- 智能網聯汽車傳感器技術與應用
- 行云新能科技（深圳）有限公司組編
- 21字
- 2024-05-10 14:23:08
能力模塊一 對環境感知與智能傳感器的基本認知
任務一 認知智能駕駛環境感知系統
學習目標
?了解環境感知系統的定義和組成。
?了解智能網聯汽車環境感知對象的組成。
?掌握環境感知傳感器的類型和配置。
?了解環境感知技術的未來發展趨勢。
?探索我國智能網聯環境感知產業的發展歷程，了解其重要性，樹立職業自豪感。
知識索引
情境導入
某品牌傳感器科技企業近期招聘了3名標定測試工程師實習生，他們對智能網聯汽車環境感知技術產業還不是很了解，你作為一名標定測試工程師，HR請你為3名新員工講解環境感知技術基礎知識以及行業發展趨勢。
獲取信息
引導問題1
在智能網聯汽車領域，智能網聯的核心技術就是感知、決策與執行，了解這些專業術語的含義是初學者入門的第一步，請查閱相關資料，簡述環境感知系統的定義。
________________________________________
________________________________________
________________________________________
環境感知系統的定義
智能網聯汽車環境感知系統相當于人的感官神經，它利用車載視覺傳感器、激光雷達、毫米波雷達、超聲波傳感器以及V2X通信技術等，獲取智能網聯汽車周圍的環境信息，包括車輛、行人、道路和環境等，以上信息經過處理后傳輸給車載控制單元（ECU），為智能網聯汽車的安全行駛提供及時、準確和可靠的決策依據，如圖1-1-1所示。
圖1-1-1 環境感知傳感器在智能網聯汽車上的應用
引導問題2
請查閱相關資料，答一答。
智能網聯汽車環境感知對象主要包括以下幾個方面？（ ）
A. 行車路徑
B. 周邊物體
C. 駕駛狀態
D. 駕駛環境
智能網聯汽車環境感知對象
隨著汽車智能化技術的發展，智能網聯車輛近幾年出現在人們的視野中，智能網聯技術的發展能給人們的生活帶來便利，同時也可以減少交通事故的發生。智能網聯汽車環境感知對象主要包括以下幾個方面。
（一）行車路徑
行車路徑是指車輛可行駛的道路區域，分為結構化道路和非結構化道路，如圖1-1-2和圖1-1-3所示。
結構化道路一般是指高速公路、城市干道等結構化較好的公路，這類道路具有清晰的道路標志線，道路的背景環境比較單一，道路的幾何特征也比較明顯，針對它的路徑識別主要包括行車線、行車路邊緣、道路隔離物。
非結構化道路一般是指城市非主干道、鄉村街道等結構化程度較低的道路，這類道路沒有車道線和清晰的道路邊界，再加上受陰影和水跡等的影響，道路區域和非道路區域難以區分，針對它的路徑識別主要包括路面環境狀況的識別和可行駛路徑的確認。
圖1-1-2 結構化道路
圖1-1-3 非結構化道路
（二）周邊物體
周邊物體主要包括車輛、行人和地面上可能影響車輛通過性、安全性的其他各種移動或靜止物體、各種交通標志和交通信號燈等。如圖1-1-4所示，特斯拉Model S行車時，通過前風窗玻璃上安裝的攝像頭的感知，可實現對前方環境中車輛、交通標志、行人及行車路段的識別。
圖1-1-4 周邊物體
（三）駕駛狀態
駕駛狀態包括駕駛人自身狀態和車輛自身行駛狀態的識別。
（四）駕駛環境
駕駛環境檢測主要包括路面狀況、道路交通擁堵情況和天氣狀況的識別。
引導問題3
請查閱相關資料，了解環境感知系統的組成，簡述主要的組成部分有哪些。
________________________________________
________________________________________
________________________________________
環境感知系統的組成
