《電子技術(shù)應(yīng)用》
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4D毫米波雷達(dá),能否成為自動(dòng)駕駛的破局者?

2022-12-29
作者:道總
來(lái)源:TechSugar

  今年,政策的推動(dòng)和新能源汽車的活躍,讓智能汽車市場(chǎng)規(guī)模及滲透率顯著提升。

  根據(jù)羅蘭貝格數(shù)據(jù)顯示,2020年我國(guó)L2及以上級(jí)別的ADAS系統(tǒng)滲透率僅為9%,今年一季度L2級(jí)自動(dòng)駕駛乘用車滲透率達(dá)23.2%,較2021年一季度7.5%大幅提升,預(yù)計(jì)到2025年,L2及以上級(jí)別的ADAS系統(tǒng)滲透率可達(dá)到40%。

  但是L2級(jí)別滲透率的提升似乎改變不了行業(yè)對(duì)L4級(jí)別自動(dòng)駕駛所持的悲觀情緒,Argo AI巨虧,Cruise發(fā)展緩慢,Waymo的估值從最高1750億美元下跌到了300億美元…L3、L4級(jí)別自動(dòng)駕駛遲遲無(wú)法落地讓自動(dòng)駕駛研發(fā)公司們普遍遭到了資本和市場(chǎng)的冷遇。而這其中最關(guān)鍵的一點(diǎn)原因就是感知系統(tǒng)的局限,無(wú)論是特斯拉的純視覺(jué)方案還是其他車企的多傳感器融合感知方案,都未見(jiàn)實(shí)質(zhì)性的突破。

  提升自動(dòng)駕駛的感知系統(tǒng),成了當(dāng)下車企及技術(shù)供應(yīng)商們首要解決的問(wèn)題。

  硬件堆疊的“無(wú)用功”

  市面上大多數(shù)車企及造車新勢(shì)力選擇的都是多傳感器融合感知方案,因?yàn)椴煌膫鞲衅鲹碛胁煌膬?yōu)劣勢(shì),所以多種傳感器同時(shí)作用、相互配合,共同對(duì)信息進(jìn)行獲取和分析,能夠彌補(bǔ)單一傳感器本身存在的缺陷。這就是感知融合,我們看到,即使是特斯拉,也開(kāi)始下場(chǎng)研制自己的毫米波雷達(dá),不再執(zhí)著于曾經(jīng)的純視覺(jué)方案。

  不過(guò),傳感器數(shù)量的增多似乎成了車企智能化宣傳的一個(gè)“噱頭”,這使得很多企業(yè)開(kāi)始堆疊硬件,以為這樣可以讓自動(dòng)駕駛“看”得更清。

  如理想L9,標(biāo)配旗艦級(jí)ADMax智能駕駛系統(tǒng)包括1顆前向128線激光雷達(dá)、6顆800萬(wàn)像素?cái)z像頭和5顆200萬(wàn)像素?cái)z像頭,以及1顆前向毫米波雷達(dá)和12顆超聲波傳感器,整車為25個(gè)視覺(jué)傳感器;蔚來(lái)汽車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中,優(yōu)先級(jí)最高的是激光雷達(dá)和11個(gè)攝像頭;在埃安L4測(cè)試車上,甚至出現(xiàn)了搭載6顆激光雷達(dá)的處理方案。

  高階自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)真能通過(guò)傳感器堆疊實(shí)現(xiàn)嗎?且不說(shuō)傳感器增多造成的整車能耗大幅上升,汽車的感知能力和智能化體驗(yàn)就提升了嗎?這顯然是一個(gè)誤區(qū)。

  以搭載三顆激光雷達(dá)的廣汽埃安AION LX Plus和搭載雙激光雷達(dá)的小鵬P5為例,盡管前者把智能化作為產(chǎn)品主打的一個(gè)賣點(diǎn),可在智能化配置(ADiGO 4.0智駕輔助系統(tǒng))上,依然停留在高速NDA增強(qiáng)版以及城市NDA功能內(nèi)。

  激光雷達(dá)是新能源汽車最熱門的配置之一,但不同的激光雷達(dá)自然也有性能的差異,其他傳感器也是如此。如今,車企不斷堆疊傳感器的數(shù)量來(lái)提升自動(dòng)駕駛的感知能力,這在硬件性能沒(méi)有改善或突破之前,可能只是增加了營(yíng)銷的噱頭,而且這種趨勢(shì)可能也會(huì)驅(qū)使激光雷達(dá)的生產(chǎn)商們更側(cè)重降低成本以提升銷售量,而非產(chǎn)品升級(jí)。

