优化传感器外形，提升自动驾驶汽车空气动力学性能
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优化传感器外形，提升自动驾驶汽车空气动力学性能
随着信息技术与人工智能的持续进步，自动驾驶汽车正逐步走向成熟。如今，若在街头观察自动驾驶出租车，会发现其车身通常配备了多种传感器，如激光雷达、毫米波雷达和高清摄像头等。这些设备通常被安装在车顶、车身两侧及前后保险杠位置，承担着环境感知的重要任务，相当于车辆的“视觉”与“听觉”。
然而，这些传感器往往体积较大，外形不够流线，容易在行驶过程中造成空气阻力。这种阻力会增加车辆的能耗，从而影响续航表现。尽管如此，目前研发团队更倾向于优先保障传感器的功能完整性，而非过度关注空气动力学优化。
▍空气阻力：影响速度的关键因素
多年来，汽车制造商一直在努力优化车身设计，以降低空气阻力。现代汽车的外形趋于流线型，并引入了弹出式大灯、后扰流板和主动进气格栅等设计，以提升空气流动效率。工程师们还借助风洞测试，评估车辆的空气动力学表现。通常，阻力系数越低，车辆的空气动力学性能越佳。
然而，自动驾驶汽车的传感器布局使空气动力学优化变得更加复杂。以Waymo的无人驾驶出租车为例，每辆车配备了29个摄像头，环绕车身布置。激光雷达则体积更大、外形更方正，通过发射激光脉冲构建三维环境地图。研究表明，车顶的激光雷达会显著延迟气流分离，而安装在车尾和保险杠两侧的传感器则可能形成空气涡旋，进一步加剧气流分离。这些传感器共同作用，导致空气动力学性能下降。
▍最新研究：优化传感器外形以降低阻力
近日，武汉理工大学在《Physics of Fluids》期刊上发表了一项研究成果，提出通过人工智能算法优化自动驾驶车辆传感器的外形，从而提升空气动力学性能。研究团队调整了前侧传感器的高度，以减少正压区并降低阻力；同时，将车顶传感器的前缘降低，形成“减压效应”，从而削弱正面气流的冲击，使气流更顺畅地流过车顶。
实验结果显示，优化后的车辆空气阻力降低了3.44%。虽然这一数值看似微小，但在长途行驶中，这种优化将带来显著的能耗节省。研究人员认为，对车顶传感器外形的微调，是提升自动驾驶汽车空气动力学性能的有效手段。
该研究的负责人汪怡平教授指出，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的比例。因此，在设计阶段对传感器的布局和外形进行系统优化，具有重要意义。
▍空气动力学优化助力自动驾驶汽车节能
当前，自动驾驶汽车制造商已开始关注传感器对空气动力学的影响。Waymo表示，公司会根据视野范围（FOV）的覆盖需求，合理布置传感器位置。尽管视野范围对安全性至关重要，但这也可能与车辆性能和速度产生冲突。为此，一些企业已尝试通过微调传感器安装位置来缓解这一问题。例如，Waymo重新设计了安装在半挂卡车挡风玻璃顶部的横梁传感器，以减少空气阻力。
Waymo在一篇博客中指出：“尽管这是一项微小的调整，但在车辆的整个生命周期中，它能够带来显著的节能效果。”
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公司，主要在低速、非高速公路区域运营，空气动力学优化的效果尚不明显。但在长途自动驾驶卡车领域，空气动力学优化则更具价值。即使阻力减少幅度较小，也能提升运输效率，降低能耗，从而为自动驾驶企业及其客户节省成本。此外，能耗的降低也有助于提升电动车电池的使用效率。
汪怡平教授认为，未来，该研究成果可为自动驾驶汽车的设计提供参考，有助于提升其行驶里程。随着自动驾驶技术的普及，这一优化不仅适用于乘用车，也将在物流与配送领域发挥重要作用。
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
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