CN110386073A - 无人驾驶汽车车顶传感器集成装置及无人驾驶汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人驾驶汽车车顶传感器集成装置及无人驾驶汽车，该无人驾驶汽车车顶传感器集成装置包括传感器组件和信号处理模块，传感器组件包括多个传感器，信号处理模块包括多个信号处理单元，无人驾驶汽车车顶传感器集成装置分为顶层布局层、中间层布局层和底层布局层，每个传感器和信号处理单元布局于顶层布局层、中间层布局层或底层布局层中的至少一布局层，并采用分布式布局；传感器组件包括多个图像传感器，每个图像传感器分布于中间层布局层的边缘位置，且每个图像传感器的视角中心位于同一平面。本发明通过对传感器组件和信号处理单元采用分层式布局和分布式布局，缩小了传感器集成装置的断面高度尺寸和体积。

Description

无人驾驶汽车车顶传感器集成装置及无人驾驶汽车

技术领域

本发明涉及无人驾驶汽车领域，特别是涉及无人驾驶汽车车顶传感器集成装置及无人驾驶汽车。

背景技术

现有的目标级别为L4(又称为全自动驾驶)的无人驾驶汽车所采用的传感器方案均为多传感融合，而且传感器主体均位于无人驾驶汽车的顶部位置。这会造成汽车本身高度的增加，从而导致汽车外观的一致性与美观。鉴于目前的设计约束，包括传感器外形尺寸、传感器的检测范围与对象、传感器的信号处理模块、计算单元等众多因素，在车顶实现多传感器的完整布局，需要合理地平衡这些因素。现在面世的一些无人驾驶汽车车顶传感器集成设计，存在以下一些问题：

(1)断面高度较高、体积较大：传感器采用堆叠式设计，平铺面积相对较小，但整体的断面高度较高，整体体积较大。

(2)布局集中：传感器采用堆叠设计，传感器集中于中心区域，为安装、维护及包装带来不便。

发明内容

基于此，有必要针对现在面世的一些无人驾驶汽车车顶传感器集成设计，存在的断面高度较高、体积较大、布局集中的问题，提供一种无人驾驶汽车车顶传感器集成装置及无人驾驶汽车。

一种无人驾驶汽车车顶传感器集成装置,所述无人驾驶汽车车顶传感器集成装置包括传感器组件和信号处理模块，所述传感器组件包括多个传感器，所述信号处理模块包括多个信号处理单元，所述无人驾驶汽车车顶传感器集成装置分为顶层布局层、中间层布局层和底层布局层，每个所述传感器和信号处理单元布局于所述顶层布局层、中间层布局层或底层布局层中的至少一布局层，并采用分布式布局；其中：

所述传感器组件包括多个图像传感器，每个所述图像传感器分布于所述中间层布局层的边缘位置，且每个所述图像传感器的视角中心位于同一平面。

在其中一个实施例中，多个所述图像传感器包括八个所述图像传感器，分别为第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器、第四图像传感器、第五图像传感器、第六图像传感器、第七图像传感器和第八图像传感器，其中：

所述第五图像传感器设于所述中间层布局层的一侧边缘，所述第五图像传感器的视角方向定义为北方；

所述第六图像传感器、第七图像传感器和第八图像传感器设于所述中间层布局层的与所述第五图像传感器相反的一侧边缘，所述第六图像传感器、第七图像传感器和第八图像传感器的视角朝南方；

所述第二图像传感器和第三图像传感器设于所述第六图像传感器、第七图像传感器和第八图像传感器的两侧，且置于所述中间层布局层的边缘位置，所述第二图像传感器的视角朝西南方，所述第三图像传感器的视角朝东南方；

