
随着科技的飞速发展,自主车辆作为未来交通领域的重要发展方向,正逐渐从概念走向现实。近年来,全球各大汽车制造商和科技公司纷纷加大对自主车辆技术的研发投入,推动了行业的快速发展。从特斯拉在电动汽车和自动驾驶领域的持续创新,到谷歌旗下 Waymo 在无人出租车领域的积极探索,自主车辆技术在不断突破和演进。
一、自主车辆传感器行业概述
1、工作原理探究
1.1 常见传感器原理阐释
空气流量传感器作为电喷发动机的关键传感器,主要负责将吸入的空气流量精准地转换成电信号。以热式空气流量传感器为例,其工作基于热传导原理。传感器内部设有发热元件和温度检测元件,当空气流经时,发热元件的热量会被空气带走,导致温度下降。而温度检测元件能够感知这一温度变化,通过电路将其转化为与空气流量相关的电信号。发动机控制单元(ECU)依据该电信号,精确计算喷油时间和点火时间,以确保发动机在各种工况下都能维持最佳的混合气浓度,从而实现高效运行。
曲轴位置传感器在发动机的运行控制中起着不可或缺的作用,其主要功能是确定曲轴的旋转位置和转速。磁电感应式曲轴位置传感器是较为常见的类型,它主要由永磁感应检测线圈和转子组成。当发动机运转时,转子随曲轴一同旋转,由于转子上的轮齿与感应线圈之间的空气间隙不断变化,导致通过感应线圈的磁场发生相应变化,进而在感应线圈中产生交变的感应电动势。该电动势经过滤波、整形等处理后,转变为脉冲信号输出。发动机控制单元根据这些脉冲信号,能够准确判断曲轴的位置和转速,为发动机的点火时刻和喷油时刻提供关键的控制依据。
1.2 原理在车辆运行中的作用机制
在车辆运行过程中,传感器的工作原理对车辆的精准控制和安全行驶发挥着核心作用。空气流量传感器通过实时监测发动机的进气量,为发动机控制单元提供关键的进气信息。发动机控制单元根据这些信息,精确调整喷油嘴的喷油量和火花塞的点火时间,使发动机始终保持在最佳的工作状态。当车辆处于加速工况时,空气流量传感器检测到进气量增加,发动机控制单元会相应增加喷油量,以满足发动机对动力的需求;当车辆处于怠速工况时,进气量减少,发动机控制单元则会减少喷油量,避免燃油浪费和发动机抖动。
曲轴位置传感器为发动机的点火和喷油系统提供了准确的时间基准。发动机控制单元根据曲轴位置传感器反馈的信号,精确控制每个气缸的点火时刻和喷油时刻,确保发动机的正常运转。如果曲轴位置传感器出现故障,发动机控制单元无法准确判断曲轴的位置和转速,可能导致发动机无法启动、抖动、动力下降等问题,严重影响车辆的行驶安全和性能。
2、类型与功能解析
2.1 主要类型梳理
在自主车辆领域,常见的传感器类型丰富多样,包括雷达、激光雷达、摄像头等。雷达主要利用电磁波的反射原理来检测目标物体的距离、速度和方向。毫米波雷达工作在毫米波波段,其波长介于 1 - 10 毫米之间,具有较强的穿透能力,能够在恶劣天气条件下(如雾、雨、雪等)正常工作。激光雷达则是通过发射激光束,并测量激光束从发射到被目标物体反射回来的时间差,来计算目标物体的距离,从而构建出车辆周围环境的三维点云图。摄像头作为视觉传感器,能够捕捉车辆周围的图像信息,通过计算机视觉技术对图像进行分析和处理,识别出交通标志、车道线、行人、车辆等目标物体。根据摄像头的数量和布局,可分为单目摄像头、双目摄像头和环视摄像头等。
2.2 各类型独特功能阐述