  堆疊硬件還存在一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題,即成本。激光雷達(dá)是目前應(yīng)用于車上的感知元件中造價(jià)最昂貴的,一顆高性能激光雷達(dá)的價(jià)格接近一萬(wàn)元,最便宜的也要三四千,雖然各大廠商都在試圖將激光雷達(dá)的價(jià)格進(jìn)一步降低,可業(yè)內(nèi)人士表示,激光雷達(dá)的降價(jià)仍未達(dá)預(yù)期。

  換句話說(shuō),如果安裝多個(gè)激光雷達(dá),那整車的價(jià)格必然大幅提升,這于產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力極為不利。

  感知系統(tǒng)升級(jí)建立于產(chǎn)品突破

  隨著自動(dòng)駕駛功能在汽車應(yīng)用的普及,汽車傳感器市場(chǎng)一直在保持快速增長(zhǎng),但既然盲目堆疊傳感器無(wú)法真正提升智能汽車的感知能力,那么產(chǎn)品自身的性能創(chuàng)新和升級(jí)就成為了唯一的突破口。尤其是當(dāng)前性價(jià)比高的產(chǎn)品及技術(shù)方案更受到主機(jī)廠的青睞,所以傳感器相關(guān)企業(yè)往往面臨兩個(gè)選擇,一個(gè)是在不增加成本的前提下提升性能,另一個(gè)是在保持性能的同時(shí)降低成本。

  這也是為什么行業(yè)內(nèi)開(kāi)始討論4D毫米波雷達(dá)能否成為激光雷達(dá)的“平替”。

  眼下4D毫米波雷達(dá)的賽道上,已經(jīng)開(kāi)始涌入越來(lái)越多的參與者,既包括大陸集團(tuán)、采埃孚、安波福、博世這樣的傳統(tǒng)國(guó)際巨頭,它們壟斷了中國(guó)80-90%的市場(chǎng),也有像復(fù)睿智行這樣的新入局者,期待通過(guò)自主研發(fā)推動(dòng)毫米波雷達(dá)的國(guó)產(chǎn)化替代升級(jí)。近日,復(fù)睿智行在上海舉行了一場(chǎng)產(chǎn)品發(fā)布會(huì),其自主研發(fā)的高性能4D毫米波雷達(dá)首次對(duì)外公布,這也是復(fù)睿智行感知解決方案的“殺手锏”。

  在產(chǎn)品層面,不同于市面上主流的3發(fā)4收雷達(dá),復(fù)睿智行研發(fā)的“哥倫布”是第一款使用4發(fā)4收解決方案的雷達(dá)。在探測(cè)能力和角分辨能力上,哥倫布雷達(dá)分兩個(gè)版本:前雷達(dá)和角雷達(dá),前者最大探測(cè)距離高達(dá)300米,是市場(chǎng)上非成像當(dāng)中能夠?qū)崿F(xiàn)的最大距離,水平角分辨率低至2.5°,垂直角精度±1.0°;后者探測(cè)距離超過(guò)200米,水平視場(chǎng)角達(dá)160°,水平角分辨率低至4.8°。

  從參數(shù)上看,哥倫布雷達(dá)的探測(cè)距離和探測(cè)能力得到了大幅度提升,可以對(duì)標(biāo)國(guó)際頭部廠商的最新一代產(chǎn)品。以川速微波推出的77GHz增強(qiáng)版AVP角雷達(dá)為例,集成角雷達(dá)模式和4D點(diǎn)云模式,水平角探測(cè)范圍±75°,俯仰角探測(cè)范圍±15°,最遠(yuǎn)探測(cè)距離為120米。

  另外,值得一提的是哥倫布雷達(dá)的俯仰探測(cè)能力,因?yàn)槭褂昧?層俯仰天線布局,俯仰探測(cè)性能兩倍于市場(chǎng)上主流的產(chǎn)品。

  不過(guò)一旦越來(lái)越多的4D毫米波雷達(dá)被安裝在車上,雷達(dá)相互干擾的缺點(diǎn)就暴露出來(lái)。為了解決這個(gè)問(wèn)題,復(fù)睿智行一面采用了芯片支持影片加速的抗干擾檢測(cè)技術(shù),另一面則通過(guò)算法去減少或者修正干擾帶來(lái)的影響,將智能抗干擾技術(shù)提高了3倍的穩(wěn)定性。

  當(dāng)前毫米波雷達(dá)的發(fā)展已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入國(guó)產(chǎn)替代的階段,較好的波形設(shè)計(jì)能力和天線設(shè)計(jì)能力只是一款4D毫米波雷達(dá)的基礎(chǔ),日漸激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)更加考驗(yàn)國(guó)內(nèi)廠商的自主研發(fā)能力。而哥倫布雷達(dá)全面的、綜合的性能提升,可以說(shuō)恰恰對(duì)外展示了復(fù)睿智行在自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)上的硬件研發(fā)能力。