所述第四图像传感器背朝所述第二图像传感器，设于所述中间层布局层的边缘位置，视角朝东北方；

所述第一图像传感器背朝所述第三图像传感器，设于所述中间层布局层的边缘位置，视角朝西北方。

在其中一个实施例中，所述传感器组件包括第一距离传感器，所述第一距离传感器竖直设于所述顶层布局层，并位于八个所述图像传感器围成的区域内。

在其中一个实施例中，所述第一距离传感器位于所述区域内、并靠近所述第六图像传感器、第七图像传感器和第八图像传感器设置。

在其中一个实施例中，所述传感器组件包括两个设于所述底层布局层相对的两侧的边缘的第二距离传感器，其中一个位于所述第一图像传感器的视角和第二图像传感器的视角形成的夹角区域之间，另外一个位于所述第三图像传感器的视角和第四图像传感器的视角形成的夹角区域之间。

在其中一个实施例中，每个所述第二距离传感器的检测下沿均与地面的夹角为45°。

在其中一个实施例中，所述传感器组件包括两个设于所述底层布局层的同一侧边缘的位置接收器，所述两个位置接收器位于所述第五图像传感器的两侧。

在其中一个实施例中，所述传感器组件包括惯性传感器，所述惯性传感器设于所述底层布局层，并位于所述第一距离传感器的正下方，与所述第一距离传感器的中心位于同一直线。

在其中一个实施例中，所述信号处理模块包括第一信号处理单元、第二信号处理单元、第三信号处理单元、第四信号处理单元和第五信号处理单元，且均设于所述底层布局层，并根据连接对象、热输出和安装方式进行分布式布局，其中：

所述第一信号处理单元位于所述第一距离传感器、第一图像传感器与第五图像传感器围成的区域内；

所述第二信号处理单元和所述第三信号处理单元分别位于所述惯性传感器的两侧，所述第二信号处理单元与所述第一信号处理单元位于同一侧；

所述第四信号处理单元与所述第三信号处理单元位于同一侧，且与所述第一信号处理单元相对；

所述第五信号处理单元位于所述第一距离传感器与所述第五图像传感器之间，与所述惯性传感器相对。

在其中一个实施例中，所述顶层布局层、中间层布局层和底层布局层的断面高度之和小于等于270mm。

一种无人驾驶汽车，包括如上所述的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置。

上述无人驾驶汽车车顶传感器集成装置及无人驾驶汽车，通过对传感器组件和信号处理单元采用分层式布局和分布式布局，缩小了所述无人驾驶汽车车顶传感器集成装置的断面高度尺寸和体积。

附图说明

图1是本发明实施例提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置示意图；

图2是本发明实施例提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置的布局层示意图；

图3是本发明实施例提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置中信号处理模块的示意图；

图4是一实施例中无人驾驶汽车车顶传感器集成装置在车顶的安装位置示意图；

图5是另一个角度的车顶安装位置示意图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置示意图，该无人驾驶汽车车顶传感器集成装置适用于无人驾驶汽车，特别是目标级别为L4(又称为全自动驾驶)的无人驾驶汽车，该无人驾驶汽车车顶传感器集成装置包括传感器组件和信号处理模块，其中，传感器组件包括多个传感器，信号处理模块包括多个信号处理单元，无人驾驶汽车车顶传感器集成装置通过多个传感器采集无人驾驶汽车周围环境信息，并通过多个信号处理单元对多个传感器采集的无人驾驶汽车周围环境信息进行处理，进而实现全自动驾驶。

如图2所示，是本发明实施例提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置的布局层示意图，本发明提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置分为顶层布局层1、中间层布局层2和底层布局层3，每个传感器和信号处理单元布局于顶层布局层1、中间层布局层2或底层布局层3中的至少一布局层，并采用分布式布局；其中：

传感器组件包括多个图像传感器，每个图像传感器分布于中间层布局层的边缘位置，且每个图像传感器的视角中心位于同一平面。

本发明实施例提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置，通过对传感器组件和信号处理单元采用分层式布局和分布式布局，充分利用有限空间，使不同传感器最大程度实现其应有的功能，缩小了无人驾驶汽车车顶传感器集成装置的断面高度尺寸和体积。其中，每个图像传感器分布于中间层布局层的边缘位置，且每个图像传感器的视角中心位于同一平面，能够最大限度减少采集图像的遮挡，中间层的高度能够很好的避开车辆本身对传感器的检测范围干扰，并且能够提高每个图像传感器的视场角利用率，可以提高数据融合效率和精确度。

