智能驾驶重型汽车摄像头安装调试台架设计

赵华杰， 安永杰， 金鑫

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，西安710200）

0 引言

智能驾驶是现代汽车发展的前沿技术之一，是汽车产业与人工智能、物联网等新一代信息技术深度融合的产物。作为战略性新兴产业的重要组成部分，智能驾驶技术已成为一个企业乃至国家科技实力的重要衡量标准。智能驾驶车辆搭载先进的传感器、控制器、执行器等装置，集环境感知、规划决策、跟踪控制、通信协调和多级辅助驾驶等功能于一体[1]，使得车辆实现模仿人类“感知-思考-判断-执行”的思维模式和行为能力。随着物流、环卫、码头等市场需求的进一步深化，重型汽车对智能驾驶的要求也越来越高。奔驰、沃尔沃、图森、google等国内外众多知名重卡生产厂家及控制系统开发商已开展了不同层次的研发工作，并取得了丰硕成果。

感知系统是智能驾驶技术的重要组成部分，是实现环境与汽车交互的桥梁和纽带，是实现智能驾驶必不可少的条件[2]。多传感器融合技术是感知系统实现环境感知的重要手段，传感器包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达等，这些传感器相互融合补充，构成一套完整的感知系统，如图1所示。

1 摄像头在智能驾驶汽车上的应用

在智能驾驶汽车感知系统中，视觉影像处理系统是众多预警、识别类ADAS（高级驾驶辅助系统）功能实现的基础，而摄像头又是视觉影像处理系统的基础，因此车载摄像头对于智能驾驶必不可少。在智能驾驶汽车中，摄像头充当眼睛的角色，它可以清楚地感知周围环境，获得图像、颜色等信息。车载摄像头包括单目摄像头、双目摄像头、广角摄像头等。ADAS阶段单目摄像头应用较多，智能驾驶L3阶段以后，需要多个摄像头配合。

图1 智能驾驶汽车多传感器融合

车道偏离预警（Lane Departure Warning，LDW）、前向碰撞预警（Forward Collision Warning，FCW）、交通标志识别（Traffic Sign Recognition，TSR）、车道保持辅助（Lane Keeping Assistance，LKA）、 行 人 碰 撞 预 警（Pedestrian Collision Warning ，PCW）、全景泊车（Surround View Parking，SVP）、驾驶员疲劳预警（Driver Fatigue Monitor，DFM）等众多功能都可借助摄像头实现，有的功能甚至只能通过摄像头实现。根据不同ADAS功能的要求，摄像头的安装位置也不尽相同。按摄像头的安装位置不同，可分为前视、侧视、后视和内置4个部分[3]。表1列举了不同ADAS功能时摄像头的选用及具体功能。

从价格上，摄像头比雷达便宜得多，这很大程度上降低了智能驾驶汽车的成本，更容易被汽车制造商所选用。从形态上看，摄像头可以轻松融入汽车的设计中并隐藏在其结构中，不会让汽车外形显得突兀，对消费者更具吸引力。此外，摄像头受雨、雪、雾等天气的干扰小，适应性更好。因此，摄像头在智能驾驶汽车上得到越来越广泛的应用。

表1 ADAS功能及摄像头应用

2 智能驾驶重型汽车摄像头安装调试台架设计

图2 一种智能驾驶重型汽车摄像头布置示意图

相比于乘用车，重型汽车底盘高、尺寸大、盲区范围广，对摄像头的选型和布置提出了更高的要求。图2为一种智能驾驶重型汽车摄像头布置示意图，在驾驶室遮阳罩中部布置了前视长距摄像头、前视中距摄像头和前视短距摄像头，在遮阳罩两端位置布置了左前45°摄像头和右前45°摄像头，两个后视摄像头分别安装于驾驶室两侧，起到电子后视镜的作用。

在智能驾驶车辆试制阶段需对摄像头进行选型和调试，但在车辆试制前期直接在车辆上进行摄像头的安装和调试十分不便：一方面，摄像头在车体上的固定及线束布置不易实现；另一方面，对摄像头进行性能检测时需将车辆启动并进行前进、转弯、倒车等操作，费工耗时。此外，当更换车型或改变摄像头安装位置时，在实车上已安装的摄像头不便拆卸和调整，即对摄像头进行选型和调试时，在实车上进行具有很大的局限性。因此，我们寻求一种既操作方便又具有普遍适用性的摄像头调试装置。本文介绍了一种智能驾驶重型汽车摄像头安装调试台架。

