智能汽車(chē)的“超級感知(zhī)力”:傳感器融合技術,使車(chē)輛像人類一(yī)樣感知(zhī)世界

 行業動态     |      2023-09-13 15:43:17

高級駕駛輔助系統(ADAS)、自動駕駛車(chē)輛和電(diàn)動汽車(chē)(EV)市場持續發展,爲今日的汽車(chē)設計工(gōng)程師帶來種種挑戰。ADAS和自動駕駛車(chē)輛的計算能力正在迅速擴展,但它們需要一(yī)整套傳感器來提供數據以作運算基礎。設計工(gōng)程師還須匹配傳感器套件的功能和自動駕駛系統的需求,爲車(chē)輛提供足夠的輸入内容,以實現安全和高效的行駛。此外(wài),設計工(gōng)程師還必須選擇多用途的傳感器,優化各個傳感器設備所占用的空間和重量,這種技術被稱爲“傳感器融合技術(sensor fusion)”。

ADAS技術以及自動駕駛性能日益進步,可以越來越明顯看出,車(chē)輛的感測技術不能僅停留在視覺和雷達性能上,未來的車(chē)輛将會需要具備能夠監測環境的自動化系統,這對車(chē)輛的感知(zhī)能力提出了更高的要求。這些車(chē)輛需要像人類一(yī)樣結合視覺、聽(tīng)覺和觸覺來感知(zhī)周圍的環境。這些不同輸入的組合使得車(chē)輛能夠全面地了解周圍環境狀況,并采取适當的應對措施。

電(diàn)動汽車(chē)呈現爆炸性普及,爲保證乘客的舒适性和安全性,也對道路噪聲的管理提出了新的要求。燃油車(chē)時代,發動機産生(shēng)相對穩定的背景噪音,這有助于掩蓋令人煩躁的道路噪音。而在沒有引擎的電(diàn)動汽車(chē)中(zhōng),乘客感受到的道路噪音更明顯,導緻更大(dà)的不适和分(fēn)心,分(fēn)散駕駛員(yuán)的注意力也不利于安全駕駛。

距的感測能力

駕駛輔助感知(zhī)的最常見方法是視線(line-of-sight, LOS)傳感器,包括攝像頭、雷達和光學雷達(LiDAR)等裝置,它們相互配合,檢測車(chē)輛可視範圍内的障礙物(wù)或危險。雖然這些感測方法有助于對于高效的ADAS和自動駕駛汽車(chē)技術,但并不能提供全方位的信息數據。

聲音和觸覺對于駕駛員(yuán)與自動駕駛系統來說,都是很有價值的輸入信息。外(wài)部麥克風可以檢測到一(yī)系列潛在的危險,而這些是視線傳感器很難或無法感知(zhī)到的。通過聲音感測,可以在看車(chē)輛(例如:緊急救援車(chē)輛)前就對其進行探測和三角測量。與視覺線索相比,聲音和觸覺捕獲到的道路噪音可以更好地評估不良路面狀況,比如路面破損或砂石。攝像頭可以檢測到暴雨,但結合聲音更容易判斷暴雨的嚴重程度。

這些傳感器還可通過連續的基于條件的監控,提升安全性。通過分(fēn)析汽車(chē)本身的聲音或振動後,自動化系統可以及早發現并解決問題或故障。這對ADAS系統幫助很大(dà),而且對于自動駕駛車(chē)輛來說也是必要的,因爲自動駕駛車(chē)輛必須能夠應付行駛過程中(zhōng)出現的任何問題。

除了聲音,駕駛員(yuán)還能通過觸覺來了解車(chē)輛是否撞上東西或被撞到,或者受到了任何不尋常的外(wài)力,例如路面凍冰。利用精密加速度計爲車(chē)輛系統增添觸覺感知(zhī)功能,使車(chē)輛可以對視覺傳感器可能無法檢測的一(yī)系列刺激做出反應。檢測到撞擊的方向和力度,可以告訴車(chē)輛是否需要刹車(chē)、發出警報,或者隻是記錄下(xià)發生(shēng)的情況,以便進行複查或維修。這項功能對自動駕駛汽車(chē)尤爲重要,但也能爲較傳統汽車(chē)帶來價值。

通過升級感測性能提升駕駛安全

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聲音和觸覺傳感器功能有助于提升車(chē)輛在高速公路行駛的安全性。這些新型傳感器可以經由多種方式提高安全系數、提升駕駛員(yuán)對行駛狀态的感知(zhī),并爲自動駕駛汽車(chē)這一(yī)“車(chē)載數據中(zhōng)心”提供信息。