具体地，上述多个图像传感器可包括八个图像传感器，分别为第一图像传感器21、第二图像传感器22、第三图像传感器23、第四图像传感器24、第五图像传感器25、第六图像传感器26、第七图像传感器27和第八图像传感器28，上述八个图像传感器用于检测无人驾驶汽车周围环境的所有物体目标的图像信息，检测距离范围可为1m～10m，各图像传感器水平设置。其中：

第五图像传感器25设于中间层布局层2的一侧边缘。为方便说明，本实施例以第五图像传感器25的视角正对北方为一个基准方向，以下相应介绍各部件与第五图像传感器25的相对位置关系。在实际使用时，第五图像传感器25的视角朝向车尾设置。

第六图像传感器26、第七图像传感器27和第八图像传感器28设于中间层布局层2的与第五图像传感器25相反的一侧边缘，第六图像传感器26、第七图像传感器27和第八图像传感器28的视角朝南方。

第二图像传感器22和第三图像传感器23设于第六图像传感器26、第七图像传感器27和第八图像传感器28的两侧，且置于中间层布局层2的边缘位置，第二图像传感器22的视角朝西南方，第三图像传感器23的视角朝东南方。

第四图像传感器24背朝第二图像传感器22，设于中间层布局层2的边缘位置，视角朝东北方。

第一图像传感器21背朝第三图像传感器23，设于中间层布局层2的边缘位置，视角朝西北方。

本发明实施例提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置，通过将上述多个图像传感器分布于中间层布局层的各个朝向的边缘位置，提高了各个方向的图像采集精确度。

上述传感器组件还可包括第一距离传感器11，第一距离传感器11用于检测无人驾驶汽车周围环境的物体目标的距离信息，检测距离为6m～150m。第一距离传感器11竖直设于顶层布局层1，并位于八个图像传感器围成的区域内。

本发明实施例提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置的第一距离传感器11置于顶层布局层1，能够避免与八个图像传感器之间造成检测范围的干扰，可以更加全面的覆盖检测目标，能够实现多个图像传感器、第一距离传感器和车身本身的有效结合。

特别地，上述第一距离传感器11可位于八个图像传感器围成的区域内并靠近第六图像传感器、第七图像传感器和第八图像传感器设置，更有利于检测无人驾驶汽车车前的对象。

上述传感器组件还可包括两个设于底层布局层3相对的两侧的边缘的第二距离传感器31，第二距离传感器31用于冗余检测无人驾驶汽车周围环境的所有目标距离信息，检测的对象主要是近处的行人，检测距离为1.5m～50m。其中一个位于第一图像传感器21的视角和第二图像传感器22的视角形成的夹角区域之间，另外一个位于第三图像传感器23的视角和第四图像传感器24的视角形成的夹角区域之间。

本发明实施例提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置的两个第二距离传感器31置于底层布局层3，避免了第二距离传感器31的检测下沿被结构遮挡的情形，同时能够不对第一距离传感器11进行任何检测干扰，避免了与第一图像传感器21、第二图像传感器22、第三图像传感器23和第四图像传感器24之间的相互遮挡，因此可以提高检测的精确度。且这样的布局能够缩短第二距离传感器31与对应检测范围的距离，第二距离传感器31与被检测物体越近，检测效率越高。

特别地，每个第二距离传感器31的检测下沿均与地面的夹角为45°，这样能对第一距离传感器的不能检测的近处的目标距离信息进行补充检测。

上述传感器组件还可包括两个设于底层布局层3的同一侧边缘的位置接收器32，位置接收器32用于接收卫星系统发射的位置信息，该两个位置接收器32位于第五图像传感器25的两侧。这样可以避免位置接收器32遭受其他传感器的电磁干扰，同时，由于位置接收器32位于底层布局层3，也可以避开第一距离传感器11、第二距离传感器31和八个图像传感器的检测范围，对检测不造成干扰或影响。

