智能驾驶汽车环境感知传感器主要有超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、单/双/三目摄像头、环视摄像头以及夜视设备。目前，处于开发中的典型智能驾驶车传感器配置如表 1所示。

表 1 智能驾驶汽车传感器配置

• 环视摄像头：主要应用于短距离场景，可识别障碍物，但对光照、天气等外在条件很敏感，技术成熟，价格低廉；
  

• 摄像头：常用有单、双、三目，主要应用于中远距离场景，能识别清晰的车道线、交通标识、障碍物、行人，但对光照、天气等条件很敏感，而且需要复杂的算法支持，对处理器的要求也比较高；
  

• 超声波雷达：主要应用于短距离场景下，如辅助泊车，结构简单、体积小、成本低；
  

• 毫米波雷达：主要有用于中短测距的 24 GHz 雷达和长测距的 77 GHz 雷达 2 种。毫米波雷达可有效提取景深及速度信息，识别障碍物，有一定的穿透雾、烟和灰尘的能力，但在环境障碍物复杂的情况下，由于毫米波依靠声波定位，声波出现漫反射，导致漏检率和误差率比较高；
  

• 激光雷达：分单线和多线激光雷达，多线激光雷达可以获得极高的速度、距离和角度分辨率，形成精确的 3D 地图，抗干扰能力强，是智能驾驶汽车发展的最佳技术路线，但是成本较高，也容易受到恶劣天气和烟雾环境的影响。
  

• 不同传感器的感知范围均有各自的优点和局限性（见图 1），现在发展的趋势是通过传感器信息融合技术，弥补单个传感器的缺陷，提高整个智能驾驶系统的安全性和可靠性。
  

图 1  环境感知传感器感知范围示意图

例如，车辆刚驶出高速公路服务区，准备自动变道：初始车速 V1=60km/h；变道过程约需要 t = 3 s；变道完成时与后方车辆的车间时距 τ ≥ 2 s （注 1）左后方来车车速 V2 = 120 km/h；为保证变道安全，本车与左后方车辆的初始安全距离至少为

(V2－V1)×(t+τ)=(120km/h－60km/h)×(3s+2s) ≈ 83m

一般后向 24 GHz 毫米波雷达的探测距离为 60 m 左右，如果车后安装一台24GZ毫米波雷达，60～83 m 是危险距离。若前后车距在此范围内，开始变道时，系统误判为符合变道条件。随着左后方车辆高速接近，自动变道过程中安全距离不足，本车中途终止变道，返回本车道继续行驶。这种情况会干扰其他车辆的正常驾驶，存在安全隐患，也会给本车的乘员带来不安全感（见图 4）。

图 4：自动变道场景

要解决这个极端场景下智能驾驶汽车自动变道的安全问题，可以考虑增加一个 77 GHz 后向毫米波雷达，它的探测距离可以达到 150 m 以上，完全能满足这个场景中 83 m 的探测距离要求。当然，可以采用探测距离达到 100 m 以上的 8 线激光雷达或摄像头( 如 Tesla 车型) 解决 24 GHz 毫米波雷达探测距离不足的问题， 还可以通过控制算法设定车辆必须加速到一定车速才允许自动变道。

而前车安全距离要保证至少100米左右，也保证了车辆有足够的制动时间。

冗余度：谁都不希望把自己的生命交付给一个/种传感器，万一它突然失效了呢？所谓的冗余度，也可以划分为硬件冗余，或软件冗余。

如图1中，前方的障碍物有4类传感器覆盖，这样最大程度上保证前方障碍物检测不会漏检或者虚警。这属于硬件冗余。

再比如车道线检测。现阶段大量的对车道线的检测均是基于视觉(此处不讨论基于激光的传感器)，对它的冗余则遵循3选2，或少数服从多数的选择。通过多支算法来保证识别的正确性。

算法设计上用到Sensor Fusion，下图是CMU的多传感器融合的障碍物检测/跟踪框架：

图5：CMU的障碍物检测、跟踪框架。主要分为两层，Sensor Layer负责收集各个传感器测量，并将其抽象为公共的障碍物特征表示；Fusion Layer接收障碍物特征表示，输出最终的障碍物结果（位置、速度、类别等）。

除了要保证覆盖和冗余度，当然在实际安装中，还要符合每个传感器和车辆的安装条件。比如把激光雷达放置在高处，增大了扫描的面积。

智能驾驶车辆的传感器中，以需要考虑因素较多的毫米波雷达布置为例进行介绍。

正向毫米波雷达一般布置在车辆中轴线，外露或隐藏在保险杠内部。雷达波束的中心平面要求与路面基本平行，考虑雷达系统误差、结构安装误差、车辆载荷变化后，需保证与路面夹角的最大偏差不超过 5°。

另外，在某些特殊情况下，正向毫米波雷达无法布置在车辆中轴线上时，允许正 Y 向最大偏置距离为 300 mm，偏置距离过大会影响雷达的有效探测范围。

（2）侧向毫米波雷达

侧向毫米波雷达在车辆四角呈左右对称布置，前侧向毫米波雷达与车辆行驶方向成 45° 夹角，后侧向毫米波雷达与车辆行驶方向成 30° 夹角，雷达波束的中心平面与路面基本平行，角度最大偏差仍需控制在 5° 以内。

图 6：毫米波雷达位置

（3）毫米波雷达的布置高度

毫米波雷达在 Z 方向探测角度一般只有 ±5°，雷达安装高度太高会导致下盲区增大，太低又会导致雷达波束射向地面，地面反射带来杂波干扰，影响雷达的判断。因此，毫米波雷达的布置高度（即地面到雷达模块中心点的距离），一般建议在 500（满载状态）～800 mm（空载状态）之间（见图 6）。

毫米波雷达大多数情况都是隐藏布置，采用某些不合适的表面覆盖材料会屏蔽毫米波或引起波束畸变、驻波变差，使雷达失效或灵敏度降低。因此选用的覆盖物材料有如下要求。

（1）优先选用 PC、PP、ABS、TPO 等电解质传导系数小的材料，这些材料中不能夹有金属和碳纤维。如果材料表面有低密度金属涂层(如车漆)，虽对雷达性能影响不是很大，但必须经过测试才可使用。

（2）覆盖物的表面必须平滑且厚度均匀，不能出现料厚突变或结构复杂的情况，且厚度最好是雷达半波长的整数倍，以减少对雷达波的扭曲和衰减。

另外，覆盖物与雷达面的距离也不能太大，否则雷达容易把覆盖物误判为障碍物。在实际布置中，一般把雷达和覆盖物之间的距离控制在 50～150 mm，如果在造型设计阶段就把毫米波雷达数据输入给造型设计师，经过造型优化，最小距离可控制在 15 mm 左右。