智能网联汽车技术概论 课件 项目三 智能网联汽车环境感知技术

《智能网联汽车技术概论》单元一

传感器基本概念

单元二超声波传感器结构原理与应用项目三智能网联汽车环境感知技术单元三毫米波雷达结构原理与应用单元四激光雷达结构原理与应用单元五视觉传感器结构原理与应用单元六智能网联汽车多传感器融合技术单元一传感器基本概念学习目标1.了解传感器的基本概念2.了解车载传感器的特点和分类单元一传感器基本概念一、传感器的定义根据GB/T7665-2005传感器通用术语的定义：能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常有敏感元件和转换元件组成。单元一传感器基本概念传感器的类别：1.物理量传感器能够感受规定物理量并转换成可用输出信号的传感器。2.化学量传感器能够感受规定化学量并转换成可用输出信号的传感器。3.生物量传感器能感受规定生物量并转换成可用输出信号的传感器。单元一传感器基本概念4.数字式传感器输出信号为数字量或数字编码的传感器。5.模拟式传感器输出信号为模拟量的传感器。6.结构型传感器利用机械构件（如金属膜片等）的变形检测被测量的传感器。7.物性型传感器利用材料的物体特性及其各种物理、化学效用检测被测量的传感器。单元一传感器基本概念8.复合传感器由多种不同类型的敏感元件或传感器组合而成，具有多种功能的传感器。9.集成传感器将敏感元件连同信号处理电路集成在一起的传感器。10.多功能传感器能感受两种或两种以上被测量的传感器。11.智能化传感器对传感器自身状态具有一定的自诊断、自补偿、自适应以及双向通讯功能的传感器。单元一传感器基本概念二、汽车传感器的特点1.适应性强，耐恶劣环境2.抗干扰能力强3.稳定性和可靠性高4.性价比高，适应大批量生产单元一传感器基本概念三、汽车传感器的分类汽车传感器按测量对象可以分为温度传感器、压力传感器、流量传感器、气体浓度传感器、位置传感器、转速传感器、加速度传感器、距离传感器等。单元二超声波传感器结构原理与应用学习目标1.了解超声波传感器结构与工作原理2.掌握超声波传感器安装与调试方法单元二超声波传感器结构原理与应用一、超声波传感器结构原理1.基本概念在车载传感器中，超声波传感器是最常见的传感器之一，在短距离测量场景有着非常大的优势，大家所熟悉的倒车雷达系统应用的就是超声波传感器。单元二超声波传感器结构原理与应用声波是声音的传播形式，也是能量在介质中的传递，常用参数主要有频率、周期、振幅、速度等。单元二超声波传感器结构原理与应用2.结构原理超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器，广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。利用超声波技术作为检测方法时，系统必须要具备产生超声波和接收超声波的功能，完成这种功能的装置就是超声波传感器，也叫做超声波探头。单元二超声波传感器结构原理与应用（1）基本结构超声波传感器的主要材料是压电晶片，也叫做压电陶瓷。压电材料是指具有压电效应，能够实现电能与机械能相互转换的晶体材料。单元二超声波传感器结构原理与应用（2）工作原理超声波测距原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。通过探测超声波脉冲回波来实现的，设超声波在空气中的传播速度为c，超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为t，则从传感器到目标物体的距离D可用D=ct/2求出。单元二超声波传感器结构原理与应用二、超声波传感器应用超声波传感器在车上的主要应用范围就是倒车雷达系统。该系统能够在较低速度进行倒车的过程中，自动识别出车辆后方的障碍物，还能测量车与障碍物之间的距离，在车辆与障碍物发生碰撞之前发出声光报警信号，提醒驾驶员及时停车。单元二超声波传感器结构原理与应用通常将倒车雷达的探测区域分为以下5部分。单元二超声波传感器结构原理与应用三、实训操作实训项目名称：超声波传感器安装与调试1.