詳解車載感知系統(tǒng)

整個(gè)車載感知系統(tǒng)主要包括環(huán)境感知、車身感知與網(wǎng)聯(lián)感知三大部分其中，（1）環(huán)境感知：主要負(fù)責(zé)車輛從外界獲取信息，如附近車輛、車道線、行人、建筑物、障礙物、交通標(biāo)志、信號(hào)燈等，主要包括四大類別的硬件傳感器車載攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)；（2）車身感知：主要負(fù)責(zé)車輛對(duì)自身狀態(tài)的感知，如車輛位置、行駛速度、姿態(tài)方位等，主要包括慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航和高精度地圖；（3）網(wǎng)聯(lián)感知：主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)車輛與外界的網(wǎng)聯(lián)通信以此來獲得道路信息、行人信息等，主要包括各類路側(cè)設(shè)備、車載終端以及V2X云平臺(tái)等。環(huán)境感知、車身感知與網(wǎng)聯(lián)感知組成了車載感知系統(tǒng)四大硬件傳感器是自動(dòng)駕駛汽車的眼睛，是環(huán)境感知的關(guān)鍵。車載傳感器主要包括車載攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)四大類。自動(dòng)駕駛汽車首先是對(duì)環(huán)境信息與車內(nèi)信息的采集、處理與分析，這是實(shí)現(xiàn)車輛自主駕駛的基礎(chǔ)和前提。環(huán)境感知是自動(dòng)駕駛車輛與外界環(huán)境信息交互的關(guān)鍵，車輛通過硬件傳感器獲取周圍的環(huán)境信息，環(huán)境感知是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要多種傳感器實(shí)時(shí)獲取信息，各類硬件傳感器是自動(dòng)駕駛汽車的眼睛。自動(dòng)駕駛四大硬件傳感器的比較單車傳感器數(shù)量倍增，為高階自動(dòng)駕駛落地夯實(shí)基礎(chǔ)當(dāng)前自動(dòng)駕駛正處在L2向L3級(jí)別跨越發(fā)展的關(guān)鍵階段。其中，L2級(jí)的ADAS是實(shí)現(xiàn)高等級(jí)自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)，從全球各車企自動(dòng)駕駛量產(chǎn)時(shí)間表來看，L3級(jí)別自動(dòng)駕駛即將迎來大規(guī)模地商業(yè)化落地。隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別的提升，單車傳感器的數(shù)量呈倍級(jí)增加。預(yù)計(jì)自動(dòng)駕駛Level1-2級(jí)需要10-20個(gè)傳感器，Level3級(jí)需要20-30個(gè)傳感器，Level4-5級(jí)需要40-50個(gè)傳感器。Level1-2級(jí)別：通常具有1個(gè)前置遠(yuǎn)程雷達(dá)和1個(gè)攝像頭，用于自適應(yīng)巡航控制，緊急制動(dòng)輔助和車道偏離警告/輔助。2個(gè)向后的中程雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)檢測(cè)，外加4個(gè)攝像頭和12個(gè)超聲波雷達(dá)則可實(shí)現(xiàn)360度視角的泊車輔助功能。預(yù)計(jì)Level1-2的總傳感器數(shù)量約為10-20個(gè)左右。Level3級(jí)別：在Level1-2配置的基礎(chǔ)上，外加1個(gè)遠(yuǎn)程激光雷達(dá)，由于主動(dòng)距離測(cè)量，激光雷達(dá)還具有高分辨率，廣角和高精度的特點(diǎn)，這對(duì)于檢測(cè)和分類對(duì)象或跟蹤地標(biāo)以進(jìn)行定位將是必需的。對(duì)于高速公路領(lǐng)航系統(tǒng)（Highwaypilot）應(yīng)用，通常會(huì)額外增加1顆后向的遠(yuǎn)程激光雷達(dá)。預(yù)計(jì)會(huì)使用6-8個(gè)攝像頭，8-12個(gè)超聲波雷達(dá)和4-8個(gè)毫米波雷達(dá)，以及1個(gè)激光雷達(dá)，因此，預(yù)計(jì)Level3的傳感器總數(shù)量會(huì)在20-30個(gè)左右。Level4-5級(jí)別：通常需要多種傳感器進(jìn)行360°視角的交叉驗(yàn)證，以消除每種傳感器的弱點(diǎn)。預(yù)計(jì)會(huì)使用8-15個(gè)攝像頭，8-12個(gè)超聲波雷達(dá)和6-12個(gè)毫米波雷達(dá)，以及1-3個(gè)激光雷達(dá)，因此，預(yù)計(jì)用于Level4至5的傳感器總數(shù)量會(huì)在30-40個(gè)左右。L2-5級(jí)各類傳感器的搭配方案各級(jí)別自動(dòng)駕駛對(duì)傳感器數(shù)量的需求量從2021廣州車展來看，各家新車型均搭配多個(gè)激光雷達(dá)，以此來提前布局高階自動(dòng)駕駛，哪吒S配置了3-6顆混合固態(tài)激光雷達(dá)，售價(jià)在30萬以上的新車型普遍搭配了支持L3-L4級(jí)自動(dòng)駕駛所需要的各類傳感器（2+顆激光雷達(dá)、12顆超聲波雷達(dá)、7-10顆高清攝像頭、5+顆毫米波雷達(dá)）。