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車載雷達:誰是當之無愧的“汽車之眼”

2017-06-22
關(guān)鍵詞: 車載雷達 汽車之眼

  要說如今的汽車圈最火熱的話題是什么?自動駕駛站出來稱第二,還真不見得有誰敢信誓旦旦自稱第一。

  無論傳統(tǒng)車企研究的駕駛輔助系統(tǒng)ADAS(Advanced Driver Assistant System),還是由谷歌等互聯(lián)網(wǎng)巨頭期望分一杯羹的無人車領(lǐng)域,歸根結(jié)底的原理都是差不多的。

  自動駕駛就好比行人走路,我們先用眼睛觀察確定路線,然后大腦再給我們下指令。對汽車而言,各種雷達、攝像頭等傳感器就是汽車的眼睛,電子線路就是中樞神經(jīng),芯片、算法等控制系統(tǒng)則是大腦,最終決定了汽車的前行方向與速度。而“眼睛”則起到了十分關(guān)鍵的作用:收集第一手數(shù)據(jù)以供分析判斷。

  在這些“眼睛”中,攝像頭相對簡單。它的優(yōu)點很突出:精度高,距離遠,直觀方便;可是缺點也同樣突出:受到天氣的影響太大。倘若霧霾一來,或是陰雨綿綿,估計就只能兩眼一抹黑了。

  而車載雷達,則有著突出的特點和優(yōu)勢。他們比超聲波探測器以及計算機視覺設(shè)備有著更高的實時性、精度和可靠性。其中,主要研究集中在毫米波雷達和激光雷達上。

  ▎毫米波雷達——風雨無阻的全天候服務(wù)

  毫米波指波長介于1~10mm的電磁波,毫米波雷達則指工作在毫米波波段的雷達。毫米波的波長介于厘米波和光波之間,因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優(yōu)點。使用在汽車上時其抗環(huán)境干擾能力強,可以滿足車輛對全天氣候的適應(yīng)性的要求。并且毫米波本身的特性,決定了毫米波雷達傳感器器件尺寸小、重量輕等特性,彌補了攝像頭等傳感器的缺點,使得其在車載應(yīng)用方面有著很大的優(yōu)勢。

  目前國內(nèi)外主流汽車毫米波雷達頻段為24GHz(用于短中距離雷達,15-30米)和77GHz(用于長距離雷達,100-200米)。這類應(yīng)用在歐美日汽車已經(jīng)普及化,目前這些地區(qū)幾乎所有的汽車均開始配備汽車毫米波雷達傳感器,其中包括汽車防撞雷達、汽車盲區(qū)檢測雷達等。

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  普通雷達里最牛的可謂是毫米波雷達了,可是即便如此,卻仍然存在著精度低、可見范圍短的特點。而這兩個缺陷放在自動駕駛中,卻差之毫厘謬以千里,極易引起事故。因此在這樣的背景下,升級版就應(yīng)運而生——激光雷達。

  ▎激光雷達——精確無誤的安全保護

  激光雷達也叫Lidar,就是激光(Laser)與雷達(Radar)的集合。其實大家對它也不見得陌生,在很多無人駕駛汽車在道路上進行行駛實驗時,車頂上都會架一個看上去和攝像頭差不多,但是會一直在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)的“小罐子”,那通常就是激光雷達了。

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  激光雷達一般分為脈沖式和連續(xù)波式兩種。脈沖式激光雷達利用時間間隔來計算相對車距;而連續(xù)波激光雷達則通過計算反射光與反射光之間的相位差得到目標距離。具體來說,激光雷達的技術(shù)點是:飛行時間(TOF,Time of Flight)。當雷達發(fā)射激光以后,在遇到障礙物時會發(fā)生折返,返回的光束通過雷達內(nèi)部接收器進行分析,最終通過折返時間和測量信號在處理器進行處理,從而生成精準的3D地圖,對周圍的環(huán)境特征進行再還原。

  簡單的舉例來說,毫米波雷達可以發(fā)現(xiàn)路邊障礙,但只能“看到”模糊形體,而厘米級精度的激光雷達則可以在極短時間內(nèi)清楚區(qū)分出障礙是路肩還是斜坡,若自動駕駛汽車斷定是斜坡后,就可以做出安全開上車道的決策。這種精度對上路行駛的全自動駕駛汽車而言,可以更加接近100%安全。

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  那么也許很多人會問,為什么我們不去大力發(fā)展全激光雷達呢?其實原因很簡單,一個字,貴!比如谷歌所使用的是一款美國Velodyne公司出品的激光雷達,64線為8萬美元、32 線為4萬美元,要知道一輛Audi TT、BMW Z4的價格也才4萬多美元,而這一個雷達甚至可以買下一臺GTR(當然是在美國了),如果要量產(chǎn)使用,那成本究竟得多少呢?

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  因此激光雷達與毫米波雷達相比,二者有所長,也有所短。針對汽車上所使用的各類傳感器,下面的表格給出了更加直觀的比較:

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  ▎車載雷達,未來路在何方?

  不過千難萬險,也抵擋不住勞動人民勤勞的雙手和智慧的大腦。既然自動駕駛是大勢所趨,而激光雷達作為“眼睛”這樣一個核心的部件,降低成本勢在必行。主要的一個解決技術(shù)是“固態(tài)化”。這個概念的解釋可以借用機械硬盤與固態(tài)硬盤 SSD 的對比:機械硬盤內(nèi)部機理是基于機械旋轉(zhuǎn)來讀寫數(shù)據(jù),體積大而笨重;而固態(tài)硬盤內(nèi)部沒有機械旋轉(zhuǎn)部件,所以體積小穩(wěn)定性高。所以“固態(tài)”激光雷達也可以理解為基于電子部件,無機械旋轉(zhuǎn)部件的激光雷達。

  成立于 2012 年的激光雷達初創(chuàng)企業(yè) Quanergy 就是固態(tài)激光雷達的先驅(qū)者之一。該公司在16年初的CES消費電子展上發(fā)布了“世界第一款面向自動駕駛汽車的固態(tài)激光雷達”,未來計劃將激光雷達產(chǎn)品的價格削減至250美元左右;來自以色列的Innoviz,計劃今年內(nèi)在原型樣機上進行增強,而2018年有望開始生產(chǎn)專為自主駕駛車輛設(shè)計的100美元級的固態(tài)激光雷達,等等。

  許多這樣的激光雷達創(chuàng)業(yè)公司如雨后春筍般頻頻冒出,而這樣的發(fā)展趨勢在很長一段時間內(nèi)都將存在,特別是市場對價格低廉、性能出色產(chǎn)品的需求不斷增長,都將有利于加速激光雷達早日實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)的目標。未來的市場將會百花齊放,激光雷達與毫米波雷達之間以彼之長補己之短,更好的為行車安全保駕護航。

  那么擦亮了“汽車之眼”后,自動駕駛離我們還有多遠呢?也許很快就會有答案了。


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