电动汽车雷达技术概述 —— FMCW干扰问题

一、电动汽车上有多少种传感器?

智能电动汽车(包括自动驾驶汽车)集成了大量的传感器来实现高级驾驶辅助系统(ADAS)、自动驾驶功能以及车辆状态监测等功能。以下是一份相对全面的智能电动汽车中可能使用到的传感器列表:

环境感知传感器:激光雷达(LiDAR):提供高精度三维点云数据,用于构建周围环境模型。毫米波雷达(MMW Radar):长距离和短距离雷达,检测与前方、后方及侧面物体的距离、速度和角度信息。视觉传感器(摄像头):泊车摄像头:近距离观察车辆周边情况。后视摄像头:替代传统后视镜或作为补充。环视摄像头:360度全景视野,支持泊车和低速行驶场景下的障碍物检测。前视摄像头:识别车道线、交通标志、行人、车辆等。超声波传感器:主要用于近距离障碍物检测,通常用于自动泊车辅助系统。

定位导航传感器:全球卫星导航系统接收器(GPS/Glonass/BeiDou/Galileo):提供车辆精确的位置信息。地磁传感器(电子罗盘):用于确定车辆航向。

惯性测量单元(IMU, Inertial Measurement Unit):加速度计:测量车辆加减速。陀螺仪:检测车辆的姿态变化,如横摆角速度、俯仰角速度和滚动角速度。

车轮转速传感器:监测各个车轮的转速,用于ABS防抱死刹车系统、ESP电子稳定程序和其他动力传动系统的控制。

电池管理系统相关传感器:温度传感器:监测电池包内各部分温度,确保安全运行。电压传感器:监控电池组的总电压和单体电压。电流传感器:测量电池充放电过程中的电流。

电机驱动与控制系统传感器:转速传感器:用于实时获取电机转子转速。位置传感器:如编码器或霍尔效应传感器,确定电机转子在磁场中的位置。

其他车辆状态监测传感器:压力传感器:监测制动压力、燃油压力、冷却液压力等。高度传感器:对于空气悬架系统,用于调节车身高度。天窗/车窗位置传感器:监测车窗开关状态。座椅占用传感器:检测座椅上是否有乘客。安全带扣紧传感器:确认乘客是否系好安全带。

气象传感器:雨量传感器:检测雨滴大小和降雨强度,有助于调整雨刷速度或自动驾驶策略。光照强度传感器:根据光线条件调整前大灯亮度或车内显示屏亮度。

随着技术的发展和应用场景的变化,智能电动汽车所使用的传感器种类和数量可能会进一步增加。

二、哪些传感器直接参与自动驾驶或辅助驾驶?

自动驾驶电动汽车为了实现环境感知、定位导航、路径规划和决策控制等功能,通常会集成一系列传感器,这些传感器包括但不限于:

激光雷达(LiDAR):用于提供高精度的三维空间信息,帮助车辆构建周围环境的3D模型。

毫米波雷达(MMW Radar):利用无线电波探测物体距离、速度等信息,对于雨雾天气具有较好的穿透性,主要用于自适应巡航控制、紧急制动辅助系统等。

摄像头(Cameras):前视摄像头:识别车道线、交通标志、行人、车辆等。环视摄像头:为驾驶员提供360度全景视野,用于泊车辅助等场景。长焦摄像头:对远距离目标进行更精确的识别。

超声波传感器(Ultrasonic Sensors):主要用于短距离障碍物检测,常见于自动泊车系统中。

惯性测量单元(IMU, Inertial Measurement Unit):包含加速度计和陀螺仪,提供车辆姿态、角速度和加速度数据。

全球定位系统(GPS)与卫星增强系统(如GLONASS、Galileo、BeiDou):用于车辆定位及轨迹跟踪。

磁力计(Magnetometer)或电子罗盘:辅助GPS进行航向判断,尤其是在城市高楼林立或隧道内信号弱的地方。

轮速传感器(Wheel Speed Sensor, WSS):监测各车轮转速,用于防抱死刹车系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)和稳定性控制系统。

气象传感器:如雨量传感器、光照强度传感器等,用于感知外界环境条件变化,辅助自动驾驶系统做出相应调整。

道路边界传感器:如侧边雷达或红外传感器,用来探测路沿和其他道路特征。

通过以上多种传感器的数据融合,自动驾驶电动汽车能够实时感知并理解周围环境,从而做出安全、准确的驾驶决策。随着技术的发展,新的传感器类型和技术也在不断被引入到自动驾驶汽车中。

三、电动汽车为什么会有多个不同类型的雷达

此图片来源于网络

电动汽车上配备不同类型的雷达主要是因为每种雷达在探测和感知环境方面具有不同的优势和特点,以满足自动驾驶系统对周围环境复杂多变情况下的全方位、高精度、实时的感知需求。以下是几种常见雷达类型及其在电动汽车上的作用:

(1)毫米波雷达(MMW Radar):毫米波雷达分为长程雷达(LRR, Long Range Radar)和短程/中程雷达(SRR/MRR, Short/Mid-Range Radar)。长程雷达通常安装在车辆前部,用于检测远距离前方障碍物,支持自适应巡航控制(ACC)、前向碰撞预警(FCW)等高级驾驶辅助功能。短程和中程雷达则更多地应用于侧面和后方,进行盲点检测(BSD)、交叉路口交通警示、泊车辅助等功能。

(2)超声波雷达:超声波雷达主要用于近距离探测,尤其适用于低速行驶和泊车场景,例如自动泊车辅助系统(APA)中的车位探测和障碍物识别。

(3)激光雷达(LiDAR):激光雷达能够提供精确的三维图像信息,可以生成高分辨率的环境地图,有助于自动驾驶汽车进行高精度定位、路径规划以及物体识别与追踪。LiDAR对于细节捕捉能力强,尤其适合复杂的道路环境和交通参与者识别,如行人、自行车、路缘石等。

每种雷达都有其探测范围、精度、分辨率和成本等方面的差异,通过组合使用多种雷达,电动汽车可以在各种路况和速度下实现更全面、可靠的环境感知能力,为安全高效的自动驾驶奠定基础。同时,传感器冗余设计也能提高系统的鲁棒性和安全性。

四、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)毫米波雷达

毫米波雷达是目前电动汽车中最常见的类型,尤其是FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)毫米波雷达,因其在雨、雾、尘埃等恶劣天气条件下的优秀穿透性和性能稳定性而受到青睐。

但是FMCW雷达(Frequency Modulated Continuous Wave Radar)和毫米波雷达是两种雷达技术的不同描述维度。

FMCW雷达 是一种雷达工作模式或类型,它采用连续波信号且该信号的频率随时间线性变化。这种雷达通过分析发射信号与接收到的目标回波之间的频率差来计算目标的距离、速度等信息。

毫米波雷达 则主要指的是雷达的工作频段,通常是指在30GHz至300GHz范围内的电磁波,对应的波长介于1mm至10mm之间。毫米波雷达可以采用多种工作原理,其中之一就是FMCW方式。

因此,可以说“FMCW毫米波雷达”是一种特定类型的雷达系统,结合了FMCW的工作模式和毫米波的高频特性,使得它能够在保证测量精度的同时,具有小型化、天线尺寸较小、穿透力较强以及能够适应复杂环境的优点,广泛应用于汽车自动驾驶、无人机避障、气象探测等领域。

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