在辅助驾驶系统（ADAS）和自动驾驶汽车（AV）的领域，传感技术的实现没有单一最佳方案。每个汽车制造商根据六个基本考虑因素，采用独特的方式集成传感器，从而形成各自的解决方案。在2020年AutoSens BRuSSels在线会议的闭幕式上，专家小组探讨了理想的传感器组合以及如何确保设计不妨碍安全性。
参与讨论的专家包括法雷奥（Valeo）汽车嵌入式供应商的视觉系统及高级驾驶员辅助系统高级专家PatRick Denny，沃尔沃汽车的技术主管Paul-HenRi Matha，以及Sense Media GRoup的董事总经理RobeRt Stead。同时，EE TiMes EuRope也与YoleDéveloppeMent的技术与市场分析师PieRRick Boulay进行了交流，以深入了解Yole对汽车系统中各种传感器类型应用的看法。
在汽车中，越来越多的传感器被部署以主动应对安全挑战。目前一辆车中通常配有多少个传感器？为了进一步提高自动驾驶水平，还需要增加多少传感器？Boulay在接受EE TiMes采访时表示：“考虑到ADAS的传感器，包括超声波、雷达、用于感知的摄像头、用于观察的摄像头和LiDAR，车辆的传感器数量预计在10至20个之间，具体取决于车型。”
高端汽车通常比低端车型配备更多传感器。
传感器在实现高度自动化中至关重要，预计其数量和类型将持续增加。“我们预计这些自动化级别需要安装35至40个传感器，”Boulay补充道。“传感器将更具专业性，因为将会有针对短、中和远程应用的特定传感器。单一传感器无法满足所有需求，每种应用或用例对传感器都有特定的要求。”
传感器的数量增加只是问题的开始。传感器生成大量数据，而系统的处理能力却有限。Boulay指出，未来能够处理这些数据的计算能力将成为一项关键特征。他表示：“使用Intel-MoBIleye芯片的典型ADAS系统在0.25 TOPS（相当于高端笔记本电脑的10倍）和2.5 TOPS（新型EyeQ4芯片）之间取得了显著进展，而自动驾驶汽车的处理能力已经超过250 TOPS。”最终，汽车的E/E（电气/电子）架构需要从分布式转变为集中式架构，具备域控制器以管理来自传感器的原始数据融合。
那么，传感器越多越好吗？Boulay表示：“有些人可能会这样认为，但由于成本或集成问题，汽车中传感器的数量不会无限增加。”他预计，自动化传感器的数量将在某一时点趋于平稳。“主要在于软件的水平和企业有效处理大量数据的能力。特斯拉等OEM仍未使用LiDAR，而是依靠传感器和AI计算的结合来实现高水平自动化。”
他补充道：“某些OEM的传感器质量将优于其他OEM，关键在于软件和计算能力的差别。”
优化组合
车辆在不同天气条件下行驶，传感器需要始终可用以监测周围环境。一种提高可用性的方法是通过冗余传感器来补偿潜在故障。法雷奥的Denny在小组讨论中提到：“环境监测必须采用多种方式。”他说：“在完全黑暗或恶劣天气条件下，您需要多种功能共同工作。”
传感器在视觉条件不佳时提供支持，其多样性使汽车在各种天气和光照条件下保持可靠性。Boulay说：“白天摄像头表现良好，但在夜间、雾霾或降雨时，其他传感器可以在降级模式下继续工作。”
确保传感器的正确位置也至关重要。传感器需要战略性地放置，以持续反馈周围信息。但技术限制可能影响传感器的放置。例如，前照灯内的冷凝水可能会妨碍激光雷达的工作，而在寒冷或下雪的天气中，霜冻可能导致传感器失效。红外传感器无法穿透玻璃，也不能放置在挡风玻璃后。Denny表示，涂漆在超声波传感器上也可能改变其声学特性。
