但這些傳感器往往體積龐大且笨重，會阻礙汽車有效地穿越周圍空氣，這種阻礙會迫使汽車消耗更多的能量來加速，并最終影響汽車的整體續航里程。不過，鑒于自動駕駛汽車的發展現狀，比起空氣動力學方面的考量，研發人員更關注車身傳感器的功能實現。

空氣阻力：速度的敵人

半個世紀以來，汽車制造商都在花大力氣調整車身設計，以對抗空氣阻力，也就是車輛前進時需要克服的反作用力。隨著時間的推移，汽車產品的曲線變得更加流暢，并且增加了諸如彈出式前大燈、后擾流板和主動進氣格柵等新功能，以提高車輛周圍空氣的流動效率。汽車工程師甚至通過在受控的風洞中進行測試來確定汽車的空氣動力學性能。那些“阻力系數”較低的汽車被認為具有更好的空氣動力學性能。

但是，增加了諸多傳感器的自動駕駛汽車讓對抗空氣阻力變得更加復雜。美國無人駕駛出租車公司Waymo表示，其每輛無人駕駛出租車上都安裝了29個攝像頭，環繞車身布置。激光雷達傳感器則更大、更方正，它會向車輛周圍各個方向發射數百萬個激光脈沖，以創建3D地圖。研究發現，凸起的車頂激光雷達傳感器顯著地“延遲了氣流分離”，而在車輛尾部、保險杠兩側安裝的多個傳感器會形成一對空氣渦旋，也導致了更多的氣流分離。也就是說，所有的傳感器基本上都在共同作用，阻礙氣流，最終導致車輛的空氣動力學性能降低。

最新解決方案

日前，武漢理工大學在期刊《Physics of Fluids》上發表了一項研究成果，認為可以利用一種優化人工智能算法，通過改變自動駕駛車輛傳感器的結構形狀，提高車輛的整體空氣動力學性能。最終他們選擇降低前側傳感器的高度，以減少正壓區并降低阻力，同時降低車頂傳感器的前緣，從而產生一種“減壓效應”，減輕正面空氣的直接影響，使氣流達到車頂前，實現優化組和基本組的阻力系數基本相同。研究人員表示，與標準配置的自動駕駛車輛相比，優化后版本的總空氣阻力下降3.44%。長途駕駛中這個微小的差異隨時間推移累積起來，將會產生顯著效果。這一研究結果表明，對車頂傳感器形狀的微調可以在減少自動駕駛車輛面對的空氣阻力。

該研究作者汪怡平教授表示，外置傳感器會顯著增加空氣動力阻力，尤其是通過增加干擾阻力在總氣動阻力中的比例。考慮到這些因素——傳感器之間的相互作用以及幾何尺寸對干涉阻力的影響，在設計階段對傳感器進行全面優化至關重要。

空氣動力學傳感器有助于降低自動駕駛汽車的能耗

當前自動駕駛汽車公司已經意識到傳感器所帶來的空氣動力學挑戰。Waymo表示，公司會戰略性地將傳感器布置在車輛周圍，以最大限度地擴大其視野范圍(FOV)。優先考慮視野范圍對于安全至關重要，但這可能與車輛的整體性能和速度相沖突。自動駕駛汽車制造商已經嘗試通過對傳感器安裝進行微調來糾正這一問題，相關公司表示已重新設計放置在半掛卡車擋風玻璃頂部的橫梁傳感器，以減少阻力。

“雖然這看似是一個微小的調整，但在車輛的使用壽命內，它可以帶來顯著的節能效率提升。”Waymo在一篇博客文章中寫道。

目前，Waymo、Zoox，以及國內的蘿卜快跑、小馬智行等自動駕駛出租車多數局限于速度較慢、非高速公路區域，空氣動力學傳感器的應用效果相對有限。但在長途自動駕駛卡車的應用上更有效果。在長途卡車運輸中，即便是微小的阻力減少也能帶來更快的交付時間和更少的總體能耗，這反過來又能為自動駕駛汽車公司和它們最終服務的客戶降低成本。隨著時間的推移，能耗的減少還有助于進一步提高資源密集型電動車電池的利用率。