安装超声波传感器并写出安装步骤2.绘制超声波传感器连接电路图3.在测试软件上设置超声波传感器调试参数4.调试结果分析单元三毫米波雷达结构原理与应用一、毫米波雷达结构原理1.基本概念（1）电磁波根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生变化的磁场，而变化的磁场又产生变化的电场。因此，变化的电场和变化的磁场彼此不是孤立存在的，它们之间相互激发、相互依赖、交替产生，组成一个统一的电磁场整体，并以一定的速度由近及远地在空间传播出去，这样就产生了电磁波。单元三毫米波雷达结构原理与应用电磁波种类划分单元三毫米波雷达结构原理与应用将磁场的振荡方向设定为x轴，电场的振荡方向便是与x轴垂直的y轴，而电磁波的行进方向便是z轴，如此一来，我们便确立了一个关于电磁波的三维坐标系。单元三毫米波雷达结构原理与应用（2）雷达根据GB/T3784-2009定义：雷达是指利用电磁波发现目标并获取目标位置等信息的装置。毫米波雷达是指工作频段在30～300GHz，波长为1～10mm的雷达。单元三毫米波雷达结构原理与应用毫米波雷达技术指标参数短程毫米波雷达中程毫米波雷达远程毫米波雷达频率GHz2476～7777～81测距范围m0.15～601～10010～250最大视角°±80±40±15测距精度m±0.02±0.1±0.1方位精度°±1±0.5±0.1测速精度m/s0.10.10.1单元三毫米波雷达结构原理与应用2.结构原理（1）基本结构毫米波雷达主要由信号发射器、信号接收器、信号处理器以及天线阵列等部件组成。单元三毫米波雷达结构原理与应用（2）工作原理毫米波雷达的工作过程是通过天线向外发射毫米波，接收机接收目标反射信号，经信号处理器处理后快速准确地获取汽车周围的环境信息。单元三毫米波雷达结构原理与应用二、毫米波雷达安装与调试1.毫米波雷达安装单元三毫米波雷达结构原理与应用（1）近距离毫米波雷达安装近距离毫米波雷达ESR的探测距离通常<60m，一般安装在车辆侧前方、侧后方。单元三毫米波雷达结构原理与应用（2）中、远距离毫米波雷达安装中、远距离毫米波雷达EMR主要用在自适应巡航系统ACC、自动紧急制动系统AEB、前碰撞预警系统FCW以及无人驾驶的前向探测，主流的安装位置都是在车辆的正前方。单元三毫米波雷达结构原理与应用（3）安装高度调试推荐的毫米波雷达安装高度为车辆满载时h≥500mm，车辆空载时h≤1000mm。单元三毫米波雷达结构原理与应用（4）毫米波雷达安装与调试1）安装毫米波雷达①毫米波雷达安装高度：②毫米波雷达水平角：③毫米波雷达俯仰角：2）绘制毫米波雷达连接电路图3）在测试软件上设置毫米波雷达调试参数4）调试结果分析单元四激光雷达结构原理与应用学习目标1.了解激光雷达结构与工作原理2.掌握激光雷达安装与调试方法单元四激光雷达结构原理与应用一、激光雷达结构原理1.基本概念激光属于电磁波的一种，是电磁场的一种运动形态。激光雷达是一种向被测目标发射探测信号（激光束），然后测量反射或散射信号的到达时间、强弱程度等参数，以此确定目标的距离、方位、运动状态及表面光学特性的雷达系统。单元四激光雷达结构原理与应用2.分类（1）按功能分类①激光测距雷达②激光测速雷达③激光成像雷达④大气探测激光雷达⑤跟踪雷达单元四激光雷达结构原理与应用（2）按工作介质分类①固体激光雷达②气体激光雷达③半导体激光雷达单元四激光雷达结构原理与应用（3）按线数分类①单线激光雷达②多线激光雷达单元四激光雷达结构原理与应用（4）按有无旋转部件分类①机械式激光雷达②全固态激光雷达单元四激光雷达结构原理与应用3.结构原理（1）基本结构激光雷达主要由激光发射系统、激光接收系统、扫描系统和信息处理系统四部分组成。单元四激光雷达结构原理与应用（2）工作原理激光雷达的工作原理与雷达非常相近，以激光作为信号源，由激光器发射出的脉冲激光，打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，一部分光波会反射到激光雷达的接收器上，根据激光测距原理计算，就得到从激光雷达到目标点的距离。