智能网联汽车(Intelligent Connected Vehicle,ICV),也被称为智能汽车或互联网汽车,是一种具备先进的信息和通信技术(ICT)功能,能够实现车辆之间、车辆与基础设施、车辆与云端之间的高度连接和通信的汽车。
智能网联汽车的环境感知系统是一种集成了多种传感器技术和计算能力的系统,用于实时监测和感知汽车周围的环境,提高驾驶安全性、改善驾驶体验,并为自动驾驶和高级驾驶辅助系统提供数据支持。
1、环境感知系统概述
智能网联汽车环境感知系统利用车载超声波传感器(也称超声波雷达)、毫米波雷达、激光雷达、视觉传感器,以及V2X通信技术等获取道路、车辆位置和障碍物信息,并将这些信息传输给车载控制中心,为智能网联汽车提供决策依据,是ADAS实现的第一步。环境感知的对象主要有道路、车辆、障碍物、交通标志、信号灯等。
智能网联汽车感知系统架构(来源网络)
环境感知系统主要由信息采集单元、信息处理单元和信息传输单元组成。
环境感知系统构成(来源《智能网联汽车概论》)
①信息采集单元:对环境的感知和信息收集是智能网联汽车工作的前提和基础,对车辆的智能化驾驶起着至关重要的作用。信息采集主要有惯性原件、超声波传感器、激光雷达、毫米波雷达、视觉传感器、定位导航及车载自组织网络技术等。
②信息处理单元:通过一定的算法对由环境采集单元送来的车道车辆、行人等信息进行识别和处理,保障安全行驶。
③信息传输单元:接受来自传输单元的信息并做出操作。信息传输单元有显示系统、报警系统、传感器网络和车载自组织网络。
2、环境感知传感器
智能网联汽车的环境传感器主要有超声波传感器、毫米波雷达、激光雷达、视觉传感器等。智能化驾驶程度越高,配置的传感器就越多。
环境感知传感器
环境感知传感器配置:一般需要综合考虑多个方面的属性,结合这些属性参数和不同等级的自动驾驶功能实现需求,从多种传感器中综合考虑加以选取。智能网联汽车车载传感器根据超声波传感器、毫米波雷达和激光雷达的探测距离及探测角度来配置环境感知传感器。
环境感知传感器配置(来源《智能网联汽车概论》)
超声波传感器
超声波传感器也称超声波雷达,它是利用超声波特性研制而成的传感器,是在超声波范围内将交变的电信号转换为声信号或将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件。超声波传感器在汽车之中有着广泛的应用,最常见的是自动泊车辅助系统。
超声波传感器(图片来源网络)
②毫米波雷达
毫米波雷达是工作在毫米波频段的雷达,毫米波雷达是ADAS核心传感器,主要用于自适应性行控制系统、自动制动辅助系统、盲区检测系统、行人检测等。毫米波雷达在智能网联汽车上的应用主要有自适应巡航控制系统、前向碰撞预警系统、自动制动辅助系统、盲区检测系统、自动泊车辅助系统、变道辅助系统等先进驾驶辅助系统(ADAS)等。
毫米波雷达(图片来源网络)
③激光雷达
激光雷达是工作在光波频段的雷达,它利用光波频段的电磁波先向目标发射探测信号,然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较,从而获取目标位置、(距离、方位和高度)、运动状态(速度、姿态)等信息,实现对目标的探测、跟踪和识别。激光雷达作为汽车的眼睛,在智能网联汽车上面有着广泛的应用。最常见的有车辆高精度定位、障碍物识别及目标追踪、自动泊车系统、车道保持辅助系统、防撞及行人保护、车道偏离预警、自动紧急制动等。
激光雷达(图片来源网络)
④视觉传感器
视觉传感器主要由光源、镜头、图像传感器、模/数转换器、图像处理器、图像储存器等组成,其主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的原始图像。视觉传感器在汽车上的应用主要是环境感知,通常以摄像头的方式出现。视觉传感器实现的感知功能主要有车道线识别、障碍物识别、交通标志和地面标志识别、可通行空间识别、交通信号灯识别等
视觉系统集中成像(图片来源网络)
3、环境识别的分类及其方法
①道路识别
通过激光雷达把真实的道路转换成汽车可以认识的道路来辅助驾驶;或通过视觉传感器提供车辆目前的为位置来辅助驾驶。道路识别方法主要有区域切割法、道路特征法、道路模型法、道路特征与模型相结合法,根据不同的道路特点选择不同的识别方法。
道路识别方法
②车辆识别
车牌识别是利用摄像头对路过的车辆进行拍摄和运用图像处理技术完成对车牌的识别和管理。对运动中的车辆进行识通常有以下几种识别方法特征识别法,机器学习识别法,光流场识别法,模型识别法等。
车辆识别方法
③行人识别
行人识别能够及时准确的识别车辆前方的行人,及时给出预警提示,避免交通事故的发生。行人识别主要有特征分类识别法、模型识别法、运动特征识别法、形状模型识别法、小波变换和支持向量机法、神经网络法等。
行人识别方法
④交通标志识别
道路交通标志作为重要的交通基础设施,可为驾驶员提供各种引导和约束信息。交通标志主要有警告标志、禁令标志、指示标志。交通标志识别的方法主要有基于颜色特征的交通标志识别、基于形状特征的交通标志识别、基于显著性的交通标志识别、基于特征提取和机器学习的交通标志识别等。
交通标志识别方法
总而言之,智能网联汽车的环境感知系统是一套先进的传感器技术和计算能力的组合,用于实时监测和理解车辆周围的环境,包括摄像头、雷达、激光雷达、超声波传感器等,以支持驾驶决策、提高安全性、实现自动驾驶和改善驾驶体验。