感測器融合應對自駕挑戰　聽覺/觸覺助攻環境感知(2)

2023-07-28

Kurt Dekoski

自動駕駛、ADAS和電氣化需要更好的感測技術解決方案以提高駕駛安全性。車輛跟人類一樣，需要結合視覺、聽覺和觸覺來感知(Perceive)周遭環境的變化。

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感測性能/駕駛安全同步升級

(承前文)聲音和觸覺的感測器功能有助於提升高速公路的安全性。這些新型感測器可以經由多種方式來擴大安全邊際、提升駕駛人對行駛狀態的意識，並為自駕車「車輪上的資料中心」提供資料。

混合使用內部和外部麥克風可實現道路降噪技術(Road Noise Cancellation, RNC)，能夠改進具備預測能力的主動降噪技術(Active Noise Cancelling, ANC)。RNC與ANC具有部分相同之處，例如皆可幫助消除環境噪音的能力，而採用感測器並可即時回應的RNC將進一步改善具備預測能力的ANC，能夠抵消車外不可預測的聲音。這些聲音除了來自引擎發出的噪音，還可能來自惡劣路面或風聲。此類噪音會產生一種催眠效果(想像一下潺潺小溪或綿綿細雨的聲音)，足以導致危險的駕駛疲勞或高速公路催眠情形。利用RNC抵消這些噪音後，不但使車內更加安靜舒適，行駛時也更加安全。這項技術對於電動車尤其重要，電動車缺少內燃機的背景噪音抑制功能，如果沒有RNC技術，電動車的乘客將感受到極為明顯的道路噪音，產生不適感或分心。

使用內部和外部麥克風以及RNC感測器的ANC系統，可用於噪音明顯的車輛，例如建築用卡車、農用車和飛機。對於這些交通工具而言，消除噪音不僅有助於防止疲勞發生，還可以藉由降低環境噪音音量協助保護操作員的聽力。以感測器即時測量聲音也能提升這些措施的使用效果，進而減少車內噪音對操作員的危害。

外部的聲音感測器協助ADAS系統建立車輛周圍環境的完整情境。這些麥克風以三角測量方式偵測潛在危險的方向和動作，具備「用聲音看」的能力，協助填補車輛視覺和雷達感測器無法偵測到的空白。無論是測量轉角處接近中的緊急車輛，還是追蹤隱藏在盲點中的車輛，這些感測器都可以提供有價值的資料。

自動駕駛車輛依賴感測器來監控環境，聲音和觸覺的感測器發揮了關鍵作用。麥克風的輸入方式與ADAS應用類似，對攝影鏡頭和雷達無法感知的空白部分進行填補，並建構車輛周圍環境的完整情景。配備了觸覺感測器的車輛能夠對碰撞或外力做出反應，這是無人駕駛車輛的一項重要功能。隨著車輛開始採用先進的ADAS性能並自動監控周圍環境，這些感測功能將帶來更高的安全邊際。

透過監控車輛使用狀況來強化機器的健康狀況，也有助於提高車輛的安全性。聽覺和觸覺感測器通常能夠藉由分析引擎或底盤的噪音變化，比駕駛人或其他感測器更早發現機械的缺陷。能夠及早發現缺陷或磨損零件的感測功能，可降低車輛的維護和修理成本，同時有助於減少在道路上的故障次數。

車輛的感測器融合技術

感測器融合技術代表車輛中的每個感測裝置都具有多種功能，可實現多樣化的特性和能力，並且所占用的空間和重量達到最佳設計。這種多功能性十分重要。自駕車和ADAS技術的感測須仰賴持續增加的資料量，卻不可能無限制地增加感測器數量，因此設計人員必須使用能夠為多系統和功能提供輸入內容的感測器。

在設計階段採納多功能的聽覺和觸覺感測器，對生產性能更加安全、更強大的自駕車或配備ADAS的車輛來說極為重要。工程師在設計過程中，能越早整合這些技術越好。此外，選擇在感測器工程技術方面擁有堅實基礎，並具備以客戶為中心的適應性和靈活性的公司進行合作，同樣十分重要。如今，在道路上行駛的車輛配備百萬個以上的感測器，莫仕(Molex)能夠提供工程專業知識、合作設計靈活性，並在全球具有製造據點，可為車輛的感測技術挑戰提供客製化解決方案。

在Sensors Converge 2023展會上，Molex演示Percept產品線中，RNC感測器(圖1)如何協助偵測和抵消來自各種路面的影響。與會者可以看到車輛在不同的路面上行駛，並觀察感測器感知的內容與有效噪音消除措施之間的關聯。展示現場設有一個內建降噪功能的駕駛座樣品，與會者可親自體驗道路噪音的調節。