智能駕駛入門系列(一)ADAS基礎組件介紹


先進駕駛員輔助系統ADSA

ADSA(Advanced Driver-Assistance Systems)字面翻譯過來是“先進駕駛員輔助系統”,實際上它是一種“輔助駕駛員更便捷更安全使用汽車”的系統。

目前ADAS常用的環境感知傳感器主要有攝像頭、毫米波雷達和超聲波雷達三種,本文將針對這三種傳感器進行介紹,其它應用較少的紅外傳感器、激光雷達等本文不予涉及。

圖 1 ADAS傳感器配置

前言

首先,介紹聲波頻段與應用。

一、 攝像頭

攝像頭安裝使用簡單、獲取的圖像信息量大、投入成本低、作用范圍廣,並且近些年更是得益於數字圖像處理技術的快速發展和計算機硬件性能的提高,已經成為ADAS不可或缺的一類傳感器。攝像頭在ADAS中的主要作用見表1。

表 1 攝像頭在ADAS中的作用

攝像頭根據鏡頭和布置方式的不同可分為以下四類:單目攝像頭、雙目攝像頭、三目攝像頭和環視攝像頭,具體見表2。

表 2 攝像頭分類

攝像頭的弱點在於其識別能力受環境影響非常大,雨雪霧沙塵霾都會使其識別能力減低,抵抗強光的能力也不夠強。另外攝像頭對於模棱兩可的目標識別能力有限,對於沒見過的目標也不容易正確分類。

二、 毫米波雷達

毫米波是指長度在(1~10)mm的電磁波,對應的頻率范圍在(30~300)GHz,毫米波雷達就是工作在毫米波頻段的雷達,見圖2。

 

圖 2 毫米波雷達

毫米波位於微波與遠紅外波相交疊的波長范圍,所以毫米波兼有這兩種波譜的優點,同時也有自己獨特的性質:相比於微波,毫米波分辨率高、指向性好、抗干擾能力強和探測性能好;相比於紅外波,毫米波的大氣衰減小、對煙霧灰塵具有更好的穿透性、受天氣影響小。以上這些特質決定了毫米波雷達具有全天時、全天候的工作能力。

車載毫米波雷達可用頻段有24GHz、(60~61)GHz和(76~79)GHz,目前主流的為24GHz和(76~79)GHz,(60~61)GHz只有日本使用。毫米波雷達頻率越高、波長越短,其測距測速的精度就越高,目前毫米波雷達的發展趨勢是從低頻向高頻過度。

為了滿足不同探測距離的需求,通常一輛車上會安裝多個短程、中程和長程毫米波雷達,其中24GHz雷達主要用於近距離探測(SRR)、(76~79)GHz雷達主要用於中遠距離的探測(MRR、LRR)。目前已量產的前雷達探測距離可達到200m左右, 2021年將會量產的前雷達探測距離可達到(250~300)m。

市場主流的兩種毫米波雷達對比

圖示

 

三、 超聲波雷達

超聲波雷達是利用傳感器內的超聲波發生器產生 40KHz 的超聲波,再由接收探頭接收經障礙物反射回來的超聲波,根據超聲波反射接收的時間差計算與障礙物之間的距離,見圖3。超聲波雷達成本較低,探測距離精度高,且不受光線條件的影響,因此常用於泊車系統中。

 

圖 3 超聲波雷達

常見的超聲波雷達有兩種:第一種稱為UPA,安裝在汽車前后保險杠上,用於探測汽車前后障礙物,探測距離一般在(0.15~2.5)m;另一種稱為APA,安裝在汽車側面,用於探測汽車側方障礙物,探測距離一般在(0.3~5)m。泊車系統一般配備前后共8個UPA,左右側共4個APA。

超聲波雷達的弱點在於:受環境溫度影響較大(不同環境溫度下,超聲波傳播速度有差異)、無法精確描述障礙物位置及響應時間較慢。

四、 三類傳感器的對比

從前文可以看出,ADAS主要的三類傳感器具有不同的特點,見表3。

表 3 ADAS傳感器對比

五種汽車防撞傳感器性能及優缺點對比,如下

在現有技術條件下,每種傳感器都有自身的弱點,難以靠單一類型傳感器完成所有ADAS的感知任務。因此,將不同種類型傳感器的信息組合在一起,實現傳感器信息融合為ADAS的發展趨勢。


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