智能駕駛重型汽車攝像頭安裝調(diào)試臺架設(shè)計

趙華杰， 安永杰， 金鑫

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，西安710200）

0 引言

智能駕駛是現(xiàn)代汽車發(fā)展的前沿技術(shù)之一，是汽車產(chǎn)業(yè)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，智能駕駛技術(shù)已成為一個企業(yè)乃至國家科技實力的重要衡量標準。智能駕駛車輛搭載先進的傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、跟蹤控制、通信協(xié)調(diào)和多級輔助駕駛等功能于一體[1]，使得車輛實現(xiàn)模仿人類“感知-思考-判斷-執(zhí)行”的思維模式和行為能力。隨著物流、環(huán)衛(wèi)、碼頭等市場需求的進一步深化，重型汽車對智能駕駛的要求也越來越高。奔馳、沃爾沃、圖森、google等國內(nèi)外眾多知名重卡生產(chǎn)廠家及控制系統(tǒng)開發(fā)商已開展了不同層次的研發(fā)工作，并取得了豐碩成果。

感知系統(tǒng)是智能駕駛技術(shù)的重要組成部分，是實現(xiàn)環(huán)境與汽車交互的橋梁和紐帶，是實現(xiàn)智能駕駛必不可少的條件[2]。多傳感器融合技術(shù)是感知系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境感知的重要手段，傳感器包括攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等，這些傳感器相互融合補充，構(gòu)成一套完整的感知系統(tǒng)，如圖1所示。

1 攝像頭在智能駕駛汽車上的應用

在智能駕駛汽車感知系統(tǒng)中，視覺影像處理系統(tǒng)是眾多預警、識別類ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)，而攝像頭又是視覺影像處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此車載攝像頭對于智能駕駛必不可少。在智能駕駛汽車中，攝像頭充當眼睛的角色，它可以清楚地感知周圍環(huán)境，獲得圖像、顏色等信息。車載攝像頭包括單目攝像頭、雙目攝像頭、廣角攝像頭等。ADAS階段單目攝像頭應用較多，智能駕駛L3階段以后，需要多個攝像頭配合。

圖1 智能駕駛汽車多傳感器融合

車道偏離預警（Lane Departure Warning，LDW）、前向碰撞預警（Forward Collision Warning，F(xiàn)CW）、交通標志識別（Traffic Sign Recognition，TSR）、車道保持輔助（Lane Keeping Assistance，LKA）、 行 人 碰 撞 預 警（Pedestrian Collision Warning ，PCW）、全景泊車（Surround View Parking，SVP）、駕駛員疲勞預警（Driver Fatigue Monitor，DFM）等眾多功能都可借助攝像頭實現(xiàn)，有的功能甚至只能通過攝像頭實現(xiàn)。根據(jù)不同ADAS功能的要求，攝像頭的安裝位置也不盡相同。按攝像頭的安裝位置不同，可分為前視、側(cè)視、后視和內(nèi)置4個部分[3]。表1列舉了不同ADAS功能時攝像頭的選用及具體功能。

從價格上，攝像頭比雷達便宜得多，這很大程度上降低了智能駕駛汽車的成本，更容易被汽車制造商所選用。從形態(tài)上看，攝像頭可以輕松融入汽車的設(shè)計中并隱藏在其結(jié)構(gòu)中，不會讓汽車外形顯得突兀，對消費者更具吸引力。此外，攝像頭受雨、雪、霧等天氣的干擾小，適應性更好。因此，攝像頭在智能駕駛汽車上得到越來越廣泛的應用。

表1 ADAS功能及攝像頭應用

2 智能駕駛重型汽車攝像頭安裝調(diào)試臺架設(shè)計

圖2 一種智能駕駛重型汽車攝像頭布置示意圖

相比于乘用車，重型汽車底盤高、尺寸大、盲區(qū)范圍廣，對攝像頭的選型和布置提出了更高的要求。圖2為一種智能駕駛重型汽車攝像頭布置示意圖，在駕駛室遮陽罩中部布置了前視長距攝像頭、前視中距攝像頭和前視短距攝像頭，在遮陽罩兩端位置布置了左前45°攝像頭和右前45°攝像頭，兩個后視攝像頭分別安裝于駕駛室兩側(cè)，起到電子后視鏡的作用。

在智能駕駛車輛試制階段需對攝像頭進行選型和調(diào)試，但在車輛試制前期直接在車輛上進行攝像頭的安裝和調(diào)試十分不便：一方面，攝像頭在車體上的固定及線束布置不易實現(xiàn)；另一方面，對攝像頭進行性能檢測時需將車輛啟動并進行前進、轉(zhuǎn)彎、倒車等操作，費工耗時。此外，當更換車型或改變攝像頭安裝位置時，在實車上已安裝的攝像頭不便拆卸和調(diào)整，即對攝像頭進行選型和調(diào)試時，在實車上進行具有很大的局限性。因此，我們尋求一種既操作方便又具有普遍適用性的攝像頭調(diào)試裝置。本文介紹了一種智能駕駛重型汽車攝像頭安裝調(diào)試臺架。

