傳感器和電感器器件在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)中的應(yīng)用

先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Assistant System)，簡稱ADAS，是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器， 在第一時(shí)間收集車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)， 進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)物體的辨識(shí)、偵測與追蹤等技術(shù)上的處理， 從而能夠讓駕駛者在最快的時(shí)間察覺可能發(fā)生的危險(xiǎn)， 以引起注意和提高安全性的主動(dòng)安全技術(shù)。

汽車傳感器裝備的目的不同，可以分為提升單車信息化水平的傳統(tǒng)微機(jī)電傳感器(MEMS)和為無人駕駛提供支持的智能傳感器兩大類。MEMS 在汽車各系統(tǒng)控制過程中進(jìn)行信息的反饋，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，是汽車的“神經(jīng)元”。而智能傳感器則直接向外界收集信息，是無人駕駛車輛的“眼睛”。

汽車智能化的根基——傳感器

傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的信息來源，是車輛電子控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)關(guān)鍵部件。傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成，其中敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分，轉(zhuǎn)換元件是將上述非電量轉(zhuǎn)換成電參量，轉(zhuǎn)換電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成便于處理、顯示、記錄和控制的部分。從目前汽車傳感器裝備的目的不同，可以分為提升單車信息化水平的傳統(tǒng)微機(jī)電傳感器和為無人駕駛提供支持的智能傳感器兩大類。

汽車傳感器的構(gòu)成傳統(tǒng)傳感器：各個(gè)系統(tǒng)控制過程依靠傳感器，進(jìn)行信息的反饋，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制工作，是汽車的“神經(jīng)元”。汽車傳統(tǒng)傳感器依照功能可以分為壓力傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和液位傳感器等 8 類。汽車傳感器主要應(yīng)用于動(dòng)力總成系統(tǒng)，車身控制系統(tǒng)以及底盤系統(tǒng)中。汽車傳感器在這些系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著信息的采集和傳輸功用，它采集的信息由電控單元進(jìn)行處理后，形成向執(zhí)行器發(fā)出的指令，完成電子控制。

傳統(tǒng)傳感器分類智能傳感器：智能傳感器是無人駕駛車輛的“眼睛”。汽車正在向一臺(tái)安全聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)駕駛機(jī)器人快速演進(jìn)，進(jìn)行環(huán)境感知、規(guī)劃決策，最終實(shí)現(xiàn)安全抵達(dá)目的地。目前應(yīng)用于環(huán)境感知的主流傳感器產(chǎn)品主要包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和攝像頭等四類。

智能傳感器分類

MEMS 傳感器：汽車微感官

MEMS 傳感器是在半導(dǎo)體制造技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來，采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來的新型傳感器。MEMS 傳感器廣泛應(yīng)用于電子車身穩(wěn)定程序(ESP)、防抱死(ABS)、電控懸掛(ECS)、胎壓監(jiān)控(TPMS) 等系統(tǒng)。其中，壓力傳感器、加速計(jì)、陀螺儀與流量傳感器是汽車中使用最多的 MEMS 傳感器，占汽車 MEMS 系統(tǒng)的 99%。

MEMS 應(yīng)用廣泛

MEMS 傳感器價(jià)值較為集中MEMS 具有較為明顯的優(yōu)勢，是未來構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)感知層傳感器的主要選擇之一，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：1)微型化、2)硅基加工工藝、3)批量生產(chǎn)、4)集成化。1)微型化：MEMS 器件體積小，單個(gè)尺寸以毫米甚至微米作為計(jì)量單位，重量輕，耗能低。MEMS 更高的表面體積比(表面積比體積)可以提高表面?zhèn)鞲衅鞯拿舾谐潭取?)批量生產(chǎn)：以單個(gè) 5mm5mm 尺寸的 MEMS 傳感器為例，用硅微加工工藝在一片 8英寸的硅片晶元上可同時(shí)切割出大約 1000 個(gè) MEMS 芯片，批量生產(chǎn)可大大降低單個(gè)MEMS 的生產(chǎn)成本 。3)集成化：一般來說，單顆 MEMS 往往在封裝機(jī)械傳感器的同時(shí)，還會(huì)集成 ASIC芯片，控制 MEMS 芯片以及轉(zhuǎn)換模擬量為數(shù)字量輸出。

