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—— 自动巡航车采用 2D 泛光 LiDAR 技术来消除盲 点和确保安全
作者:时间:2019-04-17来源:电子产品世界

本文引用地址:http://www.955ms.com/article/201904/399561.htm

随着主要汽车制造商在他们的汽车中加速采用 和自动驾驶功能,汽车行业正朝着自动驾驶这一方向发展。全自动乘用车的试驾越来越多。本“应用说明”探讨了所采用的 LiDAR 技术,并针对关键的安全性问题提供了的经济高效的解决方案。

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挑战

典型的全的核心依赖于两个重要的中央处理单元(CPU)- 导航系统主 CPU 和安全 CPU,它们之间协同工作以防止碰撞和确保安全。

导航系统主 CPU 可以与一个或多个 LiDAR 传感器进行交互,提供大范围和高分辨率的定位、映射和防撞。目前,许多都依赖于机械式扫描 LiDAR 传感器,这种传感器位于巡航车的顶部,可进行远程探测,能够对车辆周围实现 360 度覆盖。

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盲点区域的半径受多种因素影响,包括机械式扫描 LiDAR 传感器的垂直视场(FoV)、传感器在车辆上的位置,以及巡航车的大小和形状。然而,值得注意的是,机械式扫描传感器通常不会专门配置为可获取近距离数据,或特别选择最佳位置以实现 360 度全覆盖,这进一步导致巡航车周围的盲点区域增加。

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图 机械式扫描 LiDAR 在车辆周围产生的盲点。

对于确保安全和成功的自动驾驶而言,盲点区域内的障碍检测能力至关重要。车辆开启时,如果未对周围环境进行检测并确认附近没有障碍物,则巡航车不能启动。此外,在巡航车的运行过程中,对于停止后即将重新启动的情形,系统需要事先验证是否有人、车辆或任何其他物体接近巡航车。例如,在接载乘客时,系统需要确认乘客是否已经上车或仍然停留在盲区内。巡航车盲区的其他物体(例如敞篷车、叉车、拖车等)也需要执行相同的检测过程。

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图 扫描盲区可能会带来灾难性的后果,如同本示例中位于车辆盲区的小孩子一样。

检测到危险情况时,安全 CPU 会防止巡航车移动或使其完全停止。作为最新自动巡航车设计不可或缺的一部分,安全 CPU 需要进行短程到中程的防撞检测,以便在主导航系统无法识别障碍物或发生故障时能使车辆完全停止。

安全 CPU 是一种低功耗、经济高效的冗余系统,其数据速率要求较低 - 但必须确保完全覆盖其周围环境(360 度,水平和垂直全覆盖)。这带来了巨大的挑战,因为这个需求本身违背了扫描的基本概念 - 更大的覆盖范围通常意味着更多的数据。例如,LiDAR 扫描设备每秒返回 60 万到 220 万个点,具体取决于传感器的分辨率和垂直线数(16 到 64)。

寻求合适的技术

为了能够覆盖巡航车周围的盲区,我们考虑并测试了不同的探测技术(超声波、雷达和摄像机等解决方案),但每一种技术都有其局限性:

? 超声波:范围有限,分辨率低

? 雷 达:渗透性表面和静态物体的检测问题

? 摄像机:缺乏距离信息和重要的天气梯度变化信息

其他解决方案所采用的标准同样重要。首先,由于解决方案将在安全 CPU 中发挥最核心的作用,因此不应向系统发送过多的数据,以避免数据过载带来的数据接口问题。为了实现 360 度覆盖,我们估计安全 CPU 的最佳数据输入量为每秒 3,000 至 60,000 点。

该技术还必须提供足够高的分辨率来检测小物体,并可以通过跟踪算法来实现精确的轨迹和速度,对物体进行精确定位从而做出有效的防撞决策。

选择解决方案时,另一个需要考虑的重要因素是视场全覆盖能力,以及在所有类型表面的高检测率,这对于需要检测巡航车周围物体的安全系统至关重要 - 低分辨率的传感器可能会发生漏测现象。

最后,来自安全 CPU 的数据将被送入导航 CPU,用作冗余数据。冗余传感器提高了系统的性能水平、检测率和稳健性。一个传感器漏测的物体会被另一个传感器捕获,从而显著提高系统性能、确保安全操作,这对涉及到多名乘客的全自动无人驾驶至关重要。

兼具性能和成本优势并同时满足安全要求的解决方案

基于上述要求和传感器技术的固有限制,许多巡航车开发人员转而采用固态泛光 LiDAR,以消除巡航车周围的盲点。与机械式扫描 LiDAR 相比,泛光 LiDAR 成本更低、平均故障间隔时间(MTBF)更长,可提供高度可靠的短程检测,能实现 100%的光密度和视场完全覆盖。泛光 LiDAR 提供的数据可以在高达 100Hz 的测量速率下对物体进行跟踪,基于速度、方向性和位置对可能发生的碰撞进行预测,同时消除车辆周围可能存在的任何盲区。

当远程的主检测系统由于故障或遗漏而无法检测到物体时,LiDAR 解决方案作为冗余的制动和防撞系统,会充分考虑最大减速率(尤其是对于许多典型的巡航车的最大速度)提供必要的扫描范围。

此外,如果在车辆附近检测到物体,将启动紧急制动程序。另外,巡航车上的乘客经常不系安全带并保持站立姿势,为确保减速时速度保持在安全水平,需要一定的制动距离。

例如,以 40 公里/小时的速度行驶的巡航车,如果采用 3.5 米/秒?的减速率,则需要 23 米(其中包括 0.5秒的反应时间)才能停止下来。


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