如何幫LiDAR在汽車(chē)中選擇合適的位置

LiDAR 是一種可用于高度自動(dòng)化和自動(dòng)駕駛汽車(chē)的三維傳感器。LiDAR 可以在白天和黑夜“看到”并內化其周?chē)h(huán)境——即使沒(méi)有光線(xiàn)。它能夠在幾乎任何天氣條件下精確測量和了解到每個(gè)物體的確切距離，這在高級駕駛輔助系統 （ADAS） 中是一個(gè)很大的優(yōu)勢，特別是與攝像頭和雷達相比。后者已被發(fā)現在更先進(jìn)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)中是不夠的。

在確定車(chē)輛的位置時(shí)，LiDAR 可以是前視、后視或側面定位（圖 1）。如果放置在汽車(chē)或任何其他車(chē)輛的前部，LiDAR 的主要目的是“向前看”并檢測任何其他車(chē)輛類(lèi)型或障礙物。

圖1. 這張圖片對比了普通駕駛員對道路的解釋與通過(guò) LiDAR 看到的內容。

無(wú)論是在高速公路上還是在城市內，LiDAR 都可以解釋汽車(chē)、卡車(chē)、公共汽車(chē)和兩輪車(chē)（摩托車(chē)、自行車(chē)或踏板車(chē)），以及行人和物體，如輪胎、錐體、掉落的摩托車(chē)、托盤(pán)、護欄和各種其他類(lèi)型的碎片。

了解 LiDAR 的放置位置對于幫助提高檢測和避免與障礙物碰撞、確保駕駛員和行人安全至關(guān)重要。

LiDAR 安裝注意事項

車(chē)輛的預期使用壽命為 10 到 15 年，因此安裝 LiDAR 系統需要從設計一開(kāi)始就仔細考慮許多因素。LiDAR 的耐用性、適用于冰冷天氣的加熱系統、檢測昆蟲(chóng)或污垢堵塞的系統、水或空氣清潔系統以及石頭或鵝卵石的潛在損壞只是汽車(chē)制造商在決定將 LiDAR 放置在哪里時(shí)必須解決的眾多問(wèn)題中的一小部分。

LiDAR 放置有三個(gè)主要選項：汽車(chē)前格柵內、前擋風(fēng)玻璃后面或車(chē)頂上。這些位置中的每一個(gè)都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，如下所述。

1. 汽車(chē)前格柵中的 LiDAR

這個(gè)位置的顯著(zhù)優(yōu)勢是 LiDAR 隱藏或幾乎隱藏在視野之外（圖 2）。因此，這是一個(gè)更美觀(guān)的選擇。這個(gè)位置提供良好的氣流，這意味著(zhù)在大多數情況下，即使在最熱的日子里，也不需要冷卻系統。格柵安裝的一個(gè)缺點(diǎn)是，如此低的位置可能對 LiDAR 來(lái)說(shuō)可能難以檢測道路上很遠的車(chē)道標記。

圖2. 放置在 BMW i7 格柵內的 LiDAR 系統有助于冷卻技術(shù)，而不會(huì )對車(chē)輛進(jìn)行明顯改變。

2. 擋風(fēng)玻璃后面安裝

這個(gè)位置不需要自己的加熱系統，可以保護 LiDAR 的許多組件，有助于防止從道路上升起的石頭等可能造成嚴重損壞的問(wèn)題。但是，汽車(chē)內部可能會(huì )達到非常高的溫度，并且可能需要空調來(lái)冷卻。這會(huì )利用可能有限的電力資源，這可能會(huì )耗盡電池，這對電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)極具挑戰性。

此外，前擋風(fēng)玻璃中使用的材料，以及相應車(chē)輛前窗的角度和反射率水平，都必須是生產(chǎn)考慮因素的一部分。所有這些因素都可能影響 LiDAR 的良好運行能力，并可能導致接收的圖像惡化。

3. 車(chē)頂安裝式 LiDAR 系統

許多汽車(chē)制造商已將 LiDAR 系統集成到車(chē)頂上;一些看起來(lái)非常時(shí)尚的設計已經(jīng)在路上。這些設計美學(xué)方面的重要性不容低估，因為 LiDAR 不能看起來(lái)像是事后的想法。車(chē)頂 LiDAR 系統的考慮因素包括在炎熱的夏天使用需要額外成本和材料的被動(dòng)或主動(dòng)冷卻系統等附加組件保持涼爽。

解決 LiDAR 放置的聲學(xué)問(wèn)題

確定 LiDAR 傳感器在車(chē)輛中的最佳位置還需要仔細權衡聲學(xué)因素。機艙內 LiDAR 運行產(chǎn)生的過(guò)大噪音會(huì )降低乘坐質(zhì)量并超過(guò)允許的噪聲級別。在外部戰略性地放置傳感器有助于拉開(kāi)噪聲源與乘客的距離，從而將噪聲水平降至最低。

另一種可能的解決方案是用隔音外殼和減震器隔離 LiDAR 組件，從而抑制混響和結構噪聲。主動(dòng)降噪技術(shù)利用相消干擾來(lái)抑制不需要的聲音。此外，在傳感器外殼周?chē)鷳玫淖枘岵牧希ㄈ缦鹉z墊圈和泡沫嵌件）可以減少噪聲、振動(dòng)和高頻。

優(yōu)化 LiDAR 定位的挑戰

在汽車(chē)中優(yōu)化定位 LiDAR 傳感器是一項復雜的工作，需要從設計到生產(chǎn)階段進(jìn)行整體分析。工程師必須評估安裝位置，以實(shí)現廣泛的環(huán)境可見(jiàn)性，同時(shí)最大限度地減少多路徑反射造成的遮擋、污垢積累和傳感器混淆。

美學(xué)和造型因素也會(huì )影響放置以保持視覺(jué)上吸引人的車(chē)輛設計，以及聲學(xué)考慮，這對于減少噪音侵入機艙是必要的。此外，除了耐久性測試外，還必須確保校準和清潔的可訪(fǎng)問(wèn)性，以驗證傳感器和支架在實(shí)際駕駛條件下能夠承受振動(dòng)、沖擊、天氣和碎屑沖擊。

通過(guò)全面評估這些實(shí)際因素，汽車(chē)制造商可以得出安裝配置，最大限度地提高 LiDAR 傳感器的有效性、安全性和使用壽命，同時(shí)滿(mǎn)足性能目標和生產(chǎn)成本。