ADAS 传感器

ADAS 和自动驾驶功能需要源源不断地获取车辆周围环境的信息，而传感器的工作就是提供这些信息。

传感器不仅要检测驾驶员能看到的一切，还要检测驾驶员看不到或没有注意到的一切。目前已在使用的传感器种类繁多，在性能、成本和封装方面各有优缺点，而且越来越多的 ADAS 功能需要使用一种以上的传感器。每种类型的传感器都有公认的优缺点，因此通过将不同的技术相结合，可以完善 ADAS 功能。这种传感器技术的融合正迅速成为一种常态--接下来的任务就是准确、快速地处理来自多个来源的大量数据。

另一个需要考虑的因素是传感器的坚固性和耐用性。虽然有些传感器可以安装在车厢内，但许多传感器需要安装在车外的极端位置，如保险杠四角和进气格栅后面等易受攻击的地方，而这些地方对于高科技设备来说可能是恶劣的环境。汽车保险业和维修业也对车辆发生事故时昂贵的传感器更换或重新校准问题表示担忧。

自动驾驶辅助系统（ADAS）的日益普及和自动驾驶汽车的不断发展，推动了传感器技术的加速进步。在物体检测和分类方面，许多已投入使用的系统仍处于相对基础的水平，距离将 ADAS 功能提升到完全自主应用还有很长的路要走。例如，目前的系统在识别特定形式以外的行人时可能会遇到困难。如果行人穿着明显改变其轮廓的衣服，或携带大型物体，或身高低于某一特定高度，系统可能无法识别。不过，随着技术的发展，这些局限性将不可避免地得到解决。

目前的 ADAS 传感器技术可分为四大类，下面我们将详细介绍。

雷达--无线电探测和测距的缩写--是一种成熟的技术，它通过测量发射的无线电波从其路径上的任何物体反射回来所需的时间来探测物体。雷达最初是由多个国家在第二次世界大战前同时开发的军事用途，如今它已广泛应用于陆地、海洋、空中和太空。雷达在汽车系统中的应用已有数年时间，因此其硬件已相当完善，价格也相对低廉，对汽车制造商很有吸引力。

在 ADAS 应用中，雷达可分为三类：短程雷达 (SRR)、中程雷达 (MMR) 和远程雷达 (LRR)。
SRR 系统传统上使用 24 千兆赫的微波，但由于 24 千兆赫频率的带宽有限以及不断变化的监管要求等原因，行业已转向 77 千兆赫。SRR 的有效范围约为 10 米，最远可达 30 米，适用于盲点检测、变道辅助、泊车辅助和交叉交通监控系统。

MRR 和 LRR ADAS 功能已经使用 77 GHz 频率，该频率可提供更高的分辨率（相对而言）和更高的速度与距离测量精度。MRR 的工作范围在 30 米至 80 米之间，而 LRR 系统在某些情况下可延伸至 200 米，因此适用于自适应巡航控制、前撞预警和自动紧急制动等系统。LRR 的缺点之一是其测量天使随距离的增加而减小，因此某些功能（如自适应巡航控制）需要结合 SRR 和 LRR 传感器的输入。

除了技术成熟之外，雷达在 ADAS 应用中的其他主要优势还在于它能够在恶劣天气（如雨、雪、雾）和夜间有效发挥作用。不过，雷达的局限性也同样为业界所公认，即雷达的分辨率不足以识别物体，只能说物体就在那里。在汽车应用中，雷达的视场也很有限，因此需要在车辆上安装多个传感器才能提供适当的覆盖范围。此外，使用 24 GHz 频率的 SRR 难以区分多个目标。

在所有 ADAS 传感器技术中，超声波技术是最古老、最成熟的技术--蝙蝠使用这种技术已有大约 5000 万年的历史--超声波系统在工业、科学研究和医学领域都有广泛的应用。

超声波传感器又称超声波换能器，其有效工作范围相对较短，约为 2 米，因此通常用于低速系统。一段时间以来，超声波传感器在泊车传感器中的应用已十分广泛，但在更复杂的 ADAS 功能中，如泊车辅助、自动泊车和某些盲点监测应用中，它们也占有一席之地。超声波传感器具有成本效益高、相对坚固可靠的特点，而且不受夜间或其他光线条件（如明亮的弱光）的影响。

然而，由于现有超声波传感器的探测范围有限，一些制造商放弃了超声波传感器，转而使用短程雷达。最新的后方交叉交通/行人警报系统尤其如此，该系统结合了现有的泊车传感器技术和额外的盲点检测功能，尽管超声波技术的最新发展已使一些传感器的探测范围扩大到 8-10 米左右，使其适用于此类应用。

