得益于信息技术和人工智能的快速发展，自动驾驶汽车正在蓬勃发展。如果关注路上行驶的自动驾驶出租车，就会发现其车身上配备了多种传感器，包括激光雷达、毫米波雷达、高清相机等，这些传感器通常被安装在车顶、车身两侧和前后保险杠等位置，用以充当自动驾驶汽车的“眼睛”和“耳朵”，以实现全方位的环境感知。

但这些传感器往往体积庞大且笨重，会阻碍汽车有效地穿越周围空气，这种阻碍会迫使汽车消耗更多的能量来加速，并最终影响汽车的整体续航里程。不过，鉴于自动驾驶汽车的发展现状，比起空气动力学方面的考量，研发人员更关注车身传感器的功能实现。

▍空气阻力：速度的敌人

半个世纪以来，汽车制造商都在花大力气调整车身设计，以对抗空气阻力，也就是车辆前进时需要克服的反作用力。随着时间的推移，汽车产品的曲线变得更加流畅，并且增加了诸如弹出式前大灯、后扰流板和主动进气格栅等新功能，以提高车辆周围空气的流动效率。汽车工程师甚至通过在受控的风洞中进行测试来确定汽车的空气动力学性能。那些“阻力系数”较低的汽车被认为具有更好的空气动力学性能。

但是，增加了诸多传感器的自动驾驶汽车让对抗空气阻力变得更加复杂。美国无人驾驶出租车公司Waymo表示，其每辆无人驾驶出租车上都安装了29个摄像头，环绕车身布置。激光雷达传感器则更大、更方正，它会向车辆周围各个方向发射数百万个激光脉冲，以创建3D地图。研究发现，凸起的车顶激光雷达传感器显著地“延迟了气流分离”，而在车辆尾部、保险杠两侧安装的多个传感器会形成一对空气涡旋，也导致了更多的气流分离。也就是说，所有的传感器基本上都在共同作用，阻碍气流，最终导致车辆的空气动力学性能降低。

▍最新解决方案

日前，武汉理工大学在期刊《Physics of Fluids》上发表了一项研究成果，认为可以利用一种优化人工智能算法，通过改变自动驾驶车辆传感器的结构形状，提高车辆的整体空气动力学性能。最终他们选择降低前侧传感器的高度，以减少正压区并降低阻力，同时降低车顶传感器的前缘，从而产生一种“减压效应”，减轻正面空气的直接影响，使气流达到车顶前，实现优化组和基本组的阻力系数基本相同。研究人员表示，与标准配置的自动驾驶车辆相比，优化后版本的总空气阻力下降3.44%。长途驾驶中这个微小的差异随时间推移累积起来，将会产生显著效果。这一研究结果表明，对车顶传感器形状的微调可以在减少自动驾驶车辆面对的空气阻力。

该研究作者汪怡平教授表示，外置传感器会显著增加空气动力阻力，尤其是通过增加干扰阻力在总气动阻力中的比例。考虑到这些因素——传感器之间的相互作用以及几何尺寸对干涉阻力的影响，在设计阶段对传感器进行全面优化至关重要。

▍空气动力学传感器有助于降低自动驾驶汽车的能耗

当前自动驾驶汽车公司已经意识到传感器所带来的空气动力学挑战。Waymo表示，公司会战略性地将传感器布置在车辆周围，以最大限度地扩大其视野范围（FOV）。优先考虑视野范围对于安全至关重要，但这可能与车辆的整体性能和速度相冲突。自动驾驶汽车制造商已经尝试通过对传感器安装进行微调来纠正这一问题，相关公司表示已重新设计放置在半挂卡车挡风玻璃顶部的横梁传感器，以减少阻力。

“虽然这看似是一个微小的调整，但在车辆的使用寿命内，它可以带来显著的节能效率提升。”Waymo在一篇博客文章中写道。

目前，Waymo、Zoox，以及国内的萝卜快跑、小马智行等自动驾驶出租车多数局限于速度较慢、非高速公路区域，空气动力学传感器的应用效果相对有限。但在长途自动驾驶卡车的应用上更有效果。在长途卡车运输中，即便是微小的阻力减少也能带来更快的交付时间和更少的总体能耗，这反过来又能为自动驾驶汽车公司和它们最终服务的客户降低成本。随着时间的推移，能耗的减少还有助于进一步提高资源密集型电动车电池的利用率。

汪怡平教授认为：展望未来，该项目研究成果可以为设计更具空气动力学效率的自动驾驶汽车提供参考，提高自动驾驶汽车的行驶里程。随着自动驾驶汽车的普及，这一点不仅在客运方面，而且在交付和物流应用方面都很重要。

编辑丨杨   朔

排版丨郑　莉

来源丨Popsci

图片来源丨摄图网

       原文标题 : 优化传感器形状，自动驾驶汽车降阻提效的新密码