無人駕駛汽車感知系統零件布置

呂紅星

（中國第一汽車股份有限公司天津技術開發分公司）

無人駕駛汽車是智能汽車的一種，也稱為輪式移動機器人，主要依靠車內的以計算機系統為主的智能駕駛儀來實現無人駕駛的目的。中國自主研制的無人車——由國防科技大學自主研制的紅旗HQ3 無人車，于2011 年7 月14 日首次完成了從長沙到武漢長達286 km 的高速全程無人駕駛試驗，創造了中國自主研制的無人車在一般交通狀況下自主駕駛的記錄，標志著中國無人車在環境識別、智能行為決策和控制等方面實現了新的技術突破。文章通過研究無人駕駛自動化水平劃分、感知系統零部件特點，建立無人駕駛感知零件的布置要求及方法。

1 無人駕駛汽車自動化水平劃分

NHTSA（美國公路交通安全管理局）將車輛自動化水平分為 Level 0 至 Level 4[1]。

1）Level 0（無自動化）：駕駛人始終完全控制車輛行駛（制動、轉向、加速）；駕駛人還需承擔為安全駕駛所需的道路狀況監視的責任。2）Level 1（特定功能的自動化），類似巡航控制、自動制動、車道保持等：轉向、制動、加速當中有1 個或以上的控制功能被自動化，且各功能相互獨立；駕駛人可選擇將有限的駕駛操作權限交由系統控制，但仍始終擁有最終控制權，并對安全駕駛承擔全部責任。3）Level 2（各功能間的復合自動化），類似自適應巡航與車道保持的聯動：實現自動化的轉向、制動、加速等控制功能中有2 個或2 個以上可相互協調運作；即使在該情況下，駕駛人仍擁有最終控制權、對安全行駛負全部責任，且不論發生何種情況都必須在沒有提前預警時即刻接管操作權。4）Level 3（半自動駕駛）：在特定環境及交通狀況下，駕駛員可將所有“為確保安全的重要控制功能”交由系統控制，且對狀況變化的監視也可以交由車輛完成；僅在自動駕駛模式遇到功能界限時，駕駛人才需要親自進行駕駛操作，然而前提條件是系統擁有充足的時間將控制權交還駕駛員。5）Level 4（全自動駕駛）：在行駛過程中，所有的駕駛控制、周邊監視工作全部交由車輛完成；自動駕駛車輛的控制系統對行駛安全承擔全部責任。

2 無人駕駛的感知系統

實現汽車無人駕駛需要汽車擁有感知系統（類似人的眼睛、耳朵）、執行系統（類似人的四肢）、控制系統（類似人的大腦）、通信系統（類似人的耳朵、嘴巴）[2]。其中感知系統包括毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達和攝像頭[3]；執行系統包括制動、轉向、加速；控制系統包括整車控制器；通信系統包括車聯網、衛星導航等。感知系統用于感知汽車周邊環境，將獲得的環境信息傳輸給整車控制器，為整車控制器控制執行系統提供依據。

3 感知系統零部件特點

感知系統零部件的特點，如表1 所示。

表1 感知系統零部件特點

4 感知系統零部件布置

4.1 毫米波雷達布置

正向毫米波雷達一般布置在車輛中軸線[4]，外露或隱藏在保險杠內部。無法布置在中軸線上時，正向毫米波雷達與車輛Y0 平面偏移量為小于500 mm。雷達法線與路面夾角為小于5°。

側向毫米波雷達一般布置在車輛四角，左右對稱。雷達與行駛方向夾角為30°，誤差范圍為±3°。雷達法線與地面平行，誤差范圍為±3°。

毫米波雷達的布置高度（地面到雷達模塊中心點的距離）一般要求在500（滿載狀態）～800 mm（空載狀態）之間，如圖1 所示。

圖1 毫米波雷達布置圖

4.2 激光雷達布置

激光雷達的布置位置有3 種：1）激光雷達一般布置在車頂，保證開闊的探測范圍。例如谷歌無人駕駛汽車。2）激光雷達布置在前大燈內，大燈的清潔裝置能很好地保證激光雷達視野內的清潔。3）激光雷達布置在內后視鏡底座附近，且在雨刮刮掃區域內，并保證雷達視野邊緣距離刮掃邊緣50 mm 以上。

4.3 攝像頭布置

攝像頭的布置要求為：1）布置在內后視鏡底座附近，攝像頭的主光軸與Y0 面的距離＜50 mm。2）攝像頭主光軸盡量與X軸平行，保證攝像頭的有效上下視野[5]。3）攝像頭視場范圍內要求無遮擋，攝像頭視場與前風擋玻璃的相交區域要在刮掃區域內，并距離刮掃邊緣50 mm 以上，如圖2 所示。

圖2 無人駕駛汽車攝像頭布置圖

4.4 超聲波雷達布置

超聲波雷達探測距離小，因此超聲波雷達需求數量較多，要求超聲波雷達處在同一平面上，且前方無遮擋，一般裸露在保險杠上，顏色與保險杠一致，保證美觀性。

5 結論

無人駕駛車輛技術的發展已經從國家層面開始推動，而且越來越多的車企和互聯網公司開始投入更多的金錢和精力發展無人駕駛技術[6]。文章結合感知系統的特點，逐一介紹了感知系統零件的布置要求，可用于指導無人駕駛車輛感知系統的布置。車輛感知系統是車輛實現無人駕駛的關鍵，做好感知系統布置才能發揮其準確感知周邊事物的功能，實現車輛無人駕駛。