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时间:2018-12-08
《自动驾驶汽车的实现与传感器发展的关系.doc》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、自动驾驶汽车的实现与传感器发展的关系 据麦姆斯咨询介绍,未来半自动和全自动驾驶汽车的实现与传感器发展密切相关。为了让用户获得更佳的体验,从依靠工业级陀螺仪实现卓越导航的高度精确的航位推算子系统,到具有直观人机界面(humanmachineinterface,HMI)和智能座椅等更智能化和个性化的驾驶室,新一代的半自动和全自动驾驶汽车都必将使用更多的传感器。 航位推算精确提供位置信息 航位推算法是通过物体之前位置,结合速度和方位来推算当前位置的过程。航位推算法应用广泛,是智能手机、航空航天导航和导弹制导中惯性导航系统的基础。 当今一流
2、的MEMS陀螺仪可以在200米的距离内提供30~50厘米的分辨率(横摆角速度漂移),这是GPS信号丢失的典型隧道长度。对于半自动(L3)或自动驾驶(L4、L5)汽车,其位置精度远低于10厘米。通常只有高端工业或航空航天陀螺仪可以满足这种精度,其零偏不稳定性误差值范围为1°/h至0.01°/h。这些重载陀螺仪的价格从100美元到1000美元不等。 根据应用和偏置漂移性能区分当前不同陀螺仪的性能水平 对于具备工业精度能力的MEMS陀螺仪传感器制造商,例如SiliconSensingSystems、AnalogDevices、Murata、E
3、psonToyocom和TDKInvenSense,以及更广泛的传感器元器件制造商,如Bosch、Panasonic、STMicroelectronics和TDK(InvenSense和Tronics)等,自动驾驶汽车中潜藏的巨大机会令他们极其感兴趣。 虽然MEMS技术在性能、尺寸和重量上控制较好,但成本仍然是个挑战。自动驾驶的故障操作模式允许使用更高的价格(最开始时价格至少在100美元以上)的传感器,即使到2030年自动驾驶汽车数量仍相对较少。尽管如此,与工业应用相比,汽车的销量仍然具有非常大的吸引力,它为航位推算传感器提供了利润丰厚的
4、未来市场。 驾驶室将变得更加智能 汽车制造商寄希望于人们喜欢控制自己的物理环境的想法。汽车内部配备了压力传感器,可提供更个性化的乘坐体验,以及先进的两级安全气囊,以提高安全性。在某些车辆中,汽车制造商还使用成对的MEMS麦克风来降低噪声,通过图像传感器或MEMS红外传感器来检测驾驶员的存在。同时,利用气体传感器检测车内的二氧化碳浓度,当检测到导致瞌睡的危险指数达标时,就会触发警告。然后,这些智能传感器将“告诉”驾驶员打开车窗或利用较复杂的解决方案启动空气净化系统。虽然如今的二氧化碳传感器价格仍然相对昂贵,但相信未来我们会看到低成本的传感
5、器进入市场。 未来的驾驶室需要超越这些概念,走向全自动驾驶。座椅上可以配备灵敏的加速度计,用于测量心率和呼吸频率以及身体的各项活动。其他器件还可以监测人体湿度和温度。 我们再来看看Murata(村田制作所),最初用MEMS加速度计代替脉搏血氧仪,致力于临床医学,其加速度计同样可以内置在汽车座椅中来检测心率。当然,这并不是唯一的方法,另一种用于心率测量的传感方法是利用毫米波雷达技术,毫米波甚至可以穿透诸如书籍或杂志等物体。 为了增强传感器对人体监测的能力,汽车设计师将通过摄像头来融合信息,如凝视方向、眨眼和闭眼率、头部倾斜度和座椅数据,
6、以及传感器收集的各项数据等,来反映有关驾驶员的身体状况、意识甚至情绪等有价值的信息。 佛吉亚(Faurecia)在2016年巴黎车展上亮相的智能座椅ActiveWellness概念机证明了这项技术可能比我们想象的来得要快。AcTIveWellness可主动收集并分析生物数据,存储驾驶员的行为和偏好。该原型提供了基于身体状况来预测驾驶员舒适度的数据,包括一天中的行驶时间和行驶条件以及汽车自动驾驶运行模式(L3、L4或L5)等。其他功能,如事件触发按摩(event-triggeredmassage)、座椅通风,甚至随环境照明或音频环境而变化都
7、将可能实现。 佛吉亚的“未来驾驶室”在2018年国际消费电子展亮相 同时,还有其他更先进的人机界面的商业言论以及大量产品原型。伟世通(Visteon)的Horizon驾驶室可以通过语音激活或通过手势来打开或调整采暖通风与空调(HVAC)。如今,电容传感器已广泛用于接触式应用,非接触式应用包括从简单的红外二极管进行近距离测量,到用于手势控制的复杂3D飞行时间(ToF)测量等。 很明显,汽车设计师在车内空间中可以更加自由地使用人机交互界面,提供制造商认为客户会乐意支付更高费用的差异化设计。 如何管理传感器数量激增带来的输入问题 目
8、前,研究人员正在研究解决先进功能汽车需要多种传感输入的问题。也就是说,当我们有这么多的传感输入时,设计人员必须解决复杂布线和不必要的重量问题。例如,佛吉亚正在考虑将装饰性表面(如
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