所有無人駕駛車輛都在很大程度上依賴傳感器。 任何導(dǎo)引系統(tǒng)都需要的主要傳感器技術(shù)是位置識別。 當(dāng)然，GPS 和地理定位技術(shù)均已嵌入大多數(shù)智能手機(jī)中。 雖然這些系統(tǒng)相當(dāng)可靠，但仍未可靠到足以滿足與傳統(tǒng)有人駕駛車輛共用相同公路和街道的個別無人駕駛車輛或車隊的需求。

想一下您親身經(jīng)歷。 有多少次 GPS 定位不準(zhǔn)或者效率不佳？ 如果沒有人類頭腦的支持，那么天氣條件、電子噪聲源以及地圖不一致等因素均可導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

另一個因素是分辨率。 如果您只需要精確到米，那么如今的 GPS 或許已經(jīng)足夠好了，但如果您需要精確到厘米的分辨率呢？ 在以米計量的范圍內(nèi)產(chǎn)生的錯誤，如果導(dǎo)致越過雙黃線，車輛將迎頭相撞。 同樣地，在沿海公路上產(chǎn)生的米級精度錯誤，可能導(dǎo)致車輛墜崖。

除位置以外，車輛防撞是自動駕駛汽車的另一項關(guān)鍵技術(shù)。 雖然自動駕駛車輛可通過編程來提高駕駛的警惕性，確保其不受交談、音樂或手機(jī)的干擾，但它們還是必須與那些無法做到安全駕駛甚至不遵守交通規(guī)則的人類共用馬路。 這意味著自導(dǎo)引車輛在恪守其職的同時，還必須結(jié)合計劃和策略來處理人為錯誤。

可用的解決方案

對于整體位置感知來說，模塊化 GPS 解決方案是不錯的選擇。 低成本低功耗的小型 GPS 模塊可支持多種國際協(xié)議，例如中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、俄羅斯的 Glonass、歐盟的 Galileo 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) (GNSS) 以及美國的全球定位系統(tǒng) (GPS) 技術(shù)。 Antenova M10478-A3 等模塊包含寬帶天線，可為上述所有的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)提供支持，同時也可提供數(shù)據(jù)速率高達(dá) 115.2 Kbits／秒的基于 UART 的簡單接口，幾乎能夠輕松連接任何標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式微控制器。

設(shè)計工程師應(yīng)注意，限制因素往往并非車輛的尺寸和動力，而是靈敏度與擴(kuò)展溫度范圍。 Antenova 模塊具備 –165 dB 的高靈敏度，其工作溫度范圍在 –40 到 +80°C 之間。 10 Hz 的固定更新率可幫助確保隨時快速獲取最新的位置信息，從而讓在地面上移動相對緩慢的車輛保持正常行駛。

額定電壓電流為 3.3 V、38 mA 的屏蔽式模塊本身安裝在 28 引腳的 13.8 x 9.5 x 1.8 mm SMT 可安裝板上，此板可直接回流到包含嵌入式微控制器的主母板上。 Antenova M10478-A3-U1 的開發(fā)和評估板可輕松連接 USB，從而能夠快速地測試與評估該解決方案，同時投資少且風(fēng)險低。

地圖內(nèi)存和數(shù)據(jù)將獲得許可或進(jìn)行修補(bǔ)來使用 Google 地圖等通用的地圖解決方案，同時也可能需要 GSM 和互聯(lián)網(wǎng)連接。 GSM 解決方案也能提供 GPS 功能。 例如，Maestro Wireless Solutions M1003GXT48500 3G GSM 調(diào)制解調(diào)器集成了 GSM 功能與 GPS 支持，從而能夠?qū)崿F(xiàn)地理定位和 GPS 的功能（圖 1）。 這提供了一個備用解決方案，即利用蜂窩信號發(fā)射塔和衛(wèi)星來獲取修正。

圖 1： GSM 與 GPS 的集成模塊可允許衛(wèi)星連接和蜂窩連接，以實(shí)現(xiàn)位置感知。

防撞

檢測物體以避免碰撞，是自動導(dǎo)航車輛安全性要求的關(guān)鍵部分。 雖然可從各種渠道獲得大量的 CCD 圖像傳感器和攝像機(jī)，但如果工程師需要快速高效地開發(fā)傳感器算法，那么視頻傳感器與控制處理器之間應(yīng)該具備一個靈活的平臺。