組合使用内部和外(wài)部麥克風可實現道路降噪技術(road noise cancellation, RNC),這是對預測性的主動降噪技術(active noise cancelling, ANC)的改進。雖然RNC與ANC有相似之處,例如皆可幫助消除環境噪音,不過采用傳感器并可實時響應的RNC不僅能夠抵消引擎發出的噪音,還有車(chē)輛外(wài)不可預測的聲音,比如來自路面破損或風等來源。這類噪音會産生(shēng)一(yī)種催眠效果(想象一(yī)下(xià)潺潺小(xiǎo)溪或綿綿細雨的聲音),足以導緻駕駛員(yuán)疲勞駕駛或高速公路上瞌睡。利用RNC抵消了這些噪音,不但使得車(chē)内更安靜、更舒适,在行駛時也更加安全。這項技術對于電(diàn)動汽車(chē)尤爲重要,因爲如果沒有RNC技術,相比于燃油車(chē),車(chē)缺少内燃機的聲音來抑制背景噪音,電(diàn)動汽車(chē)的乘客将感受到極爲明顯的道路噪音,從而産生(shēng)不适或更易分(fēn)心。

使用内部和外(wài)部麥克風以及RNC傳感器的ANC系統,可用于噪音非常大(dà)的車(chē)輛,例如建築用卡車(chē)、農用車(chē)和飛機。對于這些應用,消除噪音不僅有助于防止駕駛疲勞,還可以藉由降低環境噪音音量來幫助保護駕駛員(yuán)的聽(tīng)力。使用傳感器實時測量聲音,可以獲得更好的實施效果,從而減少車(chē)内噪音對駕駛員(yuán)的危害。

外(wài)部音頻(pín)傳感器協助ADAS系統建立起車(chē)輛周圍環境的全貎。這些麥克風以三角測量方式檢測潛在危險的方向和動作,實現“用聲音觀看(seeing with sound)”的功能,從而幫助填補車(chē)輛視覺和雷達傳感器無法檢測到的空白(bái)。無論對于測量轉角處緊急車(chē)輛的接近,還是追蹤隐藏在盲點中(zhōng)的車(chē)輛,這些傳感器都能夠提供有價值的信息。

自動駕駛車(chē)輛依賴傳感器來監控環境,聲音和觸覺的傳感器發揮了關鍵的作用。麥克風的輸入方式與ADAS的應用類似,對攝像頭和雷達無法感知(zhī)的空白(bái)部分(fēn)進行填補,從而建構車(chē)輛周圍環境的完整情景。通過配備觸覺傳感器,車(chē)輛就能夠對碰撞或外(wài)力做出反應,這是無人駕駛車(chē)輛的一(yī)項重要功能。随着車(chē)輛開(kāi)始實施先進的ADAS功能并自動監控周圍環境,這些感測功能将會帶來更高的安全邊際。

透過監控車(chē)輛使用狀況來改進設備的健康狀況,這也有助于提高車(chē)輛的安全性。聽(tīng)覺和觸覺傳感器通常能夠通過分(fēn)析引擎或底盤的噪音變化,相比駕駛員(yuán)或其他的傳感器更早地發現機械的缺陷。及早檢測有缺陷或已磨損的零件,可降低車(chē)輛的維護和修理成本,同時有助于減少車(chē)輛在道路上發生(shēng)故障的次數,減少危險。

車(chē)輛的傳感器融合技術

傳感器融合技術意味着車(chē)輛中(zhōng)的每個感測裝置都具有多種功能,可實現多樣化的特性和能力,而且優化所占用的空間和重量。這種多功能性十分(fēn)重要。自動駕駛車(chē)輛和ADAS技術的感測必須依賴越來越多的信息,但不可能無限制地增加傳感器數量,設計人員(yuán)必須使用能夠爲多個系統和多項功能提供輸入内容的傳感器。

将多功能的聽(tīng)覺和觸覺傳感器納入設計工(gōng)作,對生(shēng)産更加安全和更加強大(dà)的自動駕駛或配備ADAS的車(chē)輛極爲重要。工(gōng)程師在設計過程中(zhōng)越早整合這些技術越好。與在傳感器工(gōng)程技術方面擁有堅實基礎,以客戶爲中(zhōng)心,并且具備适應性和靈活性的公司進行合作,這是十分(fēn)重要的。Molex莫仕已協助客戶将百萬個以上的傳感器配置在車(chē)輛上,我(wǒ)們能夠提供專業的工(gōng)程專業知(zhī)識、合作設計靈活性和全球制造基地,可爲車(chē)輛的感測技術挑戰提供定制化解決方案。

通過融合來自多種感測功能的反饋信息,可讓車(chē)輛像人一(yī)樣感知(zhī)周圍環境,這些技術将成爲自動駕駛的關鍵步驟。