車輛運(yùn)動(dòng)傳感器：速度和角度傳感器提供車輛線控系統(tǒng)的相關(guān)橫行和縱向信息。慣性導(dǎo)航+全球定位系統(tǒng)=組合導(dǎo)航，提供全姿態(tài)信息參數(shù)和高精度定位信息。

環(huán)境感知傳感器：負(fù)責(zé)環(huán)境感知的傳感器類似于人的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)，如果沒(méi)有環(huán)境感知傳感器的支撐，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能。主要依靠激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)的數(shù)據(jù)融合提供給計(jì)算單元進(jìn)行算法處理。V2X就是周圍一切能與車輛發(fā)生關(guān)的事物進(jìn)行通信，包括V2V車輛通信技術(shù)、V2I與基礎(chǔ)設(shè)施如紅綠燈的通信技術(shù)、V2P車輛與行人的通信。

駕駛員監(jiān)測(cè)傳感器：基于攝像頭的非接觸式和基于生物電傳感器的接觸式。通過(guò)方向盤和儀表臺(tái)內(nèi)集成的傳感器，將駕駛員的面部細(xì)節(jié)以及心臟、腦電等部位的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，再根據(jù)這些部位數(shù)據(jù)變化，判斷駕駛員是否處于走神和疲勞駕駛狀態(tài)。

計(jì)算單元部分：各類傳感器采集的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到計(jì)算單元處理，為了保證自動(dòng)駕駛的實(shí)時(shí)性要求，軟件響應(yīng)最大延遲必須在可接受的范圍內(nèi)，這對(duì)計(jì)算的要求非常高。目前主流的解決方案有基于GPU、FPGA、ASIC等。

車輛控制：自動(dòng)駕駛需要用電信號(hào)控制車輛的轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、油門系統(tǒng)，其中涉及到車輛地盤的線控改裝，目前在具備自適應(yīng)巡航、緊急制動(dòng)、自動(dòng)泊車功能的車上可以直接借用原車的系統(tǒng)，通過(guò)CAN總線控制而不需要過(guò)度改裝。

警告系統(tǒng)：主要是通過(guò)聲音、圖像、振動(dòng)提醒司機(jī)注意，通過(guò)HMI的設(shè)計(jì)有效減少司機(jī)困倦、分心的行為。

2自動(dòng)駕駛的傳感器

攝像頭：主要用于車道線、交通標(biāo)示牌、紅綠燈以及車輛、行人檢測(cè)，有檢測(cè)信息全面、價(jià)格便宜的特定，但會(huì)受到雨雪天氣和光照的影響。由鏡頭、鏡頭模組、濾光片、CMOS／CCD、ISP、數(shù)據(jù)傳輸部分組成。光線經(jīng)過(guò)光學(xué)鏡頭和濾光片后聚焦到傳感器上，通過(guò)CMOS或CCD集成電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)圖像處理器（ISP）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RAW，RGB或YUV等格式的數(shù)字圖像信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口傳到計(jì)算機(jī)端。

激光雷達(dá)：激光雷達(dá)使用的技術(shù)是飛行時(shí)間法（Time of Flight）根據(jù)光線遇到障礙的折返時(shí)間計(jì)算距離。為了覆蓋一定角度范圍需要進(jìn)行角度掃描，從而出現(xiàn)了各種掃描原理。主要分為：同軸旋轉(zhuǎn)、棱鏡旋轉(zhuǎn)、MEMS掃描、相位式、閃爍式。激光雷達(dá)不光用于感知也應(yīng)用于高精度地圖的測(cè)繪和定位是公認(rèn)L3級(jí)以上自動(dòng)駕駛必不可少的傳感器。

毫米波雷達(dá)：主要用于交通車輛的檢測(cè)，檢測(cè)速度快、準(zhǔn)確，不易受到天氣影響，對(duì)車道線交通標(biāo)志等無(wú)法檢測(cè)。毫米波雷達(dá)由芯片、天線、算法共同組成，基本原理是發(fā)射一束電磁波，觀察回波與入射波的差異來(lái)計(jì)算距離、速度等。成像精度的衡量指標(biāo)為距離探測(cè)精度、角分辨率、速度差分辨率。毫米波頻率越高，帶寬越寬，成像約精細(xì)，主要分為77GHz和24GHz兩種類型 。

