在實現(xiàn)先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛車（AV）的感測技術(shù)時,，可能永遠不會存在一種最有效的方法，因為每一家汽車制造商都會依據(jù)六項基本因素,，決定如何以其獨特方法將傳感器整合至未來的車輛中,。在 AutoSens Brussels 2020 在線會議閉幕前的一場專題討論,，業(yè)界專家們就如何正確搭配使用各種傳感器，以及如何確保設(shè)計不至于損害安全性進行了討論,。
參與專題討論的業(yè)界專家包括汽車嵌入式產(chǎn)品供貨商 Valeo 的視覺系統(tǒng)和 ADAS 資深專家 Patrick Denny,、富豪汽車（Volvo Car Corp.）技術(shù)主管 Paul-Henri Matha、Sense Media Group 執(zhí)行董事 Robert Stead,，以及設(shè)計公司 Astheimer Ltd 設(shè)計總監(jiān) Carsten Astheimer,。筆者還與法國市場研究公司 Yole Développement 的技術(shù)和市場分析師 Pierrick Boulay 取得聯(lián)系,，了解 Yole 對汽車系統(tǒng)中各類傳感器的應(yīng)用有何見解。
圖 1：汽車制造商依據(jù)六項基本因素將傳感器整合于汽車中,。
多少傳感器才合適,？
現(xiàn)在的車輛中采用了越來越多的傳感器以有效解決安全問題。如今的車輛中有多少個傳感器,？到底需要多少個傳感器才能進一步提高車輛自動駕駛的等級,？Yole 的 Boulay 告訴筆者，“如果將 ADAS 的傳感器也考慮在內(nèi),，如超音波,、雷達、感測攝影機,、視角攝影機和光達（LiDAR）,，估計一輛車有 10~20 個傳感器，具體取決于車型,?！碑?dāng)然，相較于低階或中階車款,，在高階車款中嵌入的傳感器更多,。
傳感器是為車輛實現(xiàn)高度自動化的關(guān)鍵，自動化的程度越高,，所需要的傳感器數(shù)量和類型都將隨之增加,。“要實現(xiàn)高層級的自動化,，預(yù)計要使用 35~40 個傳感器,。”Boulay 說,，“針對短距離,、中距離和長距離等不同應(yīng)用，傳感器的選擇也有所不同,。一個傳感器不可能適合所有應(yīng)用,，每一種應(yīng)用或場景都有不同的傳感器規(guī)格與要求?！?/p>
不斷增加的傳感器數(shù)量只是人們所看到的一小部份,。傳感器將產(chǎn)生巨量的數(shù)據(jù)，而系統(tǒng)受到了處理能力的嚴重限制,?！拔磥恚瑩碛凶銐蜻\算能力來處理從這些傳感器所產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)，將是一項十分重要的性能,?！盉oulay 說，“采用 Intel-Mobileye 芯片的典型 ADAS 系統(tǒng)運算能力已實現(xiàn)了飛躍性進展,，從 0.25TOPS （高端筆記本電腦性能的 10 倍）到 2.5TOPS （新型 EyeQ4 芯片）,，而自動駕駛車的運算能力已經(jīng)超過了 250TOPS?！弊罱K,，車輛的電氣 / 電子（E/E）架構(gòu)需要從分布式架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎糜蚩刂破鞯募惺郊軜?gòu)，以便能夠管理傳感器原始數(shù)據(jù)的融合,。
