自動駕駛汽車是一個綜合系統(tǒng)，它結(jié)合了環(huán)境感知、規(guī)劃決策、運(yùn)動控制等眾多功能。環(huán)境感知、行為決策、路徑規(guī)劃和運(yùn)動控制是自動駕駛關(guān)鍵技術(shù)中的四個部分。

而自動駕駛關(guān)鍵的環(huán)境感知用來采集周圍環(huán)境的基本信息，也是自動駕駛的基礎(chǔ)。自動駕駛汽車通過傳感器來感知環(huán)境，傳感器就如同汽車的眼睛。而傳感器又分為好多種，比如攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)等。

由于自動駕駛路線的不同，實(shí)現(xiàn)的自動駕駛等級不同，部署的傳感器種類略有差異，其中最為明顯的特征是激光雷達(dá)，由于激光雷達(dá)的高成本和穩(wěn)定性問題，以激光雷達(dá)為主要感知單元的自動駕駛技術(shù)距離落地還有很長的路要走，而各大車企為了自動駕駛領(lǐng)域搶占先機(jī)，選擇以攝像頭為主要感知器件的自動駕駛路線，尤其是傳統(tǒng)車企，使用該技術(shù)路線的自動駕駛車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)L3級落地，L2級量產(chǎn)。

攝像頭

攝像頭可以采集圖像信息，與人類視覺最為接近。通過采集的圖像，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的算法分析，能夠識別豐富的環(huán)境信息，如行人、自行車、機(jī)動車、道路軌跡線、路牙、路牌、信號燈等，通過算法加持還可以實(shí)現(xiàn)車距測量、道路循跡，從而實(shí)現(xiàn)前車碰撞預(yù)警(FCW)和車道偏離預(yù)警(LDW)。

攝像頭在汽車領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，技術(shù)十分成熟，成本也非常低廉。目前，汽車攝像頭應(yīng)用可分為單目、雙目及多目，安裝位置可分為前視、后視、側(cè)視、環(huán)視。目前，Mobileye在單目ADAS開發(fā)方面走在世界前列，其生產(chǎn)的芯片EyeQ系列能夠根據(jù)攝像頭采集到的數(shù)據(jù)，對車道線、路中的障礙物進(jìn)行識別，第三代芯片EyeQ3已經(jīng)可以達(dá)到L2自動駕駛水平，目前市面上ADAS系統(tǒng)裝車量最多的就是Mobileye，第四代、五代攝像頭已經(jīng)面世，其中第五代攝像頭已經(jīng)考慮技術(shù)開源。

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟、成本低、采集信息豐富

缺點(diǎn)：三維立體空間感不強(qiáng);收環(huán)境影響大，黑夜、雨雪、大霧等能見度低的情況，識別率大幅降低

毫米波雷達(dá)

毫米波其實(shí)就是電磁波，通過發(fā)射無線電信號并接收反射信號來測定與物體間的距離，其頻率通常介于10～300GHz頻域之間。與厘米波導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高;與紅外、激光、電視等光學(xué)導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng);另外，毫米波導(dǎo)引頭的抗干擾性能也優(yōu)于其他微波導(dǎo)引頭 。

大陸集團(tuán)研發(fā)的毫米波雷達(dá)

毫米波波長(波長為1～10mm)介于微波和厘米波之間，因此毫米波雷達(dá)兼有微波雷達(dá)和光電雷達(dá)的一些優(yōu)點(diǎn)，非常適合汽車領(lǐng)域的應(yīng)用：

Ⅰ.24GHz頻段：應(yīng)用于汽車的盲點(diǎn)監(jiān)測、變道輔助;

Ⅱ.77GHz頻段：頻率比較高，這個頻段的雷達(dá)性能要高于24GHz的雷達(dá)，主要用于探測車距及前車速度，是實(shí)現(xiàn)主動剎車、自適應(yīng)巡航的基礎(chǔ);

優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)引頭體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高;穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)

缺點(diǎn)：元器件成本高，加工精度相對要求高;探測角度小;雨、霧和濕雪等高潮濕環(huán)境的衰減、樹叢穿透能力差

激光雷達(dá)