MEMS 與 ASIC 芯片集成化封裝

MEMS 可批量生產(chǎn)降低制造成本國外大廠壟斷 MEMS 傳感器市場，市場集中度較高。根據(jù) HIS Automotive 統(tǒng)計(jì),2017年全球 MEMS 前三大供應(yīng)商(博世、森薩塔、恩智浦)占據(jù)了 57%的市場份額，其中博世占據(jù)鰲頭，2017 年市占率達(dá)到 33.62%，森薩塔市占率達(dá)到 12.34%，恩智浦市占率達(dá)到 11.91%。電裝(8.94%)、亞德諾(8.51%)、松下(7.45%)、英飛凌(7.23%)等廠商也占有一定份額。國外大廠產(chǎn)品線廣、技術(shù)領(lǐng)先、客戶眾多、形成較高的進(jìn)入門檻。MEMS 傳感器的研發(fā)難度及其制造工藝的復(fù)雜性是形成行業(yè)壁壘的主要原因。Invensense、英飛凌等國外廠商擁有 2 到 3 條產(chǎn)品線，博世、電裝、意法半導(dǎo)體等 MEMS 產(chǎn)品線超過 4 條。相比之下，小供應(yīng)商很難在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)制造，因此排名靠前的大供應(yīng)商市場份額相對(duì)穩(wěn)定，市場集中度較高。

MEMS 傳感器裝配量和價(jià)值量與其裝配車型價(jià)位成正比。目前平均每輛汽車包含 24個(gè) MEMS 傳感器，而在高檔汽車中，大約會(huì)采用 25-40 個(gè) MEMS 傳感器。例如 BMW高端車型僅發(fā)動(dòng)機(jī)就可以用到 20-40 個(gè)傳感器，而入門級(jí)車型僅 5 個(gè)左右。常用 MEMS傳感器后裝單車價(jià)值在 2000-20000 元不等;合資車通常不低于 4000 元，而自主品牌僅 2000 元左右，高端車型約為 10000-20000 元。 預(yù)計(jì)到 2019 年 MEMS 傳感器市場規(guī)模可達(dá)到 420.13 億元;隨著智能化和電動(dòng)化的提升，2020 年和 2021 年市場規(guī)模可分別達(dá)到 446.21 億元，472.27 億元，2015-2021 年復(fù)合增速為 6.5%。

智能傳感器：自動(dòng)駕駛核心

毫米波雷達(dá):ADAS 系統(tǒng)核心傳感器

毫米波雷達(dá)是指利用波長 1-10nm，頻率 30GHZ-300GHZ 的毫米波，通過測量回波的時(shí)間差算出距離。毫米波雷達(dá)始用于軍事領(lǐng)域，隨著技術(shù)水平的提升，開始逐漸應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。毫米波雷達(dá)的優(yōu)勢主要為以下 3 個(gè)方面：1)探測性能穩(wěn)定、作用距離較長、環(huán)境適用性好。2)與超聲波雷達(dá)相比，體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。3)與光學(xué)傳感器相比，毫米波雷達(dá)穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候全天時(shí)的特點(diǎn)。但也存在著成本較高，對(duì)行人的識(shí)別較為困難等不足之處。毫米波雷達(dá)優(yōu)劣勢77 GHz 在性能和體積上都更具優(yōu)勢。目前車載雷達(dá)的頻率主要分為 24GHZ 頻段和77GHZ 頻段。與 24GHz 毫米波雷達(dá)相比，77GHz 的距離分辨率更高，體積更是小了三分之一。2018 年，中國新車評(píng)價(jià)規(guī)程(C-NCAP)將自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)(AEBS)納入評(píng)分體系，從而將帶動(dòng) 77GHz 毫米波雷達(dá)在未來的市場需求。而從長遠(yuǎn)來看，77GHz毫米波雷達(dá)的體積更小、探距更長，使得其較 24GHz 毫米波雷達(dá)將具備更大的市場空間。毫米波雷達(dá) 24GHz 和 77GHz 比較24GHz 與 77GHz 毫米波雷達(dá)兼?zhèn)溆?ADAS 的長短距檢測。毫米波雷達(dá)因其硬件體積小，且不受惡劣天氣影響，被廣泛應(yīng)用在 ADAS 系統(tǒng)之中。24GHz 目前大量應(yīng)用于汽車的盲點(diǎn)監(jiān)測、變道輔助。雷達(dá)安裝在車輛的后保險(xiǎn)杠內(nèi)，用于監(jiān)測車輛后方兩側(cè)的車道是否有車、可否進(jìn)行變道。77GHz 雷達(dá)在探測精度與距離上優(yōu)于 24GHz 雷達(dá)，主要用來裝配在車輛的前保險(xiǎn)杠上，探測與前車的距離以及前車的速度，實(shí)現(xiàn)的主要是緊急制動(dòng)、自動(dòng)跟車等主動(dòng)安全領(lǐng)域的功能。完全實(shí)現(xiàn) ADAS 各項(xiàng)功能一般需要“1長+4 中短”5 個(gè)毫米波雷達(dá)，奧迪 A8 搭載 5 個(gè)毫米波雷達(dá)(1LRR+4MRR)，奔馳 S 級(jí)搭載 6 個(gè)毫米波雷(1LRR+6SRR)。目前 77GHz 的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)單價(jià)在 1000元左右，24GHz 毫米波雷達(dá)單價(jià)在 500 元左右。