以蔚來ET7為例，共搭載了多達(dá)33個(gè)高精度傳感器，包括1個(gè)超遠(yuǎn)距高精度激光雷達(dá)、11個(gè)800萬像素高清攝像頭、5個(gè)毫米波雷達(dá)、12個(gè)超聲波傳感器、2個(gè)高精定位單位、1個(gè)V2X車路協(xié)同感知系統(tǒng)和1個(gè)ADMS增強(qiáng)主駕感知，較蔚來ES8的25個(gè)傳感器還多了8個(gè)。2021年廣州車展智能駕駛硬件搭載方案簡介政策指引，助力高階輔助駕駛ADAS快速落地各國政策不斷刺激，助力高階輔助駕駛ADAS快速落地。美國在2011年開始就強(qiáng)制所有輕型商用車和乘用車搭載ESP系統(tǒng)，歐盟從2013年開始強(qiáng)制安裝重型商用車搭載LDW、AEB等功能，日本從2014年強(qiáng)制要求商用車搭載AEB系統(tǒng)，2019年歐盟與日本等40國達(dá)成草案，將于2020年起全部輕型商用車和乘用車強(qiáng)制安裝AEB系統(tǒng)。中國自2016年開始出臺(tái)各項(xiàng)政策，逐步強(qiáng)制商用車搭載LDW、FCW、LKA、AEB等ADAS功能。各國關(guān)于車輛主動(dòng)安全的相關(guān)政策各國新車測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不斷增加對(duì)主動(dòng)安全ADAS功能的權(quán)重。NCAP（NewCarAssessmentProgram，新車測(cè)試項(xiàng)目）是測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)新車型的車輛安全水平進(jìn)行全面評(píng)估，并直接面向公眾公布試驗(yàn)結(jié)果。NCAP是民間組織，不受政府機(jī)構(gòu)組織控制。碰撞測(cè)試成績則由星級(jí)表示，共有五個(gè)星級(jí)，星級(jí)越高表示該車的碰撞安全性能越好。在部分國家，AEB等系統(tǒng)已經(jīng)成為五行評(píng)級(jí)的必備條件。從各國NCAP的路線圖能夠看出，美國NHTSA從2011年就將LDW、FCW等指標(biāo)納入加分項(xiàng)，美國IIHS從2014年開始將FCW和AEB規(guī)定為最高評(píng)級(jí)的必備條件，歐盟Euro-NCAP從2014就將AEB納入評(píng)分體系，并不斷增加測(cè)試場(chǎng)景，中國C-NCAP從2017年首次納入AEB測(cè)試。各國對(duì)各類ADAS輔助駕駛系統(tǒng)的重視程度不斷提升，帶動(dòng)高階輔助駕駛的全面落地。各國NCAP規(guī)程中關(guān)于ADAS的相關(guān)要求多傳感器融合，定義自動(dòng)駕駛汽車的“慧眼”為了使汽車感知系統(tǒng)形成有效互補(bǔ)，多傳感器融合已成為眾多主機(jī)廠來提高自身智能駕駛能力的核心技術(shù)之一。為了應(yīng)對(duì)不同的場(chǎng)景和保證車輛的安全保證，多傳感器融合成為行業(yè)趨勢(shì)。多傳感器融合技術(shù)是對(duì)信息的多級(jí)別、多維度組合導(dǎo)出有用的信息，包含圖像信息、點(diǎn)云信息等，不僅可利用不同傳感器的優(yōu)勢(shì)，還能提高整個(gè)系統(tǒng)的智能化。多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理與人腦綜合處理信息的過程相似，在此過程中，智能駕駛汽車要充分地利用多源數(shù)據(jù)進(jìn)行合理支配與使用，而信息融合的最終目標(biāo)則是基于各傳感器獲得的分離觀測(cè)信息，通過對(duì)信息多級(jí)別、多方面組合導(dǎo)出更多有用信息。這不僅是利用了多個(gè)傳感器相互協(xié)同操作的優(yōu)勢(shì)，而且也綜合處理了其它信息源的數(shù)據(jù)來提高整個(gè)傳感器系統(tǒng)的智能化。多傳感器信息融合技術(shù)原理多傳感器融合技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)有提升感知系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，提升感知維度，進(jìn)而提升系統(tǒng)決策的可靠性和置信度，以及增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力?？傊?，多傳感器技術(shù)能夠利用空間或時(shí)間上的冗余或者互補(bǔ)信息，基于優(yōu)化算法對(duì)被觀測(cè)對(duì)象進(jìn)行更全全面的分析：提高感知的準(zhǔn)確度：多種工作原理的傳感器聯(lián)合互補(bǔ)，可以避免單一傳感器的局限性，最大程度上發(fā)揮各種傳感器的優(yōu)勢(shì)，能夠同時(shí)獲取被檢測(cè)物體多種不同的特征信息，漸少環(huán)境、噪聲等外界干擾；提升感知維度，提升系統(tǒng)決策的可靠性：多傳感器融合可帶來一定的信息冗余度，即使某一個(gè)傳感器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍然可以正常工作，具有較高的容錯(cuò)度，增加系統(tǒng)決策的可靠性和置信度；增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力：應(yīng)用傳感器融合技術(shù)采集的信息具有明顯的特征互補(bǔ)性，對(duì)空間和時(shí)間的覆蓋范圍更廣，彌補(bǔ)了單一傳感器對(duì)分辨率