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传感器应用:智能驾驶进入“快车道”

发表时间:2022-10-31 11:23

作为中国率先量产的城市辅助驾驶系统的长城汽车,在成都车展期间,展示了搭载城市智慧领航辅助驾驶系统(以下简称:城市NOH)的魏牌摩卡DHT-PHEV激光雷达版。至此,中国汽车智能驾驶突破了高速场景的局限,迈入城市道路智能驾驶的全新发展阶段。

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魏牌摩卡激光雷达版配备2颗125线激光雷达、5颗毫米波雷达、12颗超声波雷达、12颗高清摄像头等多达31个传感器,确保对城市复杂路况及环境感知准确性。

“城市NOH”是智能驾驶领域重要的辅助驾驶系统,通过多传感器、高算力辅助驾驶计算平台等硬件与软件算法深度融合,实现城市道路高阶辅助驾驶。城市NOH独创“双流”感知模型实现重感知下的红绿灯识别,同时作为中国率先应用 Transformer的智能驾驶系统,还可实现多传感器融合车道线识别。此外,城市NOH采用的自动驾驶数据智能体系MANA,其学习时长超30万小时,虚拟驾龄相当于人类司机4万年。可以非常灵活地避让各类危险的近距离“别车”,及时识别道路上的风险;能够根据导航自动选择车道,识别交通信号灯后自动转弯,遇到过斑马线的行人或非机动车也会礼貌让行;除了预判人,还会预判车,也会通过向前挪动等形式传递出自车的行驶意图;就算是隧道、环岛、暗光这些复杂的场景,系统也能搞得定。

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智能驾驶小知识


中国工信部将自动驾驶划分为 L0-L5 共六个等级,分别为应急辅助、部分驾驶辅助、组合驾驶辅助、有条件自动驾驶、高度自动化、完全自动化,目前魏牌摩卡DHT-PHEV激光雷达版的自动驾驶级别基本达到了L3 级。
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感知系统是动驾驶的核心,以多种传感器的数据与高精度地图的信息作为输入,经过一系列的计算及处理,对自动驾驶车的周围环境精确感知的系统




自动驾驶车辆常用的环境感知传感器包括:超声波雷达、摄像头、红外热成像、毫米波雷达、激光雷达等。

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超声波雷达测算 0.2 ~ 5m 范围内障碍物精度可达 1 ~ 3cm。按工作频率分类,超声波雷达可以分为 40kHz、48kHz 和 58kHz三种,频率越高,灵敏度越高,探测角度越小;按构造分类,超声波雷达可以分为等方性与异方性,二者的区别在于水平探测角度与垂直探测角度是否相同;按技术方案分类,超声波雷达可以分为模拟式、四线式数位、二线式数位、三线式主动数位,它们的信号抗干扰能力依次提升,技术难度与价格总体递进。受物理特性限制,车载超声波雷达的探测范围局限在数米内,也无法精准描述障碍物位置;此外,处于相同频段的多个雷达,为避免回波“打架”大多采取时分复用,信息采集速度被拖慢;其探测精度易受到车速、振动、温湿度等影响,在抗干扰、标定等方面充满挑战。

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摄像头最接近人眼成像,分辨率高、速度快、传递的信息丰富、成本低,是唯一可以读取“内容”信息的传感器,可以实现车辆周围的车辆和行人检测、信号灯颜色、交通标志识别等功能。但需要巨大的算力做支撑,并且识别率不能保证100%(目前识别率约 95%),单摄像头无法提供 3D 信息,可能会有延迟,双摄像头状态下所提供的 3D 内容准确性不高,易受夜晚、雨雪雾霾等恶劣天气影响且不擅长于远距离观察。
红外热成像系统通过红外探测器将强弱不等的辐射信号转换成相应的电信号,然后经过放大和视频处理,形成可供人眼观察的视频图像,最终通过终端显示或音响设备报警与激光雷达、摄像头、毫米波雷达这几种传感器相比,红外热成像传感技术捕捉到的图像分辨率要更高。由于行人、动物等都会散发热量,所以热成像传感技术可以轻易分辨出他们,且不受昼夜、强光、阴影、雾霾等复杂环境条件的影响,可有效地弥补摄像头和雷达的不足。
毫米波雷达也是自动驾驶车辆常用的一种传感器,通过向外界连续发送毫米波信号,并接收目标返回的信号,根据信号发出与接收之间的时间差确定目标与车辆之间的距离。其探测距离超过 200 米,可全天候工作。毫米波雷达的抗干扰能力强,对降雨、沙尘、烟雾等离子的穿透能力要比激光和红外强很多。但其空间分辨率有限 (3°~ 5° ),信号衰减大、容易受到建筑物、人体等的阻挡,传输距离较短,分辨率不高,难以成可视图像。
激光雷达是向目标发射激光束 , 然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较 , 作适当处理后 , 就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,其探测精度高、探测距离远、灵敏度高,抗干扰性强。目前自动驾驶中采用的激光雷达机械式激光雷达为主。但由于机械式激光雷达一般置于车顶,一般作为工程测试使用,难以满足自动驾驶普及提出的大规模、低成本、车规级需求。固态激光雷达中 MEMS激光雷达在技术上更容易实现,同时价格也比较低廉,受到制造厂商的重点关注。

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定位系统分析是自动驾驶车辆必备的基础,目的是获取自动驾驶车辆相对于外界环境的精确位置。目前自动驾驶一般采用GPS+ 惯导组合模式




GPS 是目前最广泛采用的定位方法,GPS 精度越高,GPS 传感器的价格也越昂贵。但目前商用 GPS 技术定位精度远远不够,其精度只有米级且容易受到隧道遮挡、信号延迟等因素的干扰。
惯导是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统,通过测量自身运动的方向和加速度,计算运动的速度、角度和位置信息,从而推算自身位置。惯导的具备极高的抗干扰性和隐蔽性,不受气象条件限制,导航信息更新速率高,短期精度和稳定性好,但导航误差随时间发散,定位误差会随时间推移而增大,长期积累会导致精度差,惯导需要初始对准,且对准复杂、对准时间较长,不能给出时间信息,精准的惯导系统价格昂贵,通常造价在几十到几百万之间。

20221024

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