雷达在自主车辆中主要用于中远距离的目标检测和跟踪,毫米波雷达能够实时监测车辆周围物体的相对速度和距离,为车辆的自适应巡航控制(ACC)、前碰撞预警(FCW)、自动紧急制动(AEB)等功能提供关键的数据支持。在高速公路行驶场景中,毫米波雷达可以精确测量前车的速度和距离,车辆的 ACC 系统根据这些信息自动调整车速,保持与前车的安全距离;当检测到前方有潜在碰撞危险时,FCW 系统及时发出警报,提醒驾驶员采取制动措施,若驾驶员未及时响应,AEB 系统则会自动启动制动,避免或减轻碰撞事故的发生。
激光雷达以其高精度的距离测量和三维环境感知能力,成为自主车辆实现高级别自动驾驶的关键传感器之一。它能够快速构建出车辆周围环境的高精度三维模型,清晰地识别出各种障碍物的形状、位置和大小。在复杂的城市道路场景中,激光雷达可以准确区分行人、自行车、汽车、交通标志等不同的目标物体,为自动驾驶系统提供全面、准确的环境信息,支持车辆做出合理的决策和规划,如路径规划、避障等。
摄像头则凭借其丰富的视觉信息,为自主车辆提供了直观的环境感知能力。单目摄像头通过对图像的分析和处理,可以识别交通标志、车道线、车辆和行人等目标物体,但由于缺乏深度信息,其在距离测量方面存在一定的局限性。双目摄像头利用双目视差原理,能够获取目标物体的深度信息,从而实现对物体的三维定位和距离测量,提高了目标检测和识别的准确性。环视摄像头则通过多个摄像头的组合,实现对车辆周围 360 度的全景监控,为车辆的泊车辅助、盲区监测等功能提供了有力支持。在泊车过程中,环视摄像头可以实时显示车辆周围的环境图像,帮助驾驶员准确判断车辆与周围障碍物的位置关系,实现安全、便捷的泊车操作。
3、在自动驾驶中的关键作用
3.1 感知与决策支持
传感器在自动驾驶系统中扮演着 “感知器官” 的角色,为系统提供了全面、准确的环境信息,是自动驾驶车辆实现智能决策的基础。雷达、激光雷达和摄像头等传感器通过不同的原理和方式,实时感知车辆周围的环境状况,包括道路条件、交通信号、障碍物分布、其他车辆和行人的位置与运动状态等。这些传感器收集到的海量数据被传输到自动驾驶系统的中央处理器(CPU)或图形处理器(GPU)中,经过复杂的算法处理和分析,提取出关键的信息特征。自动驾驶系统根据这些信息,结合预先设定的规则和策略,对车辆的行驶方向、速度、加速度等进行决策和控制,实现车辆的自动驾驶。在遇到前方交通信号灯变为红灯时,传感器检测到信号灯状态的变化,并将信息传输给自动驾驶系统,系统经过分析判断后,控制车辆减速停车;当检测到前方道路畅通且没有障碍物时,系统则控制车辆加速行驶。
3.2 安全保障作用
传感器对于保障自动驾驶车辆的安全行驶具有至关重要的意义,是自动驾驶车辆安全运行的重要防线。在行驶过程中,传感器持续监测车辆周围的环境,及时发现潜在的安全风险。当传感器检测到前方有突然出现的障碍物、车辆或行人时,会立即将信息传递给自动驾驶系统,系统迅速做出反应,采取紧急制动、避让等措施,避免碰撞事故的发生。激光雷达可以在远距离精确检测到障碍物的位置和距离,为自动驾驶系统提供充足的反应时间;毫米波雷达在恶劣天气条件下仍能保持稳定的工作性能,确保车辆在雨、雪、雾等天气中也能及时感知周围环境,保障行驶安全。此外,传感器还可以与车辆的其他安全系统(如防抱死制动系统 ABS、电子稳定控制系统 ESC 等)协同工作,进一步提高车辆的行驶安全性。在紧急制动过程中,传感器将车辆的速度、制动压力等信息传递给 ABS 系统,系统根据这些信息精确控制制动压力,防止车轮抱死,确保车辆在制动过程中的稳定性和可操控性。