会分散所有功能，错过重要的驾驶信息。

通过参与Volta Trucks的零电动货车的设计，Astheimer意识到了提高驾驶员警觉性的重要性。他说:“在伦敦，虽然重型旅行车辆只占总交通量的不到4%，但它们造成了弱势道路使用者，即行人和骑自行车者超过50%的死亡。”主要有两个原因:缺乏直接可见性和认知超载。

“认知是一个大问题，”阿斯泰默说。“我们需要确保ECU(电子控制单元)和CAN(控制器局域网)系统能够读取正确的信号，并以最清晰、最简单的方式显示信息，无论是触觉、听觉还是视觉。”

让安全变得酷

在之前的AutoSens大会上，Stead引用了专家组的评论，并询问专家们“让安全变酷”是否是销售联网汽车的关键。

“我们做生意是安全的，”玛莎说。“我们的客户需要安全，我们只能使用传感器来确保安全。因此，我们需要使用传感器来制造漂亮的汽车。”

还有一个方面要考虑。用户需要知道他们的汽车的智能水平，以保持对道路使用者及其周围环境的警惕。正如泰默所说，“通过让产品越来越安全，你让司机远离他正在做的事情。”“在增加车辆自主性的过程中，你可以通过简单的事情来帮助司机，但你正在让困难的事情变得更加困难。车辆越来越多，司机很容易分心。”

正如timer所说，至关重要的是，传感器和来自传感器的反馈信息可以帮助驾驶员保持对正在发生的事情的意识，而不仅仅是从外部吸引他。(编译/孟广伟)

对于ADAS和AV来说，可能永远不会有单一的、最有效的实现感知技术的方法。这个神奇的数字可能是六，因为每个汽车制造商都会以六个基本的考虑因素来决定如何以自己的方式实现它，这将导致每个人都创建自己独特的方法来将传感器集成到未来的车辆中。在AutoSens布鲁塞尔2020在线会议的闭幕式上，专家小组讨论了正确的传感器……以及如何确保设计不会危及安全，反之亦然。

与会者包括汽车嵌入式供应商法雷奥的视觉系统和高级驾驶辅助系统高级专家Patrick Denny。保罗-亨利·马萨；，沃尔沃汽车公司技术总监；罗伯特·斯特德；，Sense传媒集团董事总经理；此外，EE Times Europe还联系了yoledédevelopment(法国里昂)的技术和市场分析师Pierrick Boulay，了解Yole对汽车系统中各种传感器类型的采用和使用的看法。

正确的号码

越来越多的传感器部署在整车上，主动解决安全问题。今天我们的汽车里有多少传感器？需要多少传感器来进一步提高自主性？Yole的Boulay告诉EE Times:“如果我们考虑ADAS的传感器——超声波、雷达、感应相机、观察相机和激光雷达，我们估计车辆有10到20个传感器，具体取决于车辆类型。

自然高端车要比低端车或者性能和功能范围中等的车嵌入更多的传感器。

传感器将是解决高度自动化的关键，预计传感器的数量和类型将会增加。“我们希望为这些自动化水平安装35到40个传感器，”Boulay说。“传感器将变得更加具体，因为我们将看到用于短、中和远程应用的传感器。一个传感器无法覆盖所有应用。就传感器而言，每种应用或用例都有其规格和要求。”

越来越多的传感器只是冰山一角。传感器会产生大量数据，而系统则严重受限于其处理能力。Boulay表示，向前迈进并拥有足够的计算能力来处理这些传感器产生的所有数据将是一个关键功能。他说:“虽然使用英特尔-Mobileye芯片的典型ADAS系统已经实现了0.25 TOPS(高端笔记本电脑性能的10倍)和2.5 TOPS(新的EyeQ4芯片)之间的飞跃，但机器人汽车已经超过了250 TOPS。”最后，“车辆的E/E[电气/电子]架构需要从分布式架构转变为带有域控制器的集中式架构，以便能够管理来自传感器的原始数据的融合。”

所以传感器越多越好？Boulay说:“有些人可能会这样认为，但出于成本或集成的原因，汽车中的传感器数量不会无限增加。”他预测自动化传感器的数量会在某个时候稳定下来。“主要区别在于软件水平和企业有效处理大量数据的能力。特斯拉等一些原始设备制造商仍然不使用激光雷达，而是押注于传感器和AI计算的结合，以实现高水平的自动化。”

客观地说，“有些OEM传感器会比其他的更好，差别在于软件和计算水平，”他补充道。

优化分组

车辆可能在晴天或大雨中行驶。传感器需要随时可用，以测量和监控变量。提高可用性的有效方法是部署冗余传感器来补偿可能的故障。法雷奥集团的丹尼在小组会议上说:“观察环境的方式一定不止一种。”“当你完全处于黑暗中或天气恶劣时，你需要许多方式和功能协同工作。”

