智能駕駛重型汽車攝像頭安裝調試臺架設計

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

智能駕駛是現代汽車發展的前沿技術之一，是汽車產業與人工智能、物聯網等新一代信息技術深度融合的產物。作為戰略性新興產業的重要組成部分，智能駕駛技術已成為一個企業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、執行器等裝置，集環境感知、規劃決策、跟蹤控制、通信協調和多級輔助駕駛等功能于一體[1]，使得車輛實現模仿人類“感知-思考-判斷-執行”的思維模式和行為能力。隨著物流、環衛、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等國內外眾多知名重卡生產廠家及控制系統開發商已開展了不同層次的研發工作，并取得了豐碩成果。

感知系統是智能駕駛技術的重要組成部分，是實現環境與汽車交互的橋梁和紐帶，是實現智能駕駛必不可少的條件[2]。多傳感器融合技術是感知系統實現環境感知的重要手段，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，構成一套完整的感知系統，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中，視覺影像處理系統是眾多預警、識別類ADAS（高級駕駛輔助系統）功能實現的基礎，而攝像頭又是視覺影像處理系統的基礎，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，FCW）、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，有的功能甚至只能通過攝像頭實現。根據不同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、側視、后視和內置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。從形態上看，攝像頭可以輕松融入汽車的設計中并隱藏在其結構中，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試臺架設計

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，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；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整，即對攝像頭進行選型和調試時，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試裝置。本文介紹了一種智能駕駛重型汽車攝像頭安裝調試臺架。

2.1 結構

臺架的攝像頭安裝模擬攝像頭的實車安裝狀態，攝像頭的安裝高度、位置、方向均與實車狀態一致。臺架整體結構如圖3所示。

如圖3所示，智能駕駛重型汽車攝像頭安裝調試臺架由滾輪、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。

在臺架結構中，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構圖

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，結構簡單、組裝方便，能夠模擬實車攝像頭的安裝狀態。其特點具體體現在以下幾個方面：

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節，以對臺架總體高度進行調節，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，其安裝角度可根據實際需要調節。

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，降低了設備選用及制作成本。

圖6 臺架總高度的無極調節

綜合以上特點，該臺架可以實現多自由度的位置和角度調節，具有制作簡單、拆裝方便、通用性強等優點，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試特點進行了分析，根據智能駕駛重型汽車攝像頭的性能驗證需求，介紹了一種安裝調試臺架，并從結構、組裝、特點等方面對其進行了分析。該臺架的設計對攝像頭選型及性能驗證等前期設計工作提供很大便利，對智能駕駛領域感知系統的驗證理念創新提供了思路?？梢酝ㄟ^對臺架各組成部件本身結構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。