上述传感器组件还可包括惯性传感器33，惯性传感器33用于检测无人驾驶汽车的速度、加速度、加加速度等信息。该惯性传感器33设于底层布局层3，这样可以提高惯性传感器33检测的可靠性，降低外界环境带来的测量噪声，并位于第一距离传感器11的正下方，与第一距离传感器11的中心位于同一直线，因惯性传感器33所采集的数据还可以补偿第一距离传感器11的检测误差，当二者位于同一中心位置时，惯性传感器33和第一距离传感器11检测的坐标系X、Y轴完全重合，所获得的数据不存在偏差，因此可以提高数据处理的精度。

如图3所示，是本发明实施例提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置中信号处理模块的示意图，上述信号处理模块具体可包括第一信号处理单元34、第二信号处理单元35、第三信号处理单元36、第四信号处理单元37和第五信号处理单元38，且均设于底层布局层3，并根据连接对象、热输出和安装方式进行分布式布局，其中：

第一信号处理单元34连接上述多个图像传感器，并用于对多个图像传感器的数据信息进行预处理；采用4孔安装；热量输出为50W；位于第一距离传感器11、第一图像传感器21与第五图像传感器25围成的区域内。

第二信号处理单元35连接上述第二距离传感器31，并用于对第二距离传感器31的数据信息进行预处理；采用6孔安装；热量输出为35W。第三信号处理单元36连接上述第一距离传感器11，并用于对第一距离传感器11的数据信息进行预处理；采用2孔安装；热量输出为15W。上述第二信号处理单元35和第三信号处理单元36分别位于惯性传感器33的两侧，第二信号处理单元35与第一信号处理单元34位于同一侧。

第四信号处理单元37连接上述第一距离传感器11和第二距离传感器31，并用于对第一距离传感器11和第二距离传感器31的数据进行融合处理；采用4孔安装；热量输出为45W；上述第四信号处理单元37与第三信号处理单元35位于同一侧，且与第一信号处理单元34相对。

第五信号处理单元38连接上述第一距离传感器11、第二距离传感器31和多个图像传感器，并用于对第一距离传感器11、第二距离传感器31和多个图像传感器的数据进行融合处理；采用4孔安装；热量输出为65W。上述第五信号处理单元38位于第一距离传感器11与第五图像传感器25之间，与惯性传感器33相对。

本发明实施例提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置的多个信号处理单元所位于的底层布局的区域近似于完全开放(可以从图3上看出)，根据连接对象、热输出、安装方式等信息，进行了合理的布局安排，不同信号处理单元位于区域的特定位置，一方面，设计上，本案对每个信号处理单元都设计了与对应传感器的安装接口，因此在安装过程中每个信号处理单元与传感器都是一一对应的，不同信号处理单元之间不能互换，因此利于系统的安装集成，避免混淆。另一方面，因为所有信号处理单元均处于中心区域，而且设计上都有特定的对应位置，因此对于维护工作而言，可以快速定位。

本发明实施例提供的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置，如以上方案中所介绍，每个传感器和信号处理单元采用分层式布局和分布式布局，能够最大限度的利用有限的空间，同时又保证多传感器的有效检测，中间层布局层与底层布局层的断面高度之和可小于等于150mm，顶层布局层、中间层布局层和底层布局层的断面高度之和可小于等于270mm，缩小了所述无人驾驶汽车车顶传感器集成装置的断面高度尺寸和体积。

本申请还提供一种无人驾驶汽车，包括如上任一实施例所述的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置。图4是一实施例中无人驾驶汽车车顶传感器集成装置在车顶的安装位置示意图，图5是另一个角度的示意图。图4和图5只是示出无人驾驶汽车车顶传感器在车顶的位置，因此未清晰绘出汽车的结构，只示意出能够帮助理解所述装置与汽车相对位置关系的必要结构。

