01車(chē)載攝像頭是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的重要傳感器，在自動(dòng)駕駛汽車(chē)中車(chē)載攝像頭作為采集信息和分析圖像的主要途徑，可以實(shí)現(xiàn)物體設(shè)別、可通行空間識(shí)別、車(chē)道線識(shí)別等一系列功能。車(chē)載攝像頭主要包括內(nèi)置視攝像頭、后視攝像頭、前置攝像頭、側(cè)視攝像頭、環(huán)視攝像頭等。在當(dāng)今時(shí)代，安裝在自動(dòng)駕駛汽車(chē)上的攝像頭已經(jīng)成為了現(xiàn)代汽車(chē)的眼睛，沒(méi)有它們自動(dòng)駕駛也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而攝像頭這類(lèi)視覺(jué)感知硬件工作過(guò)程中必須保持清潔，才能正常的工作。但是車(chē)載攝像頭往往無(wú)保護(hù)的暴露在各種自然環(huán)境中，從開(kāi)發(fā)角度講如何最大程度的減少其工作中的污染程度是開(kāi)發(fā)工作者需要考慮的重要課題。

圖1 車(chē)載攝像頭分類(lèi)及分布情況（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）

減少攝像頭污染的常規(guī)方案

02雨雪、霧沙、塵霾都會(huì)使得攝像頭識(shí)別能力降低，而道路行駛必然會(huì)遇到塵土、水和其它污染。我們不能阻止這種情況發(fā)生，但是我們可以設(shè)計(jì)出性能更好的車(chē)輛，以降低污染物對(duì)車(chē)輛的影響。有些方案可以保持或助力攝像頭的清潔，例如用噴射水流清洗鏡頭，或是在鏡頭上鍍膜。然而鍍層并不耐久且成本高昂，而采用清潔方案則會(huì)增加重量，從而降低燃油效率、增加運(yùn)行成本。作為這種方法的替代，可以在設(shè)計(jì)階段利用虛擬仿真的手段模擬車(chē)輛污染分布以及污染路徑，進(jìn)而優(yōu)化傳感器位置或者建議車(chē)輛進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，進(jìn)而盡可能避免攝像頭污染。隨后還可以對(duì)攝像頭局部造型進(jìn)行調(diào)整進(jìn)而影響污染沉積。最終目的是開(kāi)發(fā)出造型最優(yōu)的攝像頭并保證其放置在最佳位置，盡可能避免污染或減小污染積淀。

 圖2 試驗(yàn)及仿真結(jié)果對(duì)比

污染虛擬仿真介紹

03車(chē)輛在環(huán)境較差路面上行駛，由于車(chē)輪旋轉(zhuǎn)、周?chē)鷼饬鲝穆访婢砥?，而?lái)自車(chē)體下方的空氣往往夾雜著塵土、碎石、污水等顆粒，隨著行程累計(jì)其帶來(lái)的污染、沖擊會(huì)直接影響攝像頭的可視性，進(jìn)而造成安全隱患。路面自污染工況較為明確，其為整車(chē)污染的最典型工況，而車(chē)輛自污染最為嚴(yán)重的側(cè)壁以及車(chē)輛尾部又為攝像頭重點(diǎn)布置區(qū)域，因此自污染虛擬仿真對(duì)攝像頭污染分析最為迫切。

車(chē)輛自污染虛擬分析的主要技術(shù)點(diǎn)包括外流場(chǎng)分析、離散相噴射模擬、液膜模擬、湍流模型的選擇等，分析方法包括格子波爾茲曼法（LBM），該方法主要優(yōu)勢(shì)是無(wú)需網(wǎng)格離散，前處理便捷，并且國(guó)外主機(jī)廠已有相關(guān)應(yīng)用，主要商用軟件包括Power flow、X flow等；另一類(lèi)方法基于有限體積法(FVM)，Starccm+、Fluent等經(jīng)典CFD軟件供應(yīng)商已提供類(lèi)似應(yīng)用，基于該方法需要網(wǎng)格離散，建模時(shí)間較長(zhǎng)。但兩種分析方法均能預(yù)測(cè)固體顆粒在車(chē)身表面的沉積濃度分布、運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而提供優(yōu)化攝像頭的布置位置的思路，降低其被污染、破壞的概率。

圖3 側(cè)面自污染虛擬仿真

小結(jié)

04現(xiàn)階段智駕產(chǎn)品測(cè)試無(wú)特定天氣、路面等要求，測(cè)試環(huán)境隨機(jī)，攝像頭功能失效閥值也尚處于研究階段，因此虛擬仿真得到的攝像頭區(qū)域的污染分布雖然可為前期攝像頭的布置提供支持，但量化評(píng)價(jià)還需推動(dòng)產(chǎn)品測(cè)試環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)指標(biāo)明確化等研究工作的進(jìn)一步落地。

圖4 自污染機(jī)理及入射定量試驗(yàn)研究

圖5 基于熒光法的污染物沉積定量研究

參考文獻(xiàn)

[1]:Experimental Investigation of the Droplet Field of a Rotating Vehicle Tyre. Published 2019-06-18 by SAE International in United States.

[2]:Advances in Experimental Vehicle Soiling Tests. WCX 2020 SAE World Congress Experience.

[3]:From Soiling to Stone Chipping – Simulation of Particle Trajectories and Impact in Time Averaged and Transient Flow Fields around Vehicles.