毫米波雷達(dá)在 ADAS 系統(tǒng)中的應(yīng)用毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)被外商壟斷，集中度較高。在全球毫米波雷達(dá)市場上，占主導(dǎo)地位的是德國、美國、日本等國家。目前毫米波雷達(dá)技術(shù)主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫、Denso、德爾福等傳統(tǒng)零部巨頭所壟斷;其中，77GHz 毫米波雷達(dá)技術(shù)被壟斷于博世、大陸、德爾福、電裝、TRW、富士通天、Hitachi 等公司手中。2016年，博世和大陸全球毫米波雷達(dá)市場占有率均為 17%，并列第一;電裝、海拉并列第二，市場份額為 11%，采埃孚占據(jù) 8%，德爾福占據(jù) 6%，奧托立夫占據(jù) 4%。前七大供應(yīng)商巨頭市場占有率達(dá)到 73%。

毫米波雷達(dá)海外主要供應(yīng)商及產(chǎn)品國內(nèi)毫米波雷達(dá)依賴進(jìn)口，受限國外技術(shù)封鎖，24GHz 毫米波雷達(dá)是主流方向。目前中國市場中高端汽車裝配的毫米波雷達(dá)傳感器全部都依賴國外進(jìn)口，市場被美、日、德企業(yè)壟斷，價(jià)格昂貴，并采取了技術(shù)封鎖，自主可控迫在眉睫。國內(nèi)自主車載毫米波雷達(dá)產(chǎn)品總體仍處于研制階段?？紤]到研發(fā)成本和 77GHz 開發(fā)技術(shù)受限，目前國內(nèi)廠商對(duì)于毫米波雷達(dá)的研發(fā)方向集中于 24GHz。國內(nèi)市場上，24GHz 毫米波雷達(dá)的產(chǎn)品體系已經(jīng)相對(duì)成熟，供應(yīng)鏈已經(jīng)相對(duì)穩(wěn)定，24GHz 的核心芯片能從英飛凌、飛思卡爾等芯片供應(yīng)商獲得。據(jù)麥姆斯咨詢研究表明，2016 年中國汽車預(yù)裝毫米波雷達(dá)的數(shù)量達(dá)到 105 萬個(gè)，其中 24GHz 雷達(dá)占比 63.8%，77GHz 雷達(dá)占比 36.2%。