理想的解決方案是，利用可直接支持視頻流的 FPGA 技術(shù)來檢測邊緣、優(yōu)化圖像以及在快速的硬件中執(zhí)行計算，從而確定靠近物體的速度、方向和接近程度，并進(jìn)行威脅評估。

Lattice Semiconductor 提供了一個理想的解決方案，此方案搭配其 LFE3-70EA-HDR60-DKN 開發(fā)系統(tǒng)，用于 1080p、60 fps 的視頻攝像頭。 此平臺包含一個參考設(shè)計和 IP，可與該公司的 LCMXO2-4000HE-DSIB-EVN 圖像接口板及其 LF-9MT024NV-EVN Nanovesta 攝像頭板配套使用。

此項技術(shù)將兩個圖像傳感器合并為一個視頻數(shù)據(jù)流（圖 2），能夠進(jìn)行深度感知和更精確的速度與位置感應(yīng)，并可實(shí)現(xiàn)自動白平衡、消除 2D 噪聲以及提供行業(yè)最快的自動曝光，分辨率高達(dá) 1600 萬像素。

圖 2： 支持兩個獨(dú)立的攝像機(jī)和視頻流，可進(jìn)行深度感知，這是無人駕駛車輛的重要優(yōu)勢。

雷達(dá)元器件

微型雷達(dá)裝置目前已廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)。 這些裝置利用射頻技術(shù)來確定接近度、范圍、速度和相對物體尺寸。

因?yàn)槠囆袠I(yè)已將此技術(shù)廣泛用于其防撞領(lǐng)域，因此，自動停車系統(tǒng)、雷達(dá)芯片、元器件、開發(fā)系統(tǒng)和子組件均可隨時用于無人駕駛車輛的設(shè)計。

請注意，多通道雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)完成并已投入使用，這主要是因?yàn)檐囕v有多個面需要監(jiān)控。 也能采用諸如升降門檢測系統(tǒng)這樣的單通道雷達(dá)系統(tǒng)，但必須對每一側(cè)、軸以及自主駕駛車輛面臨潛在威脅處都裝設(shè)一組雷達(dá)。 例如，前向雷達(dá)和側(cè)向雷達(dá)適用于避免行人，但自主駕駛車輛也可能需要深度檢測來確定路邊有溝渠，輪胎漏氣等情況下不適合在此處停車。

此領(lǐng)域所使用的元器件可能包括 Texas Instruments AFE5401TRGCTQ1 等零件。 這是一款單片式 4 通道模擬雷達(dá)前端，配有集成式低噪聲放大器、均衡器、可編程增益放大器、抗混疊以及帶有 12 位分辨率的 A／D（圖 3）。 特別有趣的是，該額定電壓為 1.8 伏的零件允許在所有通道同步采樣，并且采樣速率高達(dá)每秒 2500 萬個樣本，另外，12 位的兼容并行總線可將采集到的數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)奖镜刂鳈C(jī)控制器。

圖 3： 多通道單片式雷達(dá)裝置，例如該 4 通道接收器，是無人駕駛車輛的理想解決方案。

Analog Devices 隨其 AD8285WBCPZ 4 通道前端 12 位 ADC 提供了類似的解決方案。 此零件由該公司的 AD8285CP-EBZ RX 路徑雷達(dá)評估板提供支持，該板使用與 SPI 連接的一體式 FIFO 來靈活捕獲數(shù)據(jù)。
總之，使用自動駕駛車輛進(jìn)行自動化運(yùn)送可能在實(shí)行初期費(fèi)用昂貴，也可能面臨各種潛在障礙，例如規(guī)范和責(zé)任等方面的困難。 然而，必要的技術(shù)性解決方案（特別是以基于傳感器的模塊和系統(tǒng)的形式）現(xiàn)在或者即將可供設(shè)計工程師使用。 使用 GPS、雷達(dá)和視頻感測的現(xiàn)今高級輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS，例如自適應(yīng)巡航控制和自動緊急剎車）已經(jīng)表明，自主駕駛車輛正式上路只是遲早的事。