沃尔沃的Matha指出，传感器的功耗也是一个重要挑战。“每个传感器的功耗在1到10 W之间。如果将所有ADAS功能的传感器加在一起，功耗可能达到100或200 W，产生多达4克的二氧化碳。我们必须降低功耗，其中一些传感器可以在特定情况下处于低功耗状态。”
热管理同样是需要考虑的限制因素。Matha指出，挡风玻璃后的温度可能高达90°C，并且可能不适合某些传感器。“例如，如果将其放置在前照灯等区域，我们需要复杂且昂贵的冷却系统。”
专家们认为，模拟和驾驶测试可以帮助确定传感器的最佳位置。
Boulay强调，传感器的位置与OEM确定的用例紧密相关。“从我们目前在将LiDAR用于高速公路自动驾驶的车辆上观察到的情况来看，LiDAR处于中央，几乎与ADAS摄像头和远程雷达对齐。对于停车或城市驾驶等其他用例，LiDAR的安装位置会有所不同，预计会位于车辆的侧面或拐角处。”
美学整合
Matha表示，沃尔沃目前集成了20种类型的传感器，其中许多是完全隐藏的。例如，在沃尔沃XC90中，前停车摄像头被安置在格栅内，侧面摄像头则位于每个门镜中，而后部摄像头则安放在牌照上方。Matha说：“我们可以将传感器整合得更美观。”
然而，是否必须隐藏传感器？它们是否可以成为汽车设计的一部分？
AstheiMeR认为，如果汽车被视为智能产品，就不应隐藏任何部分。“传感器足够小，可以完全集成，几乎不被注意。然而，随着我们向完全自主驾驶的目标迈进，某些传感器将需要非常显眼。360° LiDAR需要完完全全可见，且其位置必须不容妥协。”
AstheiMeR强调，设计师和工程师需共同合作，使传感器符合车辆的身份。由WaRwick ManuFActuRing GRoup（WMG）、WaRwick大学和AstheiMeR共同开发的电动送货车原型DeliveR-E，将摄像头集成在车侧，并将LiDAR明显放置在车后。
当Boulay被问及外部吊舱集中传感器的相关性时，他提到了Magneti MaRelli的SMaRt CoRneR，能够容纳LiDAR、雷达、摄像机和超声波等传感器，以及基于LED的照明功能，如自适应光束和数字光处理。他说：“原始设备制造商在生产过程中集成这些吊舱可能会更方便，但在发生事故后，维修或更换这些吊舱的费用可能会非常高。”他指出：“必须在集成、可修复性和成本之间找到平衡。”
减少认知负担
人机界面（HMI）不仅连接驾驶员与汽车，还将驾驶员与外界联系。然而，过多的功能可能导致驾驶员分心，错过重要的驾驶信息。
AstheiMeR在参与Volta TRUCks的零电动货车设计中意识到提高驾驶员警觉性的重要性。他表示：“在伦敦，尽管重型车辆仅占交通总量的不到4%，但却导致50%以上的弱势道路使用者死亡，包括行人和骑自行车的人。”主要原因在于缺乏直接可见性和认知超负荷。
他指出：“认知是一个大问题。我们需要确保ECU [电子控制单元]和CAN [控制器局域网]系统能够以最清晰、最简化的方式读取正确的信号并显示信息，无论是触觉、音频还是视觉。”
使安全变酷
在之前的AutoSens大会上，Stead提到专家组的观点，询问“让安全变酷”是否是销售联网汽车的关键。
Matha回应道：“我们以安全为基础开展业务。我们的客户需要安全，而我们只能通过传感器来确保安全。因此，我们需要利用传感器制造出美观的汽车。”
还有一个需要考虑的方面是，使用者需要了解汽车的智能水平，以保持对道路使用者及其周围环境的警觉。AstheiMeR指出：“通过提高产品的安全性，您可能会使驾驶员远离他们正在做的事情。在车辆增加自主能力的过程中，虽然可以通过简单的方式帮助驾驶员，但同时也可能使某些复杂任务更加困难。随着车辆数量的增加，驾驶员更容易分心。”
他强调，传感器及其反馈信息能够帮助驾驶员保持对当前状况的关注，而不仅仅是从外部吸引其注意力。