隨著人們對(duì)駕駛安全意識(shí)的提高和尖端技術(shù)的發(fā)展，越來越多的車輛配備了先進(jìn)的輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)，其精度更高，價(jià)格更低。本文對(duì)該領(lǐng)域的最新進(jìn)展要求對(duì)ADAS的傳統(tǒng)知識(shí)、最新研究以及在現(xiàn)實(shí)世界中的新應(yīng)用進(jìn)行綜述。這個(gè)領(lǐng)域的新手可以更容易地獲得基本知識(shí)，其他研究人員可能會(huì)受到啟發(fā)，了解未來潛在的發(fā)展可能性。本文通過分析ADAS的硬件支持和計(jì)算算法，對(duì)其進(jìn)行了概述。

從內(nèi)部特征分類、安裝位置、支持ADAS功能以及優(yōu)缺點(diǎn)等方面介紹了不同類型的感知傳感器，從不同傳感器的固有特性和每個(gè)ADAS功能的具體用途，總結(jié)和說明了不同傳感器之間的比較，本文從傳統(tǒng)方法和新思想兩個(gè)方面收集并簡要介紹了ADAS函數(shù)的現(xiàn)有算法。此外，本文還回顧了不同研究機(jī)構(gòu)對(duì)ADAS定義的討論，并著重介紹了中國ADAS未來的研究方向。

自動(dòng)駕駛(AD)的發(fā)展是為了滿足現(xiàn)實(shí)生活中對(duì)輔助駕駛的需求，根據(jù)自動(dòng)駕駛的執(zhí)行過程，自動(dòng)駕駛的體系結(jié)構(gòu)可分為：

環(huán)境感知

行為規(guī)劃

運(yùn)動(dòng)控制

基于自動(dòng)駕駛的實(shí)施和駕駛行為的責(zé)任，美國汽車工程師學(xué)會(huì)(SAE)發(fā)布了一個(gè)分類法，并將自動(dòng)駕駛從0級(jí)(完全的人類控制)劃分為5級(jí)(完全的自動(dòng)駕駛)。根據(jù)SAE的分類，ADAS僅達(dá)到2級(jí)，其職責(zé)包括檢測車輛周圍環(huán)境、向駕駛員發(fā)出緊急警告以及執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)簡單的控制功能，例如速度控制和自適應(yīng)、緊急制動(dòng)等。目前，一些研究機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了三級(jí)功能的自動(dòng)駕駛，大多數(shù)商用車僅支持二級(jí)以下的自動(dòng)駕駛，以輔助人類駕駛。換句話說，現(xiàn)有的自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)主要達(dá)到ADA級(jí)別，因此，有必要對(duì)ADAS進(jìn)行詳細(xì)介紹，并總結(jié)當(dāng)前應(yīng)用的ADAS功能和實(shí)現(xiàn)，ADAS作為嵌入商用車輛中最重要的系統(tǒng)之一，致力于減少人為錯(cuò)誤，避免潛在交通事故的數(shù)量和嚴(yán)重事故，根據(jù)2019-2020MWL相關(guān)開放式安全建議的總結(jié)，消除了干擾，實(shí)施了一項(xiàng)全面的戰(zhàn)略，以減少超速相關(guān)碰撞，在所有新的公路車輛中增加防撞系統(tǒng)的實(shí)施，減少疲勞相關(guān)事故，都是交通安全改進(jìn)的十大目標(biāo)，事實(shí)上，上述所有要求都可以是ADAS的組成部分。

A.激光雷達(dá)

激光雷達(dá)是自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展的重要組成部分，它主要用于實(shí)時(shí)鄰近區(qū)域的感知和高分辨率建圖，激光雷達(dá)傳感器的相關(guān)ADAS功能，主要包括用于感知和定位的功能。

