自從自動駕駛到來,人與車的關系發(fā)生了微妙的變化,從控制方向盤到放手,也僅僅過了半個世紀而已。2007 年 11 月 3 日,6 輛汽車成功地在模擬城市環(huán)境的測試場完成了自動駕駛測試,全程都沒有違反的交通法規(guī)。值得一提的是,這 6 輛車里,有 5 輛都搭載了新型激光雷達(LiDAR)傳感器。
根據(jù)法國市場調研機構Yole Developpement的預測,全球激光雷達市場應用規(guī)模將在2023年達到63億美元,而其中,包括ADAS及自動駕駛在內的市場規(guī)模將達到52億,成為激光雷達的核心目標市場。
成就自動駕駛的未來,激光雷達面臨技術變革的壓力
激光雷達作為高級別無人駕駛必須的核心部件,正愈來愈引起人們的注意。但是,汽車制造商要實現(xiàn)自動駕駛汽車的傳感器到云的愿景,至少要在三個方面取得突破。具體說來,自動駕駛技術必須:
在開放道路上比人類駕駛要可靠好幾倍;
小到足以集成到汽車設計中,從視野中消失;
成本只占目前的一小部分。
而推動激光雷達激光檢測系統(tǒng)的技術進步對克服上述三個障礙將大有裨益。這正是像谷歌以及ADI等這種具冒險精神的創(chuàng)新者所要做的,他們希望重大技術發(fā)現(xiàn)和有針對性的變革,加上關鍵領域的現(xiàn)有穩(wěn)定的核心競爭力,準備將激光雷達裝進汽車。此外,激光雷達系統(tǒng)還將賦能其他眾多領域中的自主機器,例如機器人、無人機送貨服務、貨船和聯(lián)合收割機,以及難以想象的帶精密姿勢識別的3D游戲和新用戶接口。
激光雷達是利用激光進行探測和測距技術的簡稱,除了需要激光發(fā)射器,這一系統(tǒng)還需要有一個高精度的接收器。由于能通過獨特的方法提供被探測物體的三維影像,所以激光雷達主要被用于測量與固定或移動物體間的距離。
與雷達和攝像頭一起,激光雷達完善了至關重要的汽車目標識別技術。激光檢測技術填補了雷達和攝像頭兩種技術之間的關鍵能力空白,這就是為什么大多數(shù)自動駕駛試點項目都使用激光雷達的原因。事實上,到2020年,激光雷達傳感器系統(tǒng)的市場規(guī)模預計將激增到9.443億美元,是2015年3.098億美元市場規(guī)模的三倍多,這在很大程度上要歸功于汽車行業(yè)。
像雷達一樣,激光雷達能在黑暗中和大多數(shù)天氣條件下工作。與攝像頭系統(tǒng)不同的是,掃描激光可以提供道路上物體尺寸和形狀的非常準確的圖像。然而,激光雷達系統(tǒng)目前價格昂貴、功耗高、產生的數(shù)據(jù)量大、體積大而且外形不美觀。所以目前道路上的大多數(shù)自動駕駛汽車都很容易被識別,因為車頂上安裝了笨拙的激光雷達系統(tǒng)。
目前許多汽車激光雷達的價格是汽車平均售價的兩倍多。此外,還有一個大問題是大多數(shù)激光雷達系統(tǒng)是為飛機上的自動駕駛系統(tǒng)和實驗項目而設計的,現(xiàn)在必須根據(jù)汽車行業(yè)的需求重新設計系統(tǒng)架構。
技術變革撐起自動駕駛的未來
作為傳統(tǒng)汽車電子技術方案提供商,近年來ADI公司一直在努力為汽車市場開發(fā)從傳感器到激光雷達的全面汽車電子系統(tǒng)。目標很簡單:制作激光雷達系統(tǒng),使其在攝像頭和雷達無能為力時能夠足夠好地檢測物體,同時尺寸足夠小,成本足夠低,適用于商用汽車。ADI公司目前正在開發(fā)原型,并設法進一步提高性能和減小尺寸。
而ADI 公司收購美國Vescent Photonics公司的固態(tài)激光波束轉向技術是該公司具有里程碑意義的事件,ADI加大純固態(tài)激光雷達技術投入,進一步增強集成激光雷達系統(tǒng)的性能,志在以系統(tǒng)級最優(yōu)的性能和最低的成本,促進激光雷達系統(tǒng)在自動駕駛中的普及應用,以更大范圍保障生命安全。
業(yè)界普遍認為,與傳統(tǒng)機械掃描技術的雷達相比,利用固態(tài)激光雷達有很多優(yōu)勢:
1)結構簡單、尺寸?。河捎诓恍枰D部件,可以大大壓縮雷達的結構和尺寸,提高使用壽命,并降低成本。
2)標定簡單:機械式激光雷達由于光學結構固定,適配不同車輛往往需要精密調節(jié)其位置和角度,固態(tài)激光雷達可以通過軟件進行調節(jié),大大降低了標定的難度。
3)掃描速度快:不用受制于機械旋轉的速度和精度,固態(tài)激光雷達掃描速度取決于所用材料的電子學特性,一般都可以達到MHz量級。
4)掃描精度高:固態(tài)激光雷達掃描精度取決于控制電信號的精度,可以達到千分之一度量級以上。
5)可控性好:固態(tài)激光雷達光束指向完全由電信號控制,在允許的角度范圍內可以做到任意指向,可以在重點區(qū)域進行高密度的掃描。
作為自主駕駛解決方案的關鍵支柱,ADI公司目前聚焦于固態(tài)激光雷達設計,其材料與計算機顯示器中掃描光線所用的材料相同,經濟有效的設計消除了常規(guī)產品中的活動部件,克服了當前成本高昂的問題,并提高了可靠性,同時在范圍、分辨率、幀速率和功耗等關鍵性能指標方面,也有一定的改善。
Radar+LiDAR+IMU——ADI未來自動駕駛的安全技術圖譜
ADI作為高速放大器和數(shù)據(jù)采集領域的全球領先企業(yè),而高性能放大器和數(shù)據(jù)采集對激光雷達而言是必不可少的關鍵技術,此外數(shù)字信號處理也很重要,它將激光雷達系統(tǒng)產生的數(shù)據(jù)洪流拼接成可理解的車身周圍世界三維視圖。這正是ADI公司50多年來不斷創(chuàng)新的領域。