1 引言
智能汽车已然成为现代汽车的发展方向。自动驾驶的实现离不开多种不同类型传感器对汽车周围环境的全方位感知。传感器的选择和布局方案将极大地影响环境感知效果[1]。
2 传感器布置原理
2.1 环境感知传感器
智能汽车环境感知传感器主要有激光雷达、毫米波雷达、摄像头、超声波雷达等[2,3]。每种传感器都有各自特点和适用范围。为了保证车辆对周围环境的可靠感知，常采用多种传感器融合的布局方案。
激光雷达获得周围环境点云数据，信息丰富、抗干扰能力强，但成本高，也易受到恶劣天气影响；毫米波雷达对障碍物识别率高，可有效提取距离和速度信息，但检测点稀疏；摄像头能识别车道线、行人、障碍物和交通标识，但对环境因素敏感，对算法和算力有较高的要求；红外摄像头可以作为夜间物体识别传感器，进一步保证行车安全；超声波雷达体积小、成本低，但检测距离有限，现阶段，常采用12个超声波雷达的方案对车身周围进行近距离检测[4]。
每种传感器都有其自身的安装要求。激光雷达一般用于远距离探测，故常安装于车顶等较高位置，倾斜角度依功能而定，但不应超过90度；前向毫米波雷达要求离地高度700mm左右；摄像头布置高度由地面最近探测点同摄像头视野中心连线与水平面夹角构成的直角三角形依据勾股定理推测得出，探测范围由每个摄像头的视场角决定。
2.2 传感器布置影响因素
为了保证智能汽车在不同场景、不同距离、不同天气等条件下均能实现可靠的行驶，结合智能汽车常用传感器特点，对影响智能汽车传感器数量和布局的因素总结如下：
使用场景。现阶段，智能汽车的自动驾驶是特定场景下的自动驾驶。不同的场景对实现自动驾驶的要求不同。如：城市环境需要对行人、自行车进行识别，高速场景仅需对车辆进行识别，同时高速场景需要探测的距离也更远。
所需功能。不同的功能对传感器的需求不同。自动泊车功能的实现超声波雷达和视觉传感器即可满足。而高速变道等功能则需要远距离配置远距离传感器。
覆盖范围。安全性一直是实现自动驾驶的重要前提。为了保证智能汽车的有效可靠行驶，传感器的布置应实现对车体360度范围的全方位覆盖。
冗余性。针对单一类型传感器可能出现的失效和工作受限等情况，为了保证安全性，智能汽车车身周围每块区域需要两个或以上的传感器覆盖，以便相互校验。
成本。自动驾驶的实现离不开各种类型传感器的共同作用。智能汽车的量产也要求整个传感器布局方案应该有较低的成本。在满足使用场景和所需功能的前提下应尽可能保证整个传感器方案成本最低。
2.3 典型传感器布局方案
现阶段，涌现出了较多的自动驾驶汽车产品。其传感器布局方案各不相同，大体上可以归结为雷达系统、视觉感知部分、超声波系统组合实现智能汽车远中近距离整体感知的技术方案。
通过多线激光雷达、毫米波雷达、补盲激光雷达等组合实现车体全方位的覆盖，实现车辆前方远距离的探测；通过长距、中距、环视相机、补盲相机等组合实现对车身周围的视觉感知，实现自动驾驶场景下物体的识别，选择性配置红外摄像头、车内摄像头实现黑夜以及车内驾驶员的感知；使用布置于车身周围的超声波雷达实现近距离感知和自动泊车等功能。
多种类型多种探测距离的传感器组合实现了对车辆周围环境的全方位覆盖以及冗余性。车辆同时配置高精度组合导航系统实现智能汽车的高精定位，配置高精度地图实现智能汽车的附加感知。
3 总结
环境感知为智能汽车采集各种环境信息，是自动驾驶定位、决策、规划的重要基础。多种类型传感器的冗余方案为行驶安全提供了保障。分析了影响智能汽车传感器布局的多种因素，给出了雷达、视觉感知和超声波雷达组合的典型传感器布局方案，为智能汽车传感器的选择和布置提供参考。
4 参考文献
[1]陆炳华, 刘婷, 张海滨. 智能驾驶汽车传感器介绍及布置[J]. 上海汽车, 2017(11):40-43.
[2]沈峘. 智能车辆视觉环境感知技术的研究[D]. 南京航空航天大学.
[3]Araki H , Yamada K , Hiroshima Y , et al. Development of rear-end collision avoidance system[C]// Intelligent Vehicles Symposium, 1996. Proceedings of the 1996 IEEE. IEEE, 1997.
[4]冯丽. 智能驾驶车辆环境感知传感器的布置[J]. 时代汽车(15):2.