在其中一个实施例中，该无人驾驶汽车车顶传感器集成装置通过标准安装扣件4与汽车车顶固定连接，该无人驾驶汽车车顶传感器集成装置的最前端距离车辆的最前端约2.1米，最后端距离车辆的最后端约1.6米，中心位置距离后轮中心约为1.3米。当然，实际中可根据车型做适当的调整。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种无人驾驶汽车车顶传感器集成装置,其特征在于，所述无人驾驶汽车车顶传感器集成装置包括传感器组件和信号处理模块，所述传感器组件包括多个传感器，所述信号处理模块包括多个信号处理单元，所述无人驾驶汽车车顶传感器集成装置分为顶层布局层、中间层布局层和底层布局层，每个所述传感器和信号处理单元布局于所述顶层布局层、中间层布局层或底层布局层中的至少一布局层，并采用分布式布局；其中：

所述传感器组件包括多个图像传感器，每个所述图像传感器分布于所述中间层布局层的边缘位置，且每个所述图像传感器的视角中心位于同一平面。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置，其特征在于，多个所述图像传感器包括八个所述图像传感器，分别为第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器、第四图像传感器、第五图像传感器、第六图像传感器、第七图像传感器和第八图像传感器，其中：

所述第五图像传感器设于所述中间层布局层的一侧边缘，所述第五图像传感器的视角方向定义为北方；

所述第六图像传感器、第七图像传感器和第八图像传感器设于所述中间层布局层的与所述第五图像传感器相反的一侧边缘，所述第六图像传感器、第七图像传感器和第八图像传感器的视角朝南方；

所述第二图像传感器和第三图像传感器设于所述第六图像传感器、第七图像传感器和第八图像传感器的两侧，且置于所述中间层布局层的边缘位置，所述第二图像传感器的视角朝西南方，所述第三图像传感器的视角朝东南方；

所述第四图像传感器背朝所述第二图像传感器，设于所述中间层布局层的边缘位置，视角朝东北方；

所述第一图像传感器背朝所述第三图像传感器，设于所述中间层布局层的边缘位置，视角朝西北方。

3.根据权利要求2所述的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置，其特征在于，所述传感器组件包括第一距离传感器，所述第一距离传感器竖直设于所述顶层布局层，并位于八个所述图像传感器围成的区域内。

4.根据权利要求3所述的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置，其特征在于，所述第一距离传感器位于所述区域内、并靠近所述第六图像传感器、第七图像传感器和第八图像传感器设置。

5.根据权利要求4所述的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置，其特征在于，所述传感器组件包括两个设于所述底层布局层相对的两侧的边缘的第二距离传感器，其中一个位于所述第一图像传感器的视角和第二图像传感器的视角形成的夹角区域之间，另外一个位于所述第三图像传感器的视角和第四图像传感器的视角形成的夹角区域之间。

6.根据权利要求5所述的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置，其特征在于，每个所述第二距离传感器的检测下沿均与地面的夹角为45°。

7.根据权利要求2所述的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置，其特征在于，所述传感器组件包括两个设于所述底层布局层的同一侧边缘的位置接收器，所述两个位置接收器位于所述第五图像传感器的两侧。

8.根据权利要求4所述的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置，其特征在于，所述传感器组件包括惯性传感器，所述惯性传感器设于所述底层布局层，并位于所述第一距离传感器的正下方，与所述第一距离传感器的中心位于同一直线。

9.根据权利要求8所述的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置，其特征在于，所述信号处理模块包括第一信号处理单元、第二信号处理单元、第三信号处理单元、第四信号处理单元和第五信号处理单元，且均设于所述底层布局层，并根据连接对象、热输出和安装方式进行分布式布局，其中：

所述第一信号处理单元位于所述第一距离传感器、第一图像传感器与第五图像传感器围成的区域内；

所述第二信号处理单元和所述第三信号处理单元分别位于所述惯性传感器的两侧，所述第二信号处理单元与所述第一信号处理单元位于同一侧；

所述第四信号处理单元与所述第三信号处理单元位于同一侧，且与所述第一信号处理单元相对；

所述第五信号处理单元位于所述第一距离传感器与所述第五图像传感器之间，与所述惯性传感器相对。

10.根据权利要求9所述的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置，其特征在于，所述顶层布局层、中间层布局层和底层布局层的断面高度之和小于等于270mm。

11.一种无人驾驶汽车，其特征在于，包括如权利要求1-10中任一项所述的无人驾驶汽车车顶传感器集成装置。