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    劇透!揭秘無人駕駛的部分傳感器~

    無人駕駛的想法,由來已久,不少科幻小說中也有相關暢想。當然人們沒有想到的是,科技的發展如此迅速,幻想即將變成現實,之前也提過,從谷歌、百度、特斯拉等科技公司,到寶馬、奔馳、奧迪等整車廠商,再到大陸、博世、德爾福等零部件巨頭,紛紛涉足無人駕駛領域。

    劇透!揭秘無人駕駛的部分傳感器~

    首先簡單說一下自動駕駛的原理,所有的控制系統都是由傳感器、控制器和執行器組成的。
    從這個角度上講,自動駕駛原理其實和人工駕駛非常相似的,人類用眼睛觀察路況,而自動駕駛則是使用激光雷達、超聲波雷達、攝像頭、GPS等傳感器來觀察路況確定位置。我們用大腦做判斷,自動駕駛當然就是用電腦作為控制器來判斷。然后我們通過手腳控制車輛方向盤、加速和剎車,自動駕駛也是根據電腦的輸出直接去控制車輛。
    實現一個智能駕駛系統,基本會有幾個層級:
    感知層 → 融合層 → 規劃層 → 控制層

    劇透!揭秘無人駕駛的部分傳感器~

    IMU

    劇透!揭秘無人駕駛的部分傳感器~

    感知層是無人駕駛是否可以實現的先決條件,為了能讓無人駕駛系統有更高頻率地獲取定位信息,那就引入頻率更高的傳感器。這就是百度無人車傳感器的聯合主演之一——IMU(Inertial Measurement Unit)慣性測量單元。

    GPS得到的經緯度信息作為輸入信號傳入IMU,IMU再通過串口線與控制器相連接,以此獲取更高頻率的定位結果。
    IMU(Inertial Measurement Unit)學名慣性測量單元,理論力學告訴我們,所有的運動都可以分解為一個直線運動和一個旋轉運動,故這個慣性測量單元就是測量這兩種運動,直線運動通過加速度計可以測量,旋轉運動則通過陀螺。一般的,一個IMU包含了三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺,加速度計檢測物體在載體坐標系統獨立三軸的加速度信號,而陀螺檢測載體相對于導航坐標系的角速度信號,測量物體在三維空間中的角速度和加速度,并以此解算出物體的姿態。在導航中用著很重要的應用價值。為了提高可靠性,還可以為每個軸配備更多的傳感器。一般而言IMU要安裝在被測物體的重心上。

    激光雷達

    劇透!揭秘無人駕駛的部分傳感器~

    說到無人車,就不得不提到激光雷達。它就是無人車上不停旋轉的那頂帽子。它的原理類似于聲吶。只不過這里我們用光代替聲音,來衡量汽車與障礙物之間的距離。和蝙蝠靠回聲定位一樣,汽車向四周發射激光束,并通過反射回來的信號繪制出周圍環境的3D模型。

    毫米波雷達

    劇透!揭秘無人駕駛的部分傳感器~

    激光雷達的普及所遇到的最大挑戰是:成本過高,單獨一個雷達的價格可能就超過了普通小汽車的價格。
    為了推進自動駕駛技術的發展,同時要解決攝像機測距、測速不夠精確的問題。工程師們選擇了性價比更高的毫米波雷達作為測距和測速的傳感器。毫米波雷達不僅擁有成本適中的特點,而且能夠完美處理激光雷達所處理不了的沙塵天氣。

    圖中所示為百度Apollo 2.0中所使用的毫米波雷達——Continental的ARS-408,它被安裝在汽車保險杠的正中間,面向汽車的前進方向。
    應用在自動駕駛領域的毫米波雷達主要有3個頻段,分別是24GHz,77GHz和79GHz。不同頻段的毫米波雷達有著不同的作用啊。
    24GHz處在該頻段上的雷達的檢測距離有限,因此常用于檢測近處的障礙物(車輛),能夠實現的ADAS功能有盲點檢測、變道輔助等;頻段在77GHz左右的雷達,最大檢測距離可以達到160米以上。

    當然無人車的感知層建立是一個非常復雜的過程,需要好幾層不同感知系統,從而保證正確地識別周圍環境。除了文中提到的IMU、激光雷達、毫米波雷達外,還有已被廣泛應用的超聲波雷達、攝像頭、GPS等傳感器。
    能否正確感知周圍地環境,這是無人車實現的必要先決條件。我們期待無人駕駛給我們上演的奇幻大片。


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