在ADAS中，激光雷達(dá)傳感器最重要的作用是用于目標(biāo)檢測，例如，防撞、行人檢測和泊車輔助。用于近距離感知，如前向防撞系統(tǒng)的激光雷達(dá)使用廉價(jià)的低距離和低分辨率版本來測量1到10米之間的距離，在一些低速場景中實(shí)施，如停車輔助和緊急制動(dòng)輔助，這些都是“城市安全”和“城市停車”等商用車開發(fā)計(jì)劃中的關(guān)鍵功能。對(duì)于遠(yuǎn)距離檢測，如行人識(shí)別和目標(biāo)跟蹤，激光雷達(dá)可以提供精確的距離信息和更大的視野，因?yàn)榘l(fā)射的激光在反射前可以達(dá)到200米，并且它構(gòu)建的3D點(diǎn)云有助于更好地分割。該傳感器可以區(qū)分車輛需要停車的障礙物(如正在過街的行人)和車輛不需要停車的障礙物。激光雷達(dá)傳感器在ADAS中的另一個(gè)常見用途是定位，基于激光雷達(dá)的定位方法提供了測量精度和易處理性，激光雷達(dá)測量的環(huán)境反射強(qiáng)度分布可以在環(huán)境中建立三維目標(biāo)圖像，并對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步處理，用于目標(biāo)識(shí)別或運(yùn)動(dòng)預(yù)測。目前，激光雷達(dá)傳感器安裝在車輛周圍或車輛上方。

激光雷達(dá)是在光線條件較差的ADAS系統(tǒng)中一種成熟傳感器，與傳統(tǒng)雷達(dá)傳感器相比，激光雷達(dá)使用更短的波長和優(yōu)越的波束特性，為3D成像和點(diǎn)云生成提供了更合適的選擇，然而，激光雷達(dá)在惡劣天氣條件下(如大雨、大雪或大霧)可能會(huì)表現(xiàn)出不良行為，因?yàn)檫@類天氣會(huì)影響光的反射和折射，目前的激光雷達(dá)傳感器價(jià)格昂貴，這也影響了其在ADAS市場的商業(yè)推廣，盡管上述傳統(tǒng)的機(jī)電激光雷達(dá)能夠在相當(dāng)長的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)和掃描周圍環(huán)境，但它們設(shè)計(jì)龐大，銷售昂貴。在這種情況下，一些其他最先進(jìn)的方法，如固態(tài)激光雷達(dá)問世，并將激光雷達(dá)傳感器的構(gòu)造集成到一個(gè)芯片上。由于不涉及移動(dòng)機(jī)械部件，因此它在振動(dòng)方面更具彈性，在結(jié)構(gòu)上節(jié)省空間，甚至具有更高的分辨率和掃描速度。

B.相機(jī)

由于相機(jī)對(duì)環(huán)境的大范圍的感知和可接受的價(jià)格，攝像頭是ADAS的主要傳感器之一。攝像機(jī)能夠同時(shí)獲取所有物體的紋理和顏色，因此特別適合于路面檢測和交通信號(hào)檢測，如果成對(duì)使用，可以作為立體視覺系統(tǒng)，相機(jī)系統(tǒng)還能夠測量距離，可以進(jìn)一步處理距離以進(jìn)行定位和建圖，根據(jù)攝像頭在車內(nèi)的位置，可以將其歸納為車外攝像頭和車內(nèi)攝像頭，分別關(guān)注周圍環(huán)境感知和駕駛員狀態(tài)檢測，外部攝像頭可細(xì)分為前置攝像頭和環(huán)視攝像頭，用于不同的ADAS功能。前攝像頭通常安裝在擋風(fēng)玻璃頂部的后面，提供遠(yuǎn)距離能見度，以檢測前方情況和遠(yuǎn)處物體，許多基本的ADAS功能都是基于前置攝像頭實(shí)現(xiàn)的，前向碰撞警告是最基本的輔助應(yīng)用程序之一，它使用前置攝像頭檢測障礙物，優(yōu)化其相對(duì)位置，并將其分類為汽車、軌道或行人。交通標(biāo)志識(shí)別通過攝像頭的顏色和形狀識(shí)別功能向駕駛員告知當(dāng)前的速度限制、道路規(guī)則和警告。