智能網聯汽車的環境感知系統由信息采集單元、信息處理單元和信息傳輸單元組成，如圖1-1-5所示。
（一）信息采集單元
對環境的感知和判斷是智能網聯汽車工作的前提和基礎，感知系統獲取周圍環境和車輛信息的實時性和穩定性，直接關系到后續檢測或識別的準確性和執行的有效性。
信息采集單元主要包括慣性元件、超聲波傳感器、激光雷達、毫米波雷達、視覺傳感器、定位導航及車載自組織網絡等。
圖1-1-5 環境感知系統的組成
（二）信息處理單元
信息處理單元主要是對信息采集單元輸送來的信號，通過一定的算法對道路、車輛、行人、交通標志和交通信號燈等進行識別，為智能網聯汽車安全行駛提供保障。
（三）信息傳輸單元
信息處理單元對環境感知信號進行分析后，信息送入傳輸單元，傳輸單元根據具體情況執行不同的操作。信息傳輸單元包括顯示系統、報警系統、傳感器網絡和車載自組織網絡。顯示系統是把信息處理單元傳輸來的重要信息顯示出來，供駕駛員觀看。
報警系統是把信息處理單元傳輸來的危險信息用報警的方式提供給駕駛員，如信息處理單元分析信息后確定前方有車輛，并且本車與前方車輛之間的距離小于安全距離，報警系統就會啟動，如圖1-1-6所示。
信息傳輸單元把信息傳輸到傳感器網絡上，可以實現車輛內部信息資源共享。車載自組織網絡把信息處理單元傳輸來的信息傳輸給車輛周圍的其他車輛，實現車輛與車輛之間的信息共享。
圖1-1-6 車輛碰撞報警系統
引導問題4
請查閱相關資料，智能網聯汽車上一般搭載多少個傳感器，以實車為例。
________________________________________
________________________________________
________________________________________
環境感知傳感器的配置
智能網聯汽車的環境感知傳感器主要有超聲波傳感器、毫米波雷達、激光雷達、單/雙/三目攝像頭、環視攝像頭等，它們在智能網聯汽車上的配置與自動駕駛級別有關，自動駕駛級別越高，配置的傳感器越多。
典型環境感知傳感器基本配置見表1-1-1。
表1-1-1 典型環境感知傳感器基本配置
隨著汽車智能化和網聯化技術的發展，智能網聯汽車配置的先進傳感器的數量將會逐漸增加，預計無人駕駛汽車將會裝配40個左右的先進傳感器。
以國產品牌蔚來為例，蔚來ET7（圖1-1-7）搭載了33個傳感器，其中包括1個超遠距高精度激光雷達、7個800萬像素高清攝像頭、4個300萬像素高感光環視專用攝像頭、1個駕駛員增強感知單元、5個毫米波雷達、12個超聲波傳感器、2個高精度定位單元和V2X車路協同單元。
圖1-1-7 蔚來ET7
引導問題5
請查閱相關資料，簡述環境感知技術未來的發展趨勢。
________________________________________
________________________________________
________________________________________
環境感知技術未來的發展趨勢
對于全球汽車市場而言，平臺化、輕量化、節能化、電子化、智能化以及安全化等已成為汽車領域發展的主要方向。為了搶占未來汽車產業的高地，傳統汽車主機廠商紛紛布局自動駕駛領域，與此同時，全球科技巨頭如谷歌、英偉達、Mobileye、百度等在自動駕駛領域的表現也非常積極。