那么，傳感器是不是越多越好呢,？Boulay 說：“有些人可能認為是這樣,，但是出于成本或整合方面的考慮，汽車中傳感器的數(shù)量并不會無止境地增加,?！彼A(yù)計用于車輛自動化的傳感器數(shù)量最終將在某個時候穩(wěn)定下來?！熬唧w取決于軟件水平和公司有效處理大量資料的能力,。如特斯拉（Tesla）等一些 OEM 至今尚未使用 LiDAR，而是依賴傳感器與人工智能（AI）運算來實現(xiàn)高層級的車輛自動化,?！?/p>
客觀地說，“有些 OEM 使用了更少的傳感器,，但是卻做得更好,，差別就在軟件水平和運算能力上?！彼a充,。
優(yōu)化傳感器組合
車輛可能一會兒行駛于晴天，一會兒卻在雨中行駛,。傳感器需要持續(xù)監(jiān)測不斷變化的外部環(huán)境,。提高可用性的一個有效方法是部署冗余的傳感器，以因應(yīng)可能發(fā)生的故障,。Valeo 的 Denny 在專題討論時說：“察看環(huán)境不能局限于某一種方法,，當(dāng)完全處于黑暗中或惡劣的天氣環(huán)境時，需要透過多種方式并使用各種功能來協(xié)同工作,?！?/p>
在人類視力看不清的情況下，可以依靠傳感器提供協(xié)助,，由于傳感器種類多,，因而能讓車輛在所有氣候和光線條件下可靠地行駛,。Boulay 說：“攝影機在白天正常運作，但在夜間或雨霧情況下可能會變『盲』,，而其他傳感器則不受影響,，所以即使車輛處于降級服務(wù)模式，仍然能夠行駛,?！?/p>
傳感器應(yīng)放置在哪里？
就像人類感官一樣,，放置傳感器的位置必須根據(jù)需要制定策略,，才能持續(xù)反饋車輛周邊的情況。但具體放置在哪里卻存在技術(shù)限制,。例如,，Denny 指出，前照燈中的水汽凝結(jié)會妨礙 LiDAR 運作,；在下雪或寒冷天氣時,，霜凍可能導(dǎo)致傳感器故障；紅外線傳感器無法穿透玻璃,，因此不能放在擋風(fēng)玻璃后面,；同樣地，在超音波傳感器上涂漆可能改變其聲學(xué)特性,。
Volvo 的 Matha 說,，傳感器的功耗也是設(shè)計人員面臨的巨大挑戰(zhàn)?！懊總€傳感器都要消耗 1~10W 的功率,，實現(xiàn) ADAS 功能的所有傳感器消耗功率可能高達 100W 或 200W，碳排放達到 4g,。因此我們必須降低功耗,，例如，傳感器也許不必一直保持工作狀態(tài),?！?/p>
熱管理是另一個要考慮的因素。Matha 說,，擋風(fēng)玻璃后的溫度可能達到 90°C,，或許沒有哪一種傳感器適合放在那里?！暗绻麑鞲衅鞣旁谄渌麉^(qū)域,，如前照燈中，就需要冷卻系統(tǒng)，因此更復(fù)雜且成本高昂,?！?/p>
專家指出，模擬和駕駛測試有助于確定傳感器的最佳位置,。Boulay 說,，“傳感器的位置是由 OEM 的目標應(yīng)用而決定的。就我們目前所看到的,，車輛上建置 LiDAR 用于高速公路上自動駕駛,，則 LiDAR 應(yīng)位于中央位置，基本上與 ADAS 攝影機和長距離雷達對齊,。對于其他應(yīng)用,，例如停車或在市區(qū)內(nèi)行駛，這些 LiDAR 的位置則不相同,，可能位于車輛的側(cè)邊或角落,。”
別讓傳感器降低車輛顏值
Matha 說,，Volvo 的車子中目前整合了 20 種傳感器，其中許多完全藏在里面,，從外面看不到,。例如，Volvo XC90 的前方停車攝影機位于散熱器的護柵中,，車側(cè)的攝影機位于每個車門的后視鏡中,，而后方攝影機則位于車牌上方。Matha 說：“我們可以將傳感器整合在車體內(nèi),，并讓它們看起來很美觀,。”
圖 2：Volvo XC90 的前置攝影機,。（來源：Volvo）
但我們一定要把傳感器隱藏起來嗎,？能不能讓它們成為一個吸引人的亮點？