激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測目標(biāo)的位置、速度等信息的雷達(dá)系統(tǒng)。其工作原理是向目標(biāo)發(fā)射激光束,然后將接收到從目標(biāo)反射回來的回波與發(fā)射信號進(jìn)行比較,經(jīng)過計(jì)算分析后,就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息,如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)。

激光雷達(dá)通過旋轉(zhuǎn)感知出車輛周圍的三維空間信息

激光雷達(dá)由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺和信息處理系統(tǒng)等組成。目前，許多自動駕駛汽車的激光雷達(dá)安裝在車頂，通過高速旋轉(zhuǎn)對周圍進(jìn)行360°掃描，獲得周圍空間的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，實(shí)時繪制出車輛周邊的三維空間地圖，為下一步的車輛操控建立決策依據(jù)。而它所要處理的數(shù)據(jù)量也非常巨大，比如Velodyne的激光雷達(dá)每秒就能掃描 70 萬個3D數(shù)據(jù)點(diǎn)，所以激光雷達(dá)精密度高，造價可達(dá)數(shù)萬美元。

激光雷達(dá)目前是自動駕駛領(lǐng)域不可逾越的技術(shù)瓶頸，各個車企也都看好激光雷達(dá)在無人駕駛汽車的應(yīng)用前景。在激光雷達(dá)領(lǐng)域，領(lǐng)先的公司有Velodyne、Quanergy，速騰聚創(chuàng)等，自動駕駛的火爆讓激光雷達(dá)市場競爭加劇。

激光雷達(dá)點(diǎn)云

優(yōu)點(diǎn)：分辨率高、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、3D點(diǎn)云技術(shù)

缺點(diǎn)：工藝要求高，造價昂貴;無法識別顏色圖案、文字等標(biāo)識;需要很高的計(jì)算能力

全球定位系統(tǒng)(GPS)+慣性測量單元(IMU)

人類開車，從 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)，需要知道 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)的地圖，以及自己當(dāng)前所處的位置，這樣才能知道行駛到下一個路口是右轉(zhuǎn)還是直行。

無人駕駛系統(tǒng)也一樣，依靠 GPS + IMU 就可以知道自己在哪(經(jīng)緯度)，在朝哪個方向開(航向)，當(dāng)然 IMU 還能提供諸如橫擺角速度、角加速度等更豐富的信息，這些信息有助于自動駕駛汽車的定位和決策控制。

優(yōu)點(diǎn)：組合導(dǎo)航系統(tǒng)將多種導(dǎo)航系統(tǒng)的信息相結(jié)合，能夠?yàn)檩d體提供包括姿態(tài)、速度和位置等的全姿態(tài)導(dǎo)航信息，輸出的導(dǎo)航數(shù)據(jù)頻率較高，導(dǎo)航信息的精度比單一的導(dǎo)航系統(tǒng)精度高，各種導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)，在各個導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行淺組合時，各個系統(tǒng)不互相影響。

缺點(diǎn)：當(dāng)進(jìn)行深組合的時候，如果不能及時正確判斷并隔離掉出現(xiàn)故障的系統(tǒng)，會影響到其他系統(tǒng)的導(dǎo)航性能，當(dāng)然，在淺組合中也需要及時判斷并隔離掉出現(xiàn)異常的導(dǎo)航系統(tǒng)，避免對組合導(dǎo)航精度造成影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

有句話說，自動駕駛離開硬件就是耍流氓。而硬件里面最為關(guān)鍵的也就是傳感器部件，這是自動駕駛汽車的眼鏡、耳朵，對于周圍環(huán)境信息的感知必須要精準(zhǔn)、有效，才能給自動駕駛控制決策提供有效可靠的信息輸入，通過智能算法做出合理的路徑規(guī)劃決策，從而控制車輛的運(yùn)動行駛。目前世界范圍已經(jīng)發(fā)生了許多例自動駕駛傳感器探測不準(zhǔn)確或者探測不到障礙物而造成的事故，業(yè)內(nèi)已經(jīng)深刻認(rèn)識到傳感器對于自動駕駛技術(shù)和系統(tǒng)的重要性，相信隨著傳感器的技術(shù)迭代，激光雷達(dá)成本將會得到控制，以激光雷達(dá)為感知核心的技術(shù)路線會更加的可靠和安全。