車道偏離警告(LDW)通過實(shí)時(shí)捕獲地面信息并使用計(jì)算機(jī)視覺算法識(shí)別車道標(biāo)記，都由前置攝像頭實(shí)現(xiàn)，這些特性可以在機(jī)械結(jié)構(gòu)的幫助下進(jìn)一步應(yīng)用于車道保持系統(tǒng)和車道保持輔助功能，安裝在車輛周圍的環(huán)視攝像頭通常是近程攝像頭，提供360?鳥瞰圖對(duì)于汽車而言，環(huán)視圖系統(tǒng)傳感器套件通常由四個(gè)廣角攝像頭組成，安裝在前保險(xiǎn)杠、后保險(xiǎn)杠和兩側(cè)后視鏡下的另外兩個(gè)攝像頭[29]。這種相機(jī)的幀速率很低，在這種情況下，它是為停車等低速情況而設(shè)計(jì)的，在圖像幾何和光度校準(zhǔn)后，將有一個(gè)鳥瞰視圖，為駕駛員提供泊車輔助功能，此外，通過檢測接近車輛的周圍物體，環(huán)視圖系統(tǒng)還具有盲點(diǎn)監(jiān)控功能，車內(nèi)攝像頭通常安裝在儀表盤的頂部，用于檢測駕駛員的頭部姿勢并跟蹤眼睛信息，以監(jiān)控駕駛員的狀態(tài)，當(dāng)駕駛員頭部發(fā)生異常變化或駕駛員的視線不向前時(shí)，它被設(shè)計(jì)用于識(shí)別駕駛員的狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)駕駛員睡意檢測，車內(nèi)攝像頭的高級(jí)功能是區(qū)分司機(jī)是否喝醉，這對(duì)道路安全有著至關(guān)重要的貢獻(xiàn)。

除了上面提到的傳統(tǒng)單目相機(jī)外，還有一些特殊功能的相機(jī)，當(dāng)攝像機(jī)成對(duì)使用時(shí)，由于兩個(gè)攝像機(jī)圖像之間的透視差異，可以在20-30米的范圍內(nèi)測量前方物體的運(yùn)動(dòng)及其距離。因此，在汽車制造業(yè)中，立體攝像機(jī)可以作為激光雷達(dá)傳感器的替代品，價(jià)格更低，視野更小，熱相機(jī)也廣泛應(yīng)用于ADAS。它可以探測到任何產(chǎn)生或包含熱量的東西，這些熱量在夜視或惡劣天氣條件下表現(xiàn)出色。此外，在白天駕駛時(shí)，借助熱攝像頭，可以更好地處理圖像捕獲，以減少可見攝像頭的冗余，由于許多原因，攝像頭被廣泛應(yīng)用于ADAS功能中，它體積小，安裝自由度高，由于攝像頭具有顏色捕捉能力，可以通過較少的后期處理來區(qū)分特定的對(duì)象識(shí)別，如交通信號(hào)燈和手勢。此外，在深度學(xué)習(xí)的支持下，攝像頭采集的高分辨率圖像可以更好地呈現(xiàn)周圍的信息，由于傳統(tǒng)的單目攝像機(jī)對(duì)光照和天氣條件敏感，因此攝像機(jī)傳感器仍然存在一些弱點(diǎn)，而這種信息的提取需要復(fù)雜而繁重的計(jì)算過程。

C.雷達(dá)