2.1 結(jié)構(gòu)

臺架的攝像頭安裝模擬攝像頭的實車安裝狀態(tài)，攝像頭的安裝高度、位置、方向均與實車狀態(tài)一致。臺架整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

如圖3所示，智能駕駛重型汽車攝像頭安裝調(diào)試臺架由滾輪、短加強梁、長加強梁、短立柱、平臺、長立柱、支柱、套筒、橫梁及各種攝像頭安裝支架等部件組成，臺架各組成部件均為金屬制品。其中滾輪1四個，短加強梁2兩個，長加強梁3兩個，短立柱4兩個，長立柱6兩個，支柱7兩個，套筒8兩個，攝像頭安裝支架11兩個，攝像頭安裝支架12兩個，其他部件均為1個。臺架主題部分俯視投影面為矩形，即由短加強梁2、長加強梁3、短立柱4、長立柱6和平臺5組成矩形框架。

在臺架結(jié)構(gòu)中，滾輪1可以滿足臺架的移動以模擬車輛運動，短加強梁2和長加強梁3起到對臺架的加固作用，短立柱4和長立柱6起支撐作用，套筒8起到連接支柱7與橫梁9的作用，攝像頭安裝支架10、11、12固定在橫梁9上。

攝像頭安裝支架10上安裝前視長距攝像頭、前視中距攝像頭和前視短距攝像頭，攝像頭安裝支架11上安裝左前45°攝像頭和右前45°攝像頭，攝像頭安裝支架12上安裝左后視攝像頭和右后視攝像頭，各個攝像頭的安裝位置和角度與實車一致。

圖3 智能駕駛重型汽車攝像頭性能驗證臺架整體結(jié)構(gòu)圖

2.2 組裝

臺架通過焊接或螺栓連接的方式組裝，其中短加強梁2焊接在短立柱4與長立柱6之間，一長加強梁3焊接在兩短立柱4之間，另一長加強梁3焊接在兩長立柱6之間，平臺5焊接在兩短立柱4和兩長立柱6上，長立柱6與支柱7通過螺栓緊固；支柱7與套筒8為間隙配合，套筒8焊接在橫梁9上，如圖4所示。攝像頭安裝支架10、11、12通過螺栓固定在橫梁9上，如圖5所示。

圖4 支柱與套筒、套筒與橫梁間的連接

圖5 攝像頭安裝支架與橫梁間的連接

2.3 特點

本文所介紹的臺架，結(jié)構(gòu)簡單、組裝方便，能夠模擬實車攝像頭的安裝狀態(tài)。其特點具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）滾輪1為萬向輪，可使臺架進行自由移動，真實模擬車輛運動工況。

2）臺架中設(shè)計有平臺5，且平臺面上有縱橫交錯的筋條，對平臺起加強作用，可以承受工作人員的踩踏，為臺架組裝、攝像頭安裝、測試線束的連接固定等操作提供便利。

3）長立柱6與支柱7的固定點可進行無極調(diào)節(jié)，以對臺架總體高度進行調(diào)節(jié)，本功能是通過在長立柱6的上端開通槽、支柱上打螺栓孔實現(xiàn)的，如圖6所示。

4）支柱7與套筒8間的間隙配合，為臺架的組裝和拆卸提供便利。

5）橫梁9上可以根據(jù)攝像頭的安裝需求在相應位置配打安裝孔，臺架通用性強。

6）攝像頭安裝支架10、11、12與橫梁9通過螺栓連接，其安裝角度可根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)。

7）臺架各組成部件選材及制作方便，可選用棒材、管材、板材、角鋼等常見型材通過簡單加工進行制作。且各部件外形沒有尺寸、精度的特別要求，降低了設(shè)備選用及制作成本。

圖6 臺架總高度的無極調(diào)節(jié)

綜合以上特點，該臺架可以實現(xiàn)多自由度的位置和角度調(diào)節(jié)，具有制作簡單、拆裝方便、通用性強等優(yōu)點，可以全面、真實地模擬車輛運行工況，檢測攝像頭性能。

3 結(jié)語

本文介紹了攝像頭在智能駕駛汽車上的應用，并對其在重型汽車上安裝調(diào)試特點進行了分析，根據(jù)智能駕駛重型汽車攝像頭的性能驗證需求，介紹了一種安裝調(diào)試臺架，并從結(jié)構(gòu)、組裝、特點等方面對其進行了分析。該臺架的設(shè)計對攝像頭選型及性能驗證等前期設(shè)計工作提供很大便利，對智能駕駛領(lǐng)域感知系統(tǒng)的驗證理念創(chuàng)新提供了思路。可以通過對臺架各組成部件本身結(jié)構(gòu)及它們之間相對組裝位置的改變來適應不同車型、攝像頭不同安裝位置的需求，以使臺架具有普遍適用性。