Astheimer 認為,，如果車子是智能產(chǎn)品,，那它就應(yīng)該看起來很智慧，“而不是把所有東西都隱藏起來,?！爆F(xiàn)在的傳感器都很小，足以完全整合于車輛中且讓人幾乎察覺不到,。但是,，隨著完全自動駕駛的逐步實現(xiàn)，車輛開始自行駕駛，有些傳感器將會“需要放置在極其顯眼的位置,?！崩?360° LiDAR 將會需要完全的視野，且其位置不容受到影響,。
更重要的是,，Astheimer 強調(diào)，設(shè)計人員和工程師需要共同努力,，根據(jù)車輛的不同特性設(shè)計適用的傳感器,。Deliver-E 是一款電動配送車原型，由英國的華威大學(xué)制造工程學(xué)院（Warwick Manufacturing Group;WMG）,、華威大學(xué)（University of Warwick）和 Astheimer 共同開發(fā),，它將攝影機整合于車輛側(cè)面，并將 LiDAR 置于車尾部顯著位置,。
那么是否可以將所有傳感器集中放在一個外部裝置,？Boulay 提到了 Magneti Marelli 的 Smart Corner，可以將 LiDAR,、雷達,、攝影機和超音波等傳感器容納其中，并使用 LED 來提供光處理功能,，如自動調(diào)整光束和數(shù)字光處理,。他說：“OEM 在制造過程中整合這些外部裝置可能會比較容易，但如果發(fā)生事故,，保險公司或消費者修理或更換這些裝置的成本非常高,。我們必須在整合、可修復(fù)性和成本之間找到一個平衡點,?！?/p>
避免認知能力超載
人機接口（HMI）不僅連接了駕駛?cè)撕蛙囕v，而且也將駕駛?cè)伺c外界聯(lián)系起來,。但它也有風(fēng)險,，駕駛?cè)藭蜇S富的功能分散注意力，從而漏讀重要的駕駛信息,。
圖 3：Volta Trucks 的 Zero 電動送貨車,。（來源：Volta Trucks）
Astheimer 由于參與 Volta Trucks 的 Zero 電動貨車設(shè)計，了解到加強駕駛?cè)司X的重要性,。他說：“在倫敦,，大型旅行車占有率雖然不足車輛總數(shù)的 4%，但因車禍而造成的行人和騎士死亡人數(shù)中,，大型旅行車占了 50%以上,。主要原因有兩個：無法直接看見周遭環(huán)境,，以及環(huán)境狀況復(fù)雜超過其認知能力。
”超過認知負載是一個大問題,?！癆stheimer 說，”我們應(yīng)確保電子控制單元（ECU）和控制局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）系統(tǒng)讀取正確訊號,，并以最清楚,、最簡潔的方式顯示信息，無論是透過觸覺,、聲音還是視覺,。“
讓汽車既安全又酷炫
Stead 引用之前 AutoSens 會議中專題討論的專家評論,，詢問”讓安全酷炫“（making safety cool）是否就是銷售連網(wǎng)汽車的關(guān)鍵,。
”汽車安全性確實是我們的賣點?！癕atha 說：”客戶想要安全,，而我們只能利用傳感器來實現(xiàn)安全性。因此,，我們要使用傳感器打造出優(yōu)雅迷人的汽車,。“
還有另一個因素也需要考慮,。用戶應(yīng)該了解汽車的智能水平,，以便對道路使用者及周邊環(huán)境保持警覺。Astheimer 表示：”讓車輛變得越來越安全,，駕駛?cè)寺筒恍枰獡?dān)心車輛的自動操作了。提高車輛的自主性,，雖然是協(xié)助駕駛?cè)撕喕僮?，但卻也讓困難的任務(wù)更加棘手。隨著車輛可為駕駛?cè)俗龈嗟氖?，也?dǎo)致駕駛?cè)说淖⒁饬υ絹碓讲灰准?。?/p>
Astheimer 說,，傳感器以及傳感器提供的信息反饋,，重點在于協(xié)助駕駛?cè)藢ν饨绨l(fā)生的事保持警醒，而不是讓他與外部世界脫離,。