雖然自動駕駛在全球范圍內已掀起浪潮，但是在技術方面對于各主機廠而言依然存在挑戰。目前，自動駕駛的痛點在于穩定可靠的感知及認知，包括清晰的視覺、優質的算法、多傳感器融合，以及高效強大的運算能力。根據目前的自動駕駛案例分析，由自動駕駛引發的安全事故中，相關傳感器的可能誤判也成了主要原因之一。多個傳感器信息融合、綜合判斷無疑成為提升自動駕駛安全性及賦能車輛環境感知的新趨勢。多傳感器融合可顯著提高系統的冗余度和容錯性，從而保證決策的快速性和正確性，是自動駕駛技術發展的必然趨勢。
拓展閱讀
40頁141次！對中國封鎖最嚴重的高科技竟是傳感器
據工業和信息化部電子科技委員會專家預測，到2035年，智能網聯汽車將占全球新車市場的25%左右。作為智能網聯汽車的核心裝備之一，傳感器的市場需求將隨之大幅增長，蘊藏著巨大商機。對國內傳感器廠商來說，增強自主創新能力、縮短與發達國家差距的任務仍十分艱巨。
通過前面的學習，我們可以了解到，智能網聯汽車環境感知技術的發展離不開各種傳感器，在2013年前后，我國智能網聯汽車產業還存在明顯短板。一是尚未形成國家層面的發展戰略，缺乏大型國家項目支撐；二是技術基礎薄弱，在車載高性能傳感器以及汽車電子、電控系統、專用芯片等關鍵基礎零部件領域，核心技術與產品主要被國外企業掌握；三是自主零部件企業相對弱小，行業缺乏有效協同研發機制；四是標準法規及測試能力建設相對滯后。
如今，我國智能網聯汽車在整車集成、關鍵技術研發及產業化等方面進步明顯，關鍵技術與智能網聯整車產業化節奏保持協同。關鍵部件方面，毫米波雷達、車規級激光雷達、大算力計算芯片等已取得自主突破，開始進入量產前裝，逐步對國際產品形成替代。網聯化技術方面，我國已形成C-V2X芯片、終端和系統全產業鏈。整車集成方面，國內多數車企量產了L2級輔助駕駛汽車，實現大規模商業化應用。
國內主要的智能網聯汽車代表是百度阿波羅（Apollo）L4級別的自動駕駛車輛。2022年7月21日發布的百度Apollo RT6量產無人駕駛汽車配備了38個傳感器硬件，配合Apollo最新一代無人駕駛系統和1200TOPS高算力計算單元，具備了L4級自動駕駛能力，從容應對中國城市各種復雜道路的無人駕駛場景。
國際上，美國的特斯拉（Tesla）公司在自動駕駛這一領域保持領先，尤其在環境感知這一方面，特斯拉從2022年10月取消了旗下車輛的超聲波雷達傳感器，標志著特斯拉徹底拋棄了傳感器融合方案，走純視覺方案，全車僅有8個攝像頭傳感器。
在美國主導的2021年11月更新的《瓦森納協定》中，“sensor”（傳感器）一詞出現的次數多達141次，而目前因華為無芯可用，備受公眾矚目的芯片“Integrated Circuit”（集成電路），全文出現次數為76次，“semiconductor”（半導體）一詞全文出現52次。傳感器技術受制裁的范圍之廣，種類之多，在瓦森納協定的各項管制技術中，絕對排名前列！
面對國外各種技術的封鎖，我國的智能網聯汽車企業展現出不屈不撓的精神，經過十余年的探索和發展，我國制造的傳感器已經從受制于人走向技術突破，從自主創新走向世界。
任務分組
學生任務分配表
工作計劃
按照前面所了解的知識內容和小組內部討論的結果，制定工作方案，落實各項工作負責人，如任務實施前的準備工作、實施中主要操作及協助支持工作、實施過程中相關要點及數據的記錄工作等，并將結果填入工作計劃表中。
工作計劃表
進行決策
1. 各組派代表闡述資料查詢結果。
2. 各組就各自的查詢結果進行交流，并分享技巧。
3. 教師結合各組完成的情況進行點評，選出最佳方案。
任務實施
評價反饋
1. 各組代表展示匯報PPT，介紹任務的完成過程。
2. 請以小組為單位，對各組的操作過程與操作結果進行自評和互評，并將結果填入綜合評價表中的小組評價部分。
3. 教師對學生工作過程與工作結果進行評價，并將評價結果填入綜合評價表中的教師評價部分。
綜合評價表