雷達(dá)作為ADAS套件中的標(biāo)準(zhǔn)配置，是所有感知硬件中應(yīng)用于車輛上的第一個(gè)傳感器，它通過發(fā)射電磁波和接收反射波，在距離測量和相對(duì)速度檢測中發(fā)揮著重要作用。近年來，雷達(dá)通常與攝像頭或激光雷達(dá)結(jié)合使用，以彌補(bǔ)盲點(diǎn)或環(huán)境條件造成的損失，確保駕駛安全和乘坐舒適性，它可以分為短程、中程和遠(yuǎn)程，安裝在不同的位置，以實(shí)現(xiàn)不同的ADAS功能，遠(yuǎn)程雷達(dá)，能夠探測200米以內(nèi)的物體，總是安裝在前保險(xiǎn)杠的中間，它可以在10-250米的范圍內(nèi)，在±15米的范圍內(nèi)進(jìn)行探測識(shí)別多個(gè)目標(biāo)，特別適用于遠(yuǎn)距離前方障礙物檢測和避碰。由于遠(yuǎn)程障礙物識(shí)別的能力為制動(dòng)準(zhǔn)備了足夠的范圍和時(shí)間，因此它被用于自動(dòng)緊急制動(dòng)和交通擁堵輔助等ADAS，從而保證高速安全。通過測量電磁波的反射，雷達(dá)還可以幫助計(jì)算相對(duì)速度，從而確保自適應(yīng)巡航控制(ACC)功能，中程雷達(dá)，視野約60米±40米,適用于行人檢測和盲點(diǎn)警告BSW，它對(duì)稱安裝在每個(gè)前照燈下方，用于監(jiān)控車輛后面或旁邊的環(huán)境。在這種情況下，中程雷達(dá)用于車道偏離輔助系統(tǒng)，通過檢測主車輛周圍的盲點(diǎn)并在后視鏡中警告駕駛員，當(dāng)自行車或行人從盲點(diǎn)接近車輛時(shí)，它也可用于交叉交通警報(bào)系統(tǒng)，雷達(dá)中視野最廣的是短程雷達(dá)。它能夠在0.5-20米范圍內(nèi)進(jìn)行探測，探測范圍為±80米?.大多數(shù)短程雷達(dá)安裝在前后保險(xiǎn)杠的拐角處，有些車輛甚至在車門兩側(cè)安裝短程雷達(dá)。近距離雷達(dá)的主要ADAS功能是支持停車輔助系統(tǒng)，以便在從停車位倒車時(shí)提醒駕駛員。作為ADAS系統(tǒng)的關(guān)鍵傳感器，雷達(dá)以合理的價(jià)格顯示出獨(dú)特的性能。它對(duì)惡劣環(huán)境具有很強(qiáng)的魯棒性，對(duì)光線或天氣變化不敏感，由于多普勒效應(yīng)，雷達(dá)信號(hào)更容易區(qū)分靜止物體和運(yùn)動(dòng)物體，與激光雷達(dá)相比，它具有更好的探測能力，因?yàn)殡姶挪梢源┩冈S多障礙物，并反饋更多的環(huán)境信息，另一方面，汽車?yán)走_(dá)的信號(hào)通常是低分辨率的，這使得目標(biāo)分類具有挑戰(zhàn)性。由于反射過程的原因，在曲面對(duì)象表示中可能會(huì)不準(zhǔn)確，并且在多徑反射中可能會(huì)丟失信號(hào)，隨著ADAS系統(tǒng)的快速發(fā)展和智能車輛的普及，同頻雷達(dá)信號(hào)干擾問題也引起了廣泛關(guān)注，這也是亟待解決的問題之一。

顯示每輛汽車可能有多達(dá)六個(gè)攝像頭。這些攝像頭需要高動(dòng)態(tài)范圍和快速響應(yīng)時(shí)間以及出色的弱光靈敏度。為了滿足這些要求，設(shè)計(jì)人員必須避免圖像傳感器在高溫下長時(shí)間運(yùn)行。

汽車攝像頭通常是小型 (1.4in3) 封閉立方體，沒有主動(dòng)冷卻功能，因而非常容易積累熱量和快速升溫。圖像傳感器的額定工作溫度通常為 –40°C 至 125°C(結(jié)溫)和 –40°C 至 105°C(環(huán)境溫度)。如果達(dá)到這些范圍的上限或下限，電子控制單元 (ECU) 將不得不降低進(jìn)入圖像傳感器的功率或?qū)鞲衅魍耆P(guān)閉，直到溫度恢復(fù)到正常工作條件為止。因此，準(zhǔn)確獲取攝像頭的溫度非常重要。

圖像傳感器通常采用嵌入式溫度傳感器，其誤差范圍為 ±6°C。這么大的誤差意味著 ECU 可能會(huì)通過提前或延后關(guān)閉來限制攝像頭的使用。這些錯(cuò)誤計(jì)算可能會(huì)對(duì)圖像傳感器造成損壞，暫時(shí)限制 ADAS 功能，直到它得到維護(hù)為止。

解決方案是添加一個(gè)獨(dú)立的溫度傳感器，該傳感器可提供誤差小于 ±1°C 的準(zhǔn)確溫度測量值。

雷達(dá)