传感器在人类视觉处于劣势时提供帮助，传感器的多样性使汽车在所有天气和光照条件下都很可靠。Boulay说:“相机在白天是好的，但在晚上，当有雾或下雨时，其他传感器不会像相机一样'瞎'，它仍然可以工作，但它处于降级模式。”

确保位置正确

就像人类的感觉一样，传感器必须战略性地定位，以持续反馈汽车周围的信息。然而，传感器的放置存在技术限制。例如，前灯中的冷凝水可能会阻止激光雷达工作。在下雪或寒冷的天气，霜冻可能会导致传感器故障。红外传感器不能穿透玻璃，也不能放在挡风玻璃后面。丹尼说，同样，给超声波传感器喷漆可能会改变它的声学特性。

沃尔沃的Matha表示，传感器的功耗也是一个关键挑战。“每个传感器消耗的功率在1-10w之间，如果加上所有具有ADAS功能的传感器，可以达到100或200 W，二氧化碳高达4 g。我们必须降低能耗。例如，在某些情况下，一些传感器保持在低功耗状态。”

热量管理是另一个需要考虑的限制。Matha表示，挡风玻璃后面的温度可能会达到90℃，可能没有合适的传感器。“例如，如果我们将它们放在另一个区域，如前灯，我们会有一些冷却系统，但这很复杂，也很昂贵。”

专家说模拟和驾驶测试可以帮助确定……传感器的最佳位置。

最重要的是“传感器的位置与OEM定位的用例密切相关。从我们在使用激光雷达进行高速公路自动驾驶的车辆上看到的情况来看，激光雷达处于中心位置，几乎与ADAS摄像头和远程雷达对齐。对于其他用例，如停车或城市驾驶，这些激光雷达单元的位置将有所不同，预计将位于车辆的侧面或角落。”

审美整合

Matha表示，沃尔沃汽车目前集成了20种传感器。很多都是完全隐藏的。例如，在沃尔沃XC90上，前停车摄像头位于格栅中，而侧摄像头位于每个车门后视镜中，后摄像头位于车牌上方。Matha说，“我们可以集成传感器，让它们看起来更漂亮。”

但是我们一定要把传感器藏起来吗？不能是函数吗？

对于时间来说，如果一辆汽车是一个智能产品，它应该看起来像，“没有什么应该被隐藏。”传感器小到可以完全集成，现在几乎没人注意到。然而，随着我们接近完全自主，在自动驾驶汽车的情况下，一些传感器“将需要变得非常突出”。360激光雷达需要完全可见，并且其位置不会受到影响。

更重要的是，Astheimer强调，设计师和工程师需要共同努力，使传感器适合车辆的身份。Deliver-E是由华威制造集团(WMG)、华威大学和Astheimer开发的电动送货车原型，它将摄像头集成在车辆侧面，并将激光雷达放在车辆后面的显著位置。

当被问及外部吊舱中集中传感器的相关性时，Boulay引用了Magneti Marelli的Smart Corner，它可以容纳激光雷达、雷达、相机和超声波等传感器，以及基于LED的照明功能，如自适应光束和数字光处理。他说:“原始设备制造商在制造过程中集成这些吊舱可能更容易，但一旦发生事故，为了保险或消费者，修理或更换这些吊舱的成本将非常高。”"必须在集成性、可修复性和成本之间找到平衡."

减轻认知负担

人机界面(HMI)不仅连接驾驶员和汽车，也连接驾驶员和外界。风险在于驾驶员会分散所有功能，错过重要的驾驶信息。

通过参与Volta Trucks的零电动货车的设计，Astheimer意识到了提高驾驶员警觉性的重要性。他说:“在伦敦，虽然重型旅行车辆只占总交通量的不到4%，但它们造成了弱势道路使用者，即行人和骑自行车者超过50%的死亡。”主要有两个原因:缺乏直接可见性和认知超载。

“认知是一个大问题，”阿斯泰默说。“我们需要确保ECU(电子控制单元)和CAN(控制器局域网)系统能够读取正确的信号，并以最清晰、最简单的方式显示信息，无论是触觉、听觉还是视觉。”

让安全变得酷

在之前的AutoSens大会上，Stead引用了专家组的评论，并询问专家们“让安全变酷”是否是销售联网汽车的关键。

“我们做生意是安全的，”玛莎说。“我们的客户需要安全，我们只能使用传感器来确保安全。因此，我们需要使用传感器来制造漂亮的汽车。”

还有一个方面要考虑。用户需要知道他们的汽车的智能水平，以保持对道路使用者及其周围环境的警惕。正如泰默所说，“通过让产品越来越安全，你让司机远离他正在做的事情。”“在增加车辆自主性的过程中，你可以通过简单的事情来帮助司机，但你正在让困难的事情变得更加困难。车辆越来越多，司机很容易分心。”

正如timer所说，至关重要的是，传感器和来自传感器的反馈信息可以帮助驾驶员保持对正在发生的事情的意识，而不仅仅是从外部吸引他。(编译/孟广伟)

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