脉冲激光不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像。单元四激光雷达结构原理与应用单元四激光雷达结构原理与应用（3）产品参数①发射功率②视场角③光源波长④测量距离⑤测距精度单元四激光雷达结构原理与应用二、激光雷达安装与调试激光雷达根据安装位置的不同，可分类两大类。一类安装是在车辆的四周，另一类安装在车辆的车顶。不同的车体形状使雷达的安装x、y方向和旋转姿态会有差异，最终导致理论相同的定位点，车体却有不同的位置和姿态。单元四激光雷达原理与应用三、实训操作实训项目名称：激光雷达安装与调试1.安装激光雷达并写出安装步骤2.绘制激光雷达连接电路图3.在测试软件上设置激光雷达调试参数4.调试结果分析单元五视觉传感器结构原理与应用学习目标1.了解视觉传感器结构与工作原理2.掌握视觉传感器安装与调试方法单元五视觉传感器结构原理与应用一、视觉传感器结构原理1.基本概念视觉传感器俗称摄像头，是指利用光学元件和成像装置获取外部环境图像信息的仪器。通常用图像分辨率来描述视觉传感器的性能，视觉传感器的精度与分辨率、被测物体的检测距离相关，被测物体距离越远，其绝对的位置精度越差。单元五视觉传感器结构原理与应用2.分类车载视觉传感器常用的分类方式有按照芯片类型和镜头数目进行划分。（1）按芯片类型分类①电耦合器件CCD单元五视觉传感器结构原理与应用②互补金属氧化物半导体CMOS单元五视觉传感器结构原理与应用（2）按镜头数目①单目摄像头②双目摄像头③三目摄像头单元五视觉传感器结构原理与应用3.结构原理（1）基本结构视觉传感器主要由光源、镜头、图像传感器、模/数转换器、图像处理器、图像存储器等组成，其主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的原始图像。单元五视觉传感器结构原理与应用（2）工作原理单元五视觉传感器结构原理与应用（3）产品参数视觉传感器有分辨率和有效像素两个非常重要的参数。分辨率代表着图像是否能够清晰的呈现，在一定程度上决定着图像的品质。像素是构成数码影像的基本单元，通常以像素每英寸PPI为单位来表示影像分辨率的大小。有效像素数与最大像素不同，有效像素数是指真正参与感光成像的像素值。单元五视觉传感器结构原理与应用二、视觉传感器安装与标定1.视觉传感器安装ADAS功能摄像头位置实现功能车道偏离预警前视当检测到车辆即将偏离行车道时发出警告盲点监测侧视利用侧视摄像头将后视镜盲区的影像显示在驾驶舱内泊车辅助后视利用后视摄像头将车尾影像显示在驾驶舱内全景泊车前视、侧视、后视利用图像拼接技术将摄像头采集到的影像组合成车辆周边的全景图驾驶员检测内置利用内置摄像头检测驾驶员是否疲劳、闭眼等行人碰撞预警前视当检测到前方行人可能发生碰撞时发出警告车道保持辅助前视当检测到车辆即将偏离行车道时由车辆控制器纠正行驶路线交通标志识别前视、侧视识别车辆前方和两侧的交通标志前向碰撞预警前视当检测到与前车距离过近时发出警告单元五视觉传感器结构原理与应用2.视觉传感器标定摄像头通过拍摄标定板，经过标定算法的计算，可以得出相机的几何模型，从而得到高精度的测量和重建结果。单元五视觉传感器结构原理与应用三、实训项目实训项目名称：视觉传感器安装调试1.安装超声波传感器并写出安装步骤2.绘制超声波传感器连接电路图3.在测试软件上设置超声波传感器调试参数4.调试结果分析单元六智能网联汽车多传感器融合技术学习目标1.了解多传感器融合基本概念2.了解多传感器融合应用方案单元六智能网联汽车多传感器融合技术一、多传感器融合基本概念1.基本概念智能网联汽车的环境感知系统相当于人的感官系统，为了获得精确的外界信息，人们往往不是靠一个感知器官获取信息，而是通过多个感知器官综合获取信息。单元六智能网联汽车多传感器融合技术2.各传感器特点序号传感器探测距离精度功能优势缺点1超声波传感器10m高倒车雷达、自动泊车成本低、近距离测量精度高探测范围小2毫米波雷达250m较高自适应巡航、自动紧急制动不受天气影响、探测距离远、精度高成本高、难以识别目标3激光雷达200m极高实时建立车辆周边环境的三维模型图测量精度极高、能够建立仿真度极高的场景模