如何幫LiDAR在汽車中選擇合適的位置

LiDAR 是一種可用于高度自動化和自動駕駛汽車的三維傳感器。LiDAR 可以在白天和黑夜“看到”并內(nèi)化其周圍環(huán)境——即使沒有光線。它能夠在幾乎任何天氣條件下精確測量和了解到每個物體的確切距離，這在高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 中是一個很大的優(yōu)勢，特別是與攝像頭和雷達相比。后者已被發(fā)現(xiàn)在更先進的自動駕駛汽車中是不夠的。

在確定車輛的位置時，LiDAR 可以是前視、后視或側(cè)面定位（圖 1）。如果放置在汽車或任何其他車輛的前部，LiDAR 的主要目的是“向前看”并檢測任何其他車輛類型或障礙物。

圖1. 這張圖片對比了普通駕駛員對道路的解釋與通過 LiDAR 看到的內(nèi)容。

無論是在高速公路上還是在城市內(nèi)，LiDAR 都可以解釋汽車、卡車、公共汽車和兩輪車（摩托車、自行車或踏板車），以及行人和物體，如輪胎、錐體、掉落的摩托車、托盤、護欄和各種其他類型的碎片。

了解 LiDAR 的放置位置對于幫助提高檢測和避免與障礙物碰撞、確保駕駛員和行人安全至關(guān)重要。

LiDAR 安裝注意事項

車輛的預期使用壽命為 10 到 15 年，因此安裝 LiDAR 系統(tǒng)需要從設(shè)計一開始就仔細考慮許多因素。LiDAR 的耐用性、適用于冰冷天氣的加熱系統(tǒng)、檢測昆蟲或污垢堵塞的系統(tǒng)、水或空氣清潔系統(tǒng)以及石頭或鵝卵石的潛在損壞只是汽車制造商在決定將 LiDAR 放置在哪里時必須解決的眾多問題中的一小部分。

LiDAR 放置有三個主要選項：汽車前格柵內(nèi)、前擋風玻璃后面或車頂上。這些位置中的每一個都有優(yōu)點和缺點，如下所述。

1. 汽車前格柵中的 LiDAR

這個位置的顯著優(yōu)勢是 LiDAR 隱藏或幾乎隱藏在視野之外（圖 2）。因此，這是一個更美觀的選擇。這個位置提供良好的氣流，這意味著在大多數(shù)情況下，即使在最熱的日子里，也不需要冷卻系統(tǒng)。格柵安裝的一個缺點是，如此低的位置可能對 LiDAR 來說可能難以檢測道路上很遠的車道標記。

圖2. 放置在 BMW i7 格柵內(nèi)的 LiDAR 系統(tǒng)有助于冷卻技術(shù)，而不會對車輛進行明顯改變。

2. 擋風玻璃后面安裝

這個位置不需要自己的加熱系統(tǒng)，可以保護 LiDAR 的許多組件，有助于防止從道路上升起的石頭等可能造成嚴重損壞的問題。但是，汽車內(nèi)部可能會達到非常高的溫度，并且可能需要空調(diào)來冷卻。這會利用可能有限的電力資源，這可能會耗盡電池，這對電動汽車來說極具挑戰(zhàn)性。

此外，前擋風玻璃中使用的材料，以及相應車輛前窗的角度和反射率水平，都必須是生產(chǎn)考慮因素的一部分。所有這些因素都可能影響 LiDAR 的良好運行能力，并可能導致接收的圖像惡化。

3. 車頂安裝式 LiDAR 系統(tǒng)

許多汽車制造商已將 LiDAR 系統(tǒng)集成到車頂上;一些看起來非常時尚的設(shè)計已經(jīng)在路上。這些設(shè)計美學方面的重要性不容低估，因為 LiDAR 不能看起來像是事后的想法。車頂 LiDAR 系統(tǒng)的考慮因素包括在炎熱的夏天使用需要額外成本和材料的被動或主動冷卻系統(tǒng)等附加組件保持涼爽。

解決 LiDAR 放置的聲學問題

確定 LiDAR 傳感器在車輛中的最佳位置還需要仔細權(quán)衡聲學因素。機艙內(nèi) LiDAR 運行產(chǎn)生的過大噪音會降低乘坐質(zhì)量并超過允許的噪聲級別。在外部戰(zhàn)略性地放置傳感器有助于拉開噪聲源與乘客的距離，從而將噪聲水平降至最低。

另一種可能的解決方案是用隔音外殼和減震器隔離 LiDAR 組件，從而抑制混響和結(jié)構(gòu)噪聲。主動降噪技術(shù)利用相消干擾來抑制不需要的聲音。此外，在傳感器外殼周圍應用的阻尼材料（如橡膠墊圈和泡沫嵌件）可以減少噪聲、振動和高頻。

優(yōu)化 LiDAR 定位的挑戰(zhàn)

在汽車中優(yōu)化定位 LiDAR 傳感器是一項復雜的工作，需要從設(shè)計到生產(chǎn)階段進行整體分析。工程師必須評估安裝位置，以實現(xiàn)廣泛的環(huán)境可見性，同時最大限度地減少多路徑反射造成的遮擋、污垢積累和傳感器混淆。

美學和造型因素也會影響放置以保持視覺上吸引人的車輛設(shè)計，以及聲學考慮，這對于減少噪音侵入機艙是必要的。此外，除了耐久性測試外，還必須確保校準和清潔的可訪問性，以驗證傳感器和支架在實際駕駛條件下能夠承受振動、沖擊、天氣和碎屑沖擊。

通過全面評估這些實際因素，汽車制造商可以得出安裝配置，最大限度地提高 LiDAR 傳感器的有效性、安全性和使用壽命，同時滿足性能目標和生產(chǎn)成本。