組合導(dǎo)航：GNSS板卡通過(guò)天線接收所有可見(jiàn)GPS衛(wèi)星和RTK的信號(hào)后，進(jìn)行解譯和計(jì)算得到自身的空間位置。當(dāng)車輛通過(guò)遂道或行駛在高聳的樓群間的街道時(shí)，這種信號(hào)盲區(qū)由于信號(hào)受遮擋而不能實(shí)施導(dǎo)航的風(fēng)險(xiǎn)。就需要融合INS的信息，INS具有全天候、完全自主、不受外界干擾、可以提供全導(dǎo)航參數(shù)（位置、速度、姿態(tài)）等優(yōu)點(diǎn)，組合之后能達(dá)到比兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的最好性能還要好的定位測(cè)姿性能。

3自動(dòng)駕駛傳感器的產(chǎn)品定義

這張表總結(jié)了常見(jiàn)自動(dòng)駕駛功能所使用的傳感器，以及各個(gè)傳感器的應(yīng)用。

針對(duì)L1、L2的自動(dòng)駕駛功能各國(guó)也紛紛出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，加速了市場(chǎng)的發(fā)展和產(chǎn)品落地。歐盟新車安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)(E-NCAP)從 2013 年起便在評(píng)分規(guī)則中增加了ADAS內(nèi)容，計(jì)劃到 2017 年速度輔助系統(tǒng)(SAS)、自動(dòng)緊急制動(dòng) (AEB)、車道偏離預(yù)警/車道偏離輔助(LDW/LKD)的加分要求為系統(tǒng)，裝機(jī)量達(dá)到100%。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)和高速公路安全保險(xiǎn)協(xié)(IIHS)也提出2022年將自動(dòng)緊急制動(dòng)(AEB)等 ADAS 功能納入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

自動(dòng)駕駛要求局限于車輛的ODD（Operational Design Domain），即設(shè)計(jì)適用范圍。城市道路+城際高速是自動(dòng)駕駛汽車普遍的適用范圍。我國(guó)城市封閉道路最高限速80公里／小時(shí)，高速公路限速120公里／小時(shí)。干燥的柏油路面摩擦系數(shù)是0.6，根據(jù)剎車距離公式：S=V*V/2gμ 去計(jì)算剎車距離得出第一行的表格，再結(jié)合自動(dòng)駕駛系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間和制動(dòng)系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間得出下表。

從兩個(gè)表格可以看出，剎車距離與速度的平方成正比，與摩擦系數(shù)成反比。當(dāng)摩擦系數(shù)一定時(shí)，剎車距離取決于車速，如果車速增加1倍，剎車距離將增大至4倍。摩擦系數(shù)μ主要與路面材質(zhì)和天氣相關(guān)。

自動(dòng)駕駛傳感器在中國(guó)最高限速120公里的情況下，探測(cè)距離達(dá)到150m就可以滿足需求了，自動(dòng)駕駛的技術(shù)開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景的速度來(lái)選擇所需要的傳感器，沒(méi)有必要一味追求傳感器的性能提高整體成本。

傳感器的分辨率和物體探測(cè)的關(guān)系可以用atan反正切函數(shù)來(lái)計(jì)算，圖中給出的公式多除以了個(gè)2，主要是為了保證在傳感器探測(cè)時(shí)當(dāng)最小角度是最小目標(biāo)一半時(shí)，任意情況都能覆蓋到某個(gè)像素保證分辨。避免物體恰好不是在一個(gè)角度內(nèi)而產(chǎn)生漏檢。

理論上分辨率0.4度時(shí)100m外就可以探測(cè)到一輛車，而在0.1度分辨率下400m外就能探測(cè)到。但檢測(cè)只是識(shí)別到有個(gè)物體并不代表能識(shí)別，從自動(dòng)駕駛的算法角度來(lái)講，比如激光雷達(dá)物體識(shí)別需要4到5條線掃描上才能識(shí)別出物體的類別。從這個(gè)角度看自動(dòng)駕駛系統(tǒng)如果用0.4度分辨率的激光雷達(dá)在50m范圍內(nèi)才能真正識(shí)別出一輛車。

自動(dòng)駕駛離不了多傳感器融合，其中激光雷達(dá)和攝像頭都是光學(xué)類的傳感器，核心零部件和處理電路相似。有望將兩個(gè)傳感器前端融合到一起，直接輸出R、G、B、X、Y、Z顏色+點(diǎn)云融合信息。在傳感器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合可大幅度降低后端的計(jì)算處理量。

其中以AEye為代表 ，其iDAR智能感知系統(tǒng)能夠瞬間將2D真實(shí)世界的色彩信息智能地疊加在3D數(shù)據(jù)上。其動(dòng)態(tài)掃描和發(fā)射圖紋技術(shù)、通過(guò)控制每束激光脈沖的掃描，可查詢每個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)和像素。

4自動(dòng)駕駛的大腦