激光雷达最初开发于 20 世纪 60 年代，用于气象、测量和制图，但最近被用于 ADAS 和自动驾驶汽车开发应用。除特斯拉外，汽车行业普遍认为激光雷达是 ADAS 和自动驾驶应用的最佳解决方案。

激光雷达有两种基本类型，但都采用测量反射激光的基本原理。第一种是将脉冲激光发射到旋转镜上，旋转镜将激光束向多个方向辐射。这些系统非常有效，射程可达 300 米或更远，如果安装在车顶，则可提供 360° 的清晰视野。不过，由于体积庞大，它们无法在量产车辆上用于 ADAS 功能，而且价格昂贵。同一主题的另一种更紧凑、更适合 ADAS 的变体采用了 微机电系统 (MEMS) 以技术为基础的旋转镜来辐射激光束。

第二种被称为固态激光雷达，目前正在开发几种不同类型的激光雷达。一种是通过光学相控阵发射单束激光，以便将光束引向多个方向；另一种是所谓的闪光激光雷达，使用单脉冲或闪光激光来生成图像。

这两种主要系统各有利弊。固态激光雷达更适合在汽车上使用，因为它更坚固耐用，但在每种情况下，发射的激光都会从范围内的任何物体上反射回来，并被一个高灵敏度的光电探测器接收，然后将信息转换成周围环境的三维模型。

正是由于三维模型的细节和分辨率，激光雷达才有可能成为如此强大的工具。利用适当的分析算法，激光雷达系统能够在高分辨率的三维环境中探测物体、区分物体并准确跟踪物体。激光雷达在雨雪天气也能很好地工作，不过会受到雾的不利影响，而且其功能在夜间不受影响。

一直以来，激光雷达在量产汽车上的应用都过于昂贵，但随着技术的完善和成本的降低，激光雷达在 ADAS 开发中的应用正变得越来越普遍。完全自动驾驶汽车原型已经使用了笨重的车顶激光雷达系统，取得了良好的效果，但对于商业 ADAS 应用来说，这样的设置并不实用，而且成本过高。就目前而言，激光雷达系统的体积足够小巧，价格也足够低廉，可以安装在量产车上，但其探测距离相对有限，只有几十米，而不是几百米，因此只能在较低的车速下发挥作用。

它们有自己的局限性--即在恶劣天气、微光或具有挑战性的光线条件下性能容易受到影响--但与雷达或超声波传感器等相比，这种技术虽然相对较新，但已经具备了一定的能力和用途。与其他传感器不同的是，摄像机是唯一能够识别颜色和对比度信息的传感器，因此非常适合捕捉路标和道路标记信息，而且摄像机还具有对行人、骑自行车者和骑摩托车者等物体进行分类的分辨率。摄像头的成本效益也非常高，因此对销量大的汽车制造商特别有吸引力。由于该技术的局限性，摄像头传感器的数据正越来越多地与雷达相结合，以便在更广泛的条件下提供更强大、更可靠的数据流。

摄像头既可用于单目 ADAS 应用，也越来越多地用于双目 ADAS 应用。前向单目摄像头系统具有中远程功能，如车道保持辅助、交叉交通警报和交通标志识别系统。后向摄像头主要作为驾驶员的倒车辅助系统而得到广泛应用。汽车后方区域的镜像视图会显示在仪表盘安装的屏幕上，在某些情况下还会增强与方向盘移动相关的位置图形，以提供泊车指导。

面向前方的双目或立体摄像机是最近才发展起来的。一对摄像头能够呈现本质上的三维图像，为计算复杂的深度信息（如与移动物体的距离）提供必要的信息，因此适用于主动巡航控制和前撞预警应用。

热成像技术是摄像头技术的另一个分支，已在 ADAS 开发领域占据一席之地。红外热像仪不使用可见光，也不使用极少的可见光，而是非常适合探测人类和动物，尤其是在能见度较低的条件下或夜间，或者仅仅是在繁忙而杂乱的驾驶环境中。同样，热成像技术在汽车行业也得到了广泛应用，大约 10 年前，该技术首次作为被动夜视辅助系统出现在高端品牌车型上。

红外热像仪的测距范围可达 300 米左右，不受雾气、灰尘、阳光不足造成的眩光以及完全黑暗的影响，在 ADAS 开发人员的传感器技术库里发挥着重要作用。