如何帮LiDAR在汽车中选择合适的位置

LiDAR 是一种可用于高度自动化和自动驾驶汽车的三维传感器。LiDAR 可以在白天和黑夜“看到”并内化其周围环境——即使没有光线。它能够在几乎任何天气条件下精确测量和了解到每个物体的确切距离，这在高级驾驶辅助系统 （ADAS） 中是一个很大的优势，特别是与摄像头和雷达相比。后者已被发现在更先进的自动驾驶汽车中是不够的。

在确定车辆的位置时，LiDAR 可以是前视、后视或侧面定位（图 1）。如果放置在汽车或任何其他车辆的前部，LiDAR 的主要目的是“向前看”并检测任何其他车辆类型或障碍物。

图1. 这张图片对比了普通驾驶员对道路的解释与通过 LiDAR 看到的内容。

无论是在高速公路上还是在城市内，LiDAR 都可以解释汽车、卡车、公共汽车和两轮车（摩托车、自行车或踏板车），以及行人和物体，如轮胎、锥体、掉落的摩托车、托盘、护栏和各种其他类型的碎片。

了解 LiDAR 的放置位置对于帮助提高检测和避免与障碍物碰撞、确保驾驶员和行人安全至关重要。

LiDAR 安装注意事项

车辆的预期使用寿命为 10 到 15 年，因此安装 LiDAR 系统需要从设计一开始就仔细考虑许多因素。LiDAR 的耐用性、适用于冰冷天气的加热系统、检测昆虫或污垢堵塞的系统、水或空气清洁系统以及石头或鹅卵石的潜在损坏只是汽车制造商在决定将 LiDAR 放置在哪里时必须解决的众多问题中的一小部分。

LiDAR 放置有三个主要选项：汽车前格栅内、前挡风玻璃后面或车顶上。这些位置中的每一个都有优点和缺点，如下所述。

1. 汽车前格栅中的 LiDAR

这个位置的显着优势是 LiDAR 隐藏或几乎隐藏在视野之外（图 2）。因此，这是一个更美观的选择。这个位置提供良好的气流，这意味着在大多数情况下，即使在最热的日子里，也不需要冷却系统。格栅安装的一个缺点是，如此低的位置可能对 LiDAR 来说可能难以检测道路上很远的车道标记。

图2. 放置在 BMW i7 格栅内的 LiDAR 系统有助于冷却技术，而不会对车辆进行明显改变。

2. 挡风玻璃后面安装

这个位置不需要自己的加热系统，可以保护 LiDAR 的许多组件，有助于防止从道路上升起的石头等可能造成严重损坏的问题。但是，汽车内部可能会达到非常高的温度，并且可能需要空调来冷却。这会利用可能有限的电力资源，这可能会耗尽电池，这对电动汽车来说极具挑战性。

此外，前挡风玻璃中使用的材料，以及相应车辆前窗的角度和反射率水平，都必须是生产考虑因素的一部分。所有这些因素都可能影响 LiDAR 的良好运行能力，并可能导致接收的图像恶化。

3. 车顶安装式 LiDAR 系统

许多汽车制造商已将 LiDAR 系统集成到车顶上;一些看起来非常时尚的设计已经在路上。这些设计美学方面的重要性不容低估，因为 LiDAR 不能看起来像是事后的想法。车顶 LiDAR 系统的考虑因素包括在炎热的夏天使用需要额外成本和材料的被动或主动冷却系统等附加组件保持凉爽。

解决 LiDAR 放置的声学问题

确定 LiDAR 传感器在车辆中的最佳位置还需要仔细权衡声学因素。机舱内 LiDAR 运行产生的过大噪音会降低乘坐质量并超过允许的噪声级别。在外部战略性地放置传感器有助于拉开噪声源与乘客的距离，从而将噪声水平降至最低。

另一种可能的解决方案是用隔音外壳和减震器隔离 LiDAR 组件，从而抑制混响和结构噪声。主动降噪技术利用相消干扰来抑制不需要的声音。此外，在传感器外壳周围应用的阻尼材料（如橡胶垫圈和泡沫嵌件）可以减少噪声、振动和高频。

优化 LiDAR 定位的挑战

在汽车中优化定位 LiDAR 传感器是一项复杂的工作，需要从设计到生产阶段进行整体分析。工程师必须评估安装位置，以实现广泛的环境可见性，同时最大限度地减少多路径反射造成的遮挡、污垢积累和传感器混淆。

美学和造型因素也会影响放置以保持视觉上吸引人的车辆设计，以及声学考虑，这对于减少噪音侵入机舱是必要的。此外，除了耐久性测试外，还必须确保校准和清洁的可访问性，以验证传感器和支架在实际驾驶条件下能够承受振动、冲击、天气和碎屑冲击。

通过全面评估这些实际因素，汽车制造商可以得出安装配置，最大限度地提高 LiDAR 传感器的有效性、安全性和使用寿命，同时满足性能目标和生产成本。