在车辆中集成传感器所要考虑的事情

ADAS和自动驾驶车辆可能永远不会有一个、单一的有效方法来实现传感技术。这里我们将介绍每个汽车制造商如何以自己的方式来实现这种方法。这将导致每个制造商都会用自己独特的方式将传感器集成到未来的汽车上。

在AutoSens 2020布鲁塞尔虚拟大会上，专家小组讨论了正确的传感器组合，以及如何确保设计永远不会损害安全的方法。

Yole的Boulay说到：“为了主动解决安全问题，越来越多的传感器被部署在车辆各处，今天我们的汽车上有多少传感器?我们需要多少传感器才能进一步提高自动驾驶的水平?“如果我们考虑到ADAS的传感器——超声波、雷达、传感摄像头、观察摄像头和激光雷达——估计一辆车将有10到20个，这取决于车的类型。”当然，高端汽车比低端汽车会嵌入更多的传感器。

传感器将是解锁高自动化水平的关键，预计传感器的数量和类型将会逐步增加。Boulay：“我们预计35到40个传感器将被用于这些自动化技术上，传感器将更加具体，我们将看到传感器用于短、中、远程应用。但是一个传感器不能覆盖所有的应用。每个应用或用例在传感器方面都有其规格和要求。”

传感器激增只是冰山一角。它产生的大量数据才是难点，而系统又会严重受到处理能力的限制。据Boulay介绍，未来，拥有足够的计算能力来处理这些传感器产生的所有数据将是一个关键特征。 “使用Intel-Mobileye芯片的典型ADAS系统在0.25 TOPS (高端笔记本电脑性能的10倍)和新EyeQ4芯片2.5 TOPS之间实现了飞跃，而机器人汽车已经超过了250 TOPS。”最终，“车辆的E/E [electrIC/electronic]架构将需要从分布式架构转变为具有域控制器的集中式架构，以便能够管理来自传感器的原始数据的融合。”

所以传感器越多越好吗? Boulay：“有些人可能会这么想，但出于成本或集成方面的原因，汽车上的传感器数量不会无限增加，”他预计用于自动化的传感器数量将在某个时候趋于平稳。“这主要区别在于软件水平和公司有效处理大量数据的能力。一些OEM，比如特斯拉，仍然没有使用激光雷达，他们把希望寄托在了传感器和人工智能计算的结合。”

客观地说，“一些OEM在传感器较少的情况下会比其他制造商做得更好，其中的差异将体现在软件和计算水平上。”

优化组合

一辆汽车这一刻可能还在晴朗的环境下行驶，下一刻又会在阵雨中穿行。所以传感器需要持续测量和监控变量。通过部署冗余传感器来补偿可能出现的故障是提高可用性的一个有效方法。Valeo：“估算环境的方式要有很多，”“当你处在完全黑暗的环境中，或者遇到恶劣的天气条件时，你需要多种模式和功能协同工作。”

传感器可以在人类视觉处于劣势的情况下提供帮助，传感器的多样性使汽车在所有天气和光照条件下都能可靠运行。Boulay：“摄像头在白天将得到有效发挥，”而在晚上、雾中或雨中，“其他传感器不会像摄像头那样‘瞎’，即使在降级模式下，车辆仍能移动。”

确保正确的位置

就像人类的感官一样，传感器必须有策略地定位，从而不断的反馈汽车周围环境的信息。但是，传感器的放置位置存在技术限制。例如，头灯中的冷凝水会妨碍Lidar的工作。在下雪或寒冷的天气，霜冻会导致传感器故障。红外线感应器不能透过玻璃看，也不能放在挡风玻璃后面。同样，在超声波传感器上涂漆也会改变它的声学特性。

沃尔沃的Matha表示，传感器的功耗也是一个关键挑战。“每个传感器消耗1到10瓦。如果你为ADAS功能添加所有传感器，功耗会达到100或200瓦，产生最多4克二氧化碳。但我们必须减少电力消耗。传感器的功能可能不会一直处于活跃状态。”

热管理是另一个需要考虑的限制因素。在挡风玻璃后面，温度可以达到90摄氏度，这可能会导致传感器无法使用。“如果你把它们放在另一个领域，比如前照灯，这就要配备冷却系统，但它很复杂，也很昂贵。”

模拟和驾驶测试可以帮助确定传感器的最佳位。

Yole的Boulay表示，最重要的是，“传感器的位置与OEM的使用情况密切相关。”从我们目前看到的在高速公路上实现自动驾驶激光雷达的车辆上，激光雷达处于中心位置，几乎与ADAS相机和远程雷达对齐。对于其他用途，比如停车或城市驾驶，这些激光雷达装置的位置会有所不同，预计会在车辆的侧面或角落。”

隐藏即是美

沃尔沃汽车目前集成了20种传感器，其中很多是完全隐藏的。例如，在沃尔沃XC90上，前向停车摄像头安装在格栅里，侧向摄像头安装在每个门镜里，后向摄像头安装在车牌上方。Matha：“我们可以集成传感器，让它们看起来很漂亮，”

但是我们有必要隐藏传感器吗?它们不能成为一个特性吗?

对Astheimer来说，如果汽车是智能产品，“传感器足够小，可以完全集成在一起，现在几乎察觉不到。然而，随着我们接近完全自动驾驶，一些传感器“将需要非常突出。”“一个360度的激光雷达需要有充分的能见度，它在位置上不会妥协。

更重要的是，设计师和工程师需要一起协同工作，使传感器符合车辆的身份。Deliver-E是华威制造集团(WMG)、华威大学和阿斯海默联合开发的一款电动交付车原型，它在车辆的侧面集成了摄像头，并将激光雷达放在汽车后部显著位置。

当被问及集中传感器放在外部舱内的重要性时，Boulay提到了Magneti Marelli的智能角落，它可以容纳传感器，如激光雷达、雷达、相机和超声波，以及基于led的照明功能，如自适应光束和数字光处理。“对于oem厂商来说，在制造过程中整合这些前排乘客乘坐侦测系统可能更容易，但如果发生事故，为保险或消费者更换的成本将非常高。”“所以必须在整合、可修复性和成本之间找到平衡。”

认知过载

人机界面(HMI)不仅是驾驶员与汽车之间的桥梁，也是驾驶员与外界联系的桥梁。这样做的风险是，驾驶员会被所有的功能分散注意力，从而错过重要的驾驶信息。

Astheimer从事过Volta Trucks公司的零电动送货卡车的设计，他意识到提高驾驶员警惕性的重要性。“在伦敦，尽管重型交通工具只占总交通流量的不到4%，但在道路使用者的死亡案例中，即行人和骑自行车的人，超过50%是由它们造成的。”这主要有两个原因:缺乏直接可见性和认知过载。

Astheimer：“认知过载是一个巨大的问题，” “我们需要确保ECU和CAN系统能够读取正确的信号，并以尽可能清晰和最简化的方式显示信息，无论是触觉、音频还是视觉。”

销售联网汽车的关键是什么？“making safety cool”？

Matha：“我们的生意与安全有关，我们的客户想要安全，而我们只能通过传感器来实现。”

还有另一个方面需要考虑。用户需要了解自己汽车的智能水平，以保持对道路和周围环境的警觉性。Astheimer:“通过让产品让智能汽车变得更安全，随着自动驾驶级别的增加，留给司机做的事情将会越来越简单。但随着车辆做得越来越多，司机也不再专心。”

Astheimer：“至关重要的是，传感器的反馈帮助驾驶员保持对所发生的事情具有清晰的意识，而不是仅仅让他与世隔绝。”