在實(shí)現(xiàn)先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動(dòng)駕駛車（AV）的感測(cè)技術(shù)時(shí),，可能永遠(yuǎn)不會(huì)存在一種最有效的方法，因?yàn)槊恳患移囍圃焐潭紩?huì)依據(jù)六項(xiàng)基本因素,，決定如何以其獨(dú)特方法將傳感器整合至未來的車輛中,。在 AutoSens Brussels 2020 在線會(huì)議閉幕前的一場(chǎng)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(jì)不至于損害安全性進(jìn)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(jì)公司 Astheimer Ltd 設(shè)計(jì)總監(jiān) Carsten Astheimer。筆者還與法國市場(chǎng)研究公司 Yole Développement 的技術(shù)和市場(chǎng)分析師 Pierrick Boulay 取得聯(lián)系,，了解 Yole 對(duì)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(xiàng)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(gè)傳感器？到底需要多少個(gè)傳感器才能進(jìn)一步提高車輛自動(dòng)駕駛的等級(jí),？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(dá),、感測(cè)攝影機(jī)、視角攝影機(jī)和光達(dá)（LiDAR）,，估計(jì)一輛車有 10~20 個(gè)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(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的關(guān)鍵,，自動(dòng)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,?！耙獙?shí)現(xiàn)高層級(jí)的自動(dòng)化，預(yù)計(jì)要使用 35~40 個(gè)傳感器,?！盉oulay 說，“針對(duì)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(gè)傳感器不可能適合所有應(yīng)用,，每一種應(yīng)用或場(chǎng)景都有不同的傳感器規(guī)格與要求,。”

　　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(yán)重限制?！拔磥?，擁有足夠運(yùn)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(xiàng)十分重要的性能,?！盉oulay 說，“采用 Intel-Mobileye 芯片的典型 ADAS 系統(tǒng)運(yùn)算能力已實(shí)現(xiàn)了飛躍性進(jìn)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(dòng)駕駛車的運(yùn)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(rèn)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(huì)無止境地增加?！彼A(yù)計(jì)用于車輛自動(dòng)化的傳感器數(shù)量最終將在某個(gè)時(shí)候穩(wěn)定下來,。“具體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(yùn)算來實(shí)現(xiàn)高層級(jí)的車輛自動(dòng)化,。”

　　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(yùn)算能力上,?！彼a(bǔ)充。

　　優(yōu)化傳感器組合

　　車輛可能一會(huì)兒行駛于晴天,，一會(huì)兒卻在雨中行駛,。傳感器需要持續(xù)監(jiān)測(cè)不斷變化的外部環(huán)境。提高可用性的一個(gè)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(shí)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(shí),，需要透過多種方式并使用各種功能來協(xié)同工作,。”

　　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(jī)在白天正常運(yùn)作,，但在夜間或雨霧情況下可能會(huì)變『盲』，而其他傳感器則不受影響,，所以即使車輛處于降級(jí)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(huì)妨礙 LiDAR 運(yùn)作；在下雪或寒冷天氣時(shí),，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(jì)人員面臨的巨大挑戰(zhàn),。“每個(gè)傳感器都要消耗 1~10W 的功率,，實(shí)現(xiàn) ADAS 功能的所有傳感器消耗功率可能高達(dá) 100W 或 200W,，碳排放達(dá)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(gè)要考慮的因素,。Matha 說，擋風(fēng)玻璃后的溫度可能達(dá)到 90°C,，或許沒有哪一種傳感器適合放在那里,。“但如果將傳感器放在其他區(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(cè)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(biāo)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(dòng)駕駛,，則 LiDAR 應(yīng)位于中央位置，基本上與 ADAS 攝影機(jī)和長距離雷達(dá)對(duì)齊,。對(duì)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(jī)位于散熱器的護(hù)柵中,，車側(cè)的攝影機(jī)位于每個(gè)車門的后視鏡中，而后方攝影機(jī)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?！?/p>

　　圖 2：Volvo XC90 的前置攝影機(jī),。（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(gè)吸引人的亮點(diǎn),？

　　Astheimer 認(rèn)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,。”現(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(dòng)駕駛的逐步實(shí)現(xiàn),，車輛開始自行駕駛,，有些傳感器將會(huì)“需要放置在極其顯眼的位置?！崩?360° LiDAR 將會(huì)需要完全的視野,，且其位置不容受到影響。

　　更重要的是,，Astheimer 強(qiáng)調(diào),，設(shè)計(jì)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(jì)適用的傳感器,。Deliver-E 是一款電動(dòng)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(jī)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(gè)外部裝置,？Boulay 提到了 Magneti Marelli 的 Smart Corner,，可以將 LiDAR、雷達(dá),、攝影機(jī)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(dòng)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(huì)比較容易,，但如果發(fā)生事故,，保險(xiǎn)公司或消費(fèi)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(gè)平衡點(diǎn),。”

　　避免認(rèn)知能力超載

　　人機(jī)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(xiǎn),，駕駛?cè)藭?huì)因豐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(dòng)送貨車,。（來源：Volta Trucks）

　　Astheimer 由于參與 Volta Trucks 的 Zero 電動(dòng)貨車設(shè)計(jì),，了解到加強(qiáng)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(gè)：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(rèn)知能力。

　　”超過認(rèn)知負(fù)載是一個(gè)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(hào),，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(huì)議中專題討論的專家評(píng)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(shí)是我們的賣點(diǎn)?！癕atha 說：”客戶想要安全,，而我們只能利用傳感器來實(shí)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(gè)因素也需要考慮。用戶應(yīng)該了解汽車的智能水平,，以便對(duì)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(dòng)操作了,。提高車輛的自主性,，雖然是協(xié)助駕駛?cè)撕喕僮鳎珔s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小,！?/p>

　　Astheimer 說,，傳感器以及傳感器提供的信息反饋，重點(diǎn)在于協(xié)助駕駛?cè)藢?duì)外界發(fā)生的事保持警醒,，而不是讓他與外部世界脫離,。