2.1 结构

台架的摄像头安装模拟摄像头的实车安装状态，摄像头的安装高度、位置、方向均与实车状态一致。台架整体结构如图3所示。

如图3所示，智能驾驶重型汽车摄像头安装调试台架由滚轮、短加强梁、长加强梁、短立柱、平台、长立柱、支柱、套筒、横梁及各种摄像头安装支架等部件组成，台架各组成部件均为金属制品。其中滚轮1四个，短加强梁2两个，长加强梁3两个，短立柱4两个，长立柱6两个，支柱7两个，套筒8两个，摄像头安装支架11两个，摄像头安装支架12两个，其他部件均为1个。台架主题部分俯视投影面为矩形，即由短加强梁2、长加强梁3、短立柱4、长立柱6和平台5组成矩形框架。

在台架结构中，滚轮1可以满足台架的移动以模拟车辆运动，短加强梁2和长加强梁3起到对台架的加固作用，短立柱4和长立柱6起支撑作用，套筒8起到连接支柱7与横梁9的作用，摄像头安装支架10、11、12固定在横梁9上。

摄像头安装支架10上安装前视长距摄像头、前视中距摄像头和前视短距摄像头，摄像头安装支架11上安装左前45°摄像头和右前45°摄像头，摄像头安装支架12上安装左后视摄像头和右后视摄像头，各个摄像头的安装位置和角度与实车一致。

图3 智能驾驶重型汽车摄像头性能验证台架整体结构图

2.2 组装

台架通过焊接或螺栓连接的方式组装，其中短加强梁2焊接在短立柱4与长立柱6之间，一长加强梁3焊接在两短立柱4之间，另一长加强梁3焊接在两长立柱6之间，平台5焊接在两短立柱4和两长立柱6上，长立柱6与支柱7通过螺栓紧固；支柱7与套筒8为间隙配合，套筒8焊接在横梁9上，如图4所示。摄像头安装支架10、11、12通过螺栓固定在横梁9上，如图5所示。

图4 支柱与套筒、套筒与横梁间的连接

图5 摄像头安装支架与横梁间的连接

2.3 特点

本文所介绍的台架，结构简单、组装方便，能够模拟实车摄像头的安装状态。其特点具体体现在以下几个方面：

1）滚轮1为万向轮，可使台架进行自由移动，真实模拟车辆运动工况。

2）台架中设计有平台5，且平台面上有纵横交错的筋条，对平台起加强作用，可以承受工作人员的踩踏，为台架组装、摄像头安装、测试线束的连接固定等操作提供便利。

3）长立柱6与支柱7的固定点可进行无极调节，以对台架总体高度进行调节，本功能是通过在长立柱6的上端开通槽、支柱上打螺栓孔实现的，如图6所示。

4）支柱7与套筒8间的间隙配合，为台架的组装和拆卸提供便利。

5）横梁9上可以根据摄像头的安装需求在相应位置配打安装孔，台架通用性强。

6）摄像头安装支架10、11、12与横梁9通过螺栓连接，其安装角度可根据实际需要调节。

7）台架各组成部件选材及制作方便，可选用棒材、管材、板材、角钢等常见型材通过简单加工进行制作。且各部件外形没有尺寸、精度的特别要求，降低了设备选用及制作成本。

图6 台架总高度的无极调节

综合以上特点，该台架可以实现多自由度的位置和角度调节，具有制作简单、拆装方便、通用性强等优点，可以全面、真实地模拟车辆运行工况，检测摄像头性能。

3 结语

本文介绍了摄像头在智能驾驶汽车上的应用，并对其在重型汽车上安装调试特点进行了分析，根据智能驾驶重型汽车摄像头的性能验证需求，介绍了一种安装调试台架，并从结构、组装、特点等方面对其进行了分析。该台架的设计对摄像头选型及性能验证等前期设计工作提供很大便利，对智能驾驶领域感知系统的验证理念创新提供了思路。可以通过对台架各组成部件本身结构及它们之间相对组装位置的改变来适应不同车型、摄像头不同安装位置的需求，以使台架具有普遍适用性。