毫米波 (mmWave) 傳感器的接收器 (RX) 靈敏度、增益、輸入噪聲甚至輸出發(fā)射器 (TX) 功率都可能隨溫度而變化。在圖 3 中，主機(jī)處理器嘗試通過在運(yùn)行期間定期調(diào)整電路配置，來減輕溫度變化帶來的影響，以使 RX 增益和 TX 功率盡量接近所配置的設(shè)置水平。

之所以需要高精度溫度測量，是因?yàn)橐M可能在更大限度地提高雷達(dá)性能和防止因高溫而產(chǎn)生熱損壞之間取得平衡。為了達(dá)到這種平衡，雷達(dá)傳感器必須在溫度限值附近工作，同時(shí)能夠在盡可能接近限值時(shí)可靠地關(guān)閉。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)可能很難，因?yàn)椋?

OEM 開始要求更高的環(huán)境溫度。

為了降低成本，制造商開始使用塑料模塊外殼而不是金屬外殼。金屬是更好的導(dǎo)熱體，通常用作散熱器以散發(fā)模塊內(nèi)部產(chǎn)生的熱量。

雷達(dá)芯片功耗高，會(huì)造成自發(fā)熱。

雷達(dá)芯片上的嵌入式溫度傳感器誤差范圍最高可達(dá)到 ±7°C，這限制了雷達(dá)芯片的性能。由于此誤差，穩(wěn)妥起見，您必須在距離工作限值 ±7°C 時(shí)關(guān)斷以防止損壞。

如今，設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)是讓雷達(dá)芯片內(nèi)部裸片溫度的溫度精度達(dá)到 ±1°C。為此，您可以使用兩個(gè)獨(dú)立的溫度傳感器測量溫差，或者使用雷達(dá)芯片下方的超薄溫度傳感器，例如 TMP114。

激光雷達(dá)

激光雷達(dá)傳感器可以捕獲短距離、中距離和遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)，提供深入的點(diǎn)云，作為實(shí)現(xiàn) ADAS 功能安全性的關(guān)鍵元件。激光雷達(dá)包含激光陣列、飛行時(shí)間 (ToF) 傳感器和控制器，所有這些都需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償以保持其性能。溫度變化會(huì)影響激光雷達(dá)距離測量，并且在 70°C 以上時(shí)，激光陣列的性能可能會(huì)下降。ToF 傳感器具有高功耗，這會(huì)導(dǎo)致自發(fā)熱，并且在 105°C 左右控制器往往需要降低其時(shí)鐘頻率或完全關(guān)閉以防止熱失控。

激光雷達(dá)系統(tǒng)的一個(gè)重要設(shè)計(jì)考慮因素是目標(biāo)汽車安全完整性等級(jí) (ASIL)。

激光雷達(dá)和攝像頭模塊都有可能會(huì)破裂的透鏡，因此可能會(huì)因潮濕而損壞內(nèi)部的光學(xué)元件。汽車級(jí)濕度傳感器(如 HDC3020-Q1)可測量相對(duì)濕度和溫度。它可以檢測水分(這可能表示發(fā)生泄漏)并計(jì)算何時(shí)超過露點(diǎn)(這會(huì)導(dǎo)致透鏡上出現(xiàn)冷凝)，從而允許系統(tǒng)通知用戶采取糾正措施。

如何選擇溫度傳感器

在評(píng)估您的下一個(gè)溫度傳感器時(shí)，請考慮其最大精度、是否需要警報(bào)或其他功能以及您的通信渠道。例如，如果沒有任何可用的 ADC 通道(通常存在于環(huán)視和低端駕駛員監(jiān)控?cái)z像頭中)，那么您可以將數(shù)字溫度傳感器連接到 FPD-Link 串行器的 I2C 或 SPI 通道。如果您只是想要具有遲滯功能的閾值警報(bào)，則可以使用連接到通用輸入/輸出的溫度開關(guān)。當(dāng)您確實(shí)有可用的 ADC 通道時(shí)，模擬溫度傳感器的輸出電壓與溫度成正比，而不會(huì)像分立熱敏電阻解決方案那樣受外部元件容差的影響。如果您確實(shí)需要熱敏電阻，可以考慮硅基線性熱敏電阻，它可以解決負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻存在的精度和可靠性問題，同時(shí)保持其低成本和小尺寸的優(yōu)勢。