  而且,復(fù)睿智行聚焦硬件單品,把產(chǎn)品性能做到極致,然后再造一個(gè)感知系統(tǒng),這與堆疊硬件的做法相反,為感知系統(tǒng)提升、獲取更多的數(shù)據(jù)提供了新的思路。

  當(dāng)然,4D毫米波雷達(dá)性能升級(jí),不是說(shuō)替代激光雷達(dá),而是為主機(jī)廠提供更具性價(jià)比的解決方案,減少他們對(duì)激光雷達(dá)在數(shù)量和質(zhì)量上的要求,滿足他們對(duì)降低成本的迫切需求。

  從成本來(lái)看,4D毫米波雷達(dá)的成本和傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)成本相近,約為激光雷達(dá)的1/10。目前,“視覺(jué)+毫米波雷達(dá)”的L2級(jí)視覺(jué)方案已能壓低到2000元/套,而一些L3級(jí)的視覺(jué)方案,如果不需要那么高線束的激光雷達(dá),使用高性能的毫米波雷達(dá),可以極大地降低整車的成本。

  據(jù)復(fù)睿智行CTO周軼所說(shuō),“結(jié)合算法,我們至少可以節(jié)約50%的量產(chǎn)成本,幫助主機(jī)廠用一個(gè)比較好的價(jià)格去實(shí)現(xiàn)L2+或L3、L4的量產(chǎn)工作”。

  軟硬件高度統(tǒng)一,為自動(dòng)駕駛搭建數(shù)字底座

  盡管4D毫米波雷達(dá)以及圍繞4D毫米波雷達(dá)形成的感知解決方案還沒(méi)有真正進(jìn)入落地,但憑借性價(jià)比的優(yōu)勢(shì),一旦有主機(jī)廠大規(guī)模搭載和使用4D毫米波雷達(dá),后邊的企業(yè)很可能就會(huì)迅速跟進(jìn)。

  不過(guò),自動(dòng)駕駛的感知系統(tǒng)固然是通過(guò)攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等硬件來(lái)承擔(dān)自動(dòng)駕駛汽車“看”的任務(wù),可這其中也存在“看不見(jiàn)”的軟件成本,比拼智能感知方案同樣也是在比拼軟件能力。就像特斯拉的純視覺(jué)方案之所以功能強(qiáng)大,在于不斷創(chuàng)新和升級(jí)的視覺(jué)算法。

  而目前來(lái)說(shuō),多融合感知方案在硬件方面的實(shí)現(xiàn)不算太困難,主要困難是沒(méi)有足夠優(yōu)化的融合算法。

  當(dāng)前,市場(chǎng)上主流的算法走的是后融合的技術(shù)路徑,在后融合架構(gòu)中,每個(gè)傳感器獨(dú)立地輸出探測(cè)數(shù)據(jù)信息,在所有的數(shù)據(jù)信息被處理后,再匯總最后的感知結(jié)果。舉個(gè)例子,不同傳感器進(jìn)行獨(dú)立感知,激光雷達(dá)看到的是一條柯基,毫米波雷達(dá)看到的是一條狗,而攝像頭看到的是一只小動(dòng)物,將這些信息匯總處理后,系統(tǒng)才做出綜合判斷。

  很顯然,不同傳感器的獨(dú)立運(yùn)作,是無(wú)法把不同傳感器優(yōu)劣互補(bǔ)的作用發(fā)揮出來(lái)的。比如攝像頭不擅長(zhǎng)判斷距離和位置,雷達(dá)不擅長(zhǎng)判斷顏色和紋理,系統(tǒng)需要對(duì)它們的信息進(jìn)行互相驗(yàn)證,才能達(dá)到更高的可信度。

  復(fù)睿智行提供的感知方案更傾向于前融合算法,即在原始數(shù)據(jù)層面把所有的傳感器信息進(jìn)行直接融合,根據(jù)融合后的信息實(shí)現(xiàn)感知功能。相比后融合算法,前融合算法可以大大提高檢測(cè)的高精度,避免對(duì)小目標(biāo)的錯(cuò)過(guò),但是它也對(duì)技術(shù)供應(yīng)商提出了更高的要求,比如算力,前融合技術(shù)需要直接處理原始數(shù)據(jù),會(huì)消耗大量算力,同時(shí)硬件性能越高,才能獲取更完善的原始數(shù)據(jù)。

  復(fù)睿智行自主研發(fā)的4D毫米波雷達(dá),各項(xiàng)性能可以對(duì)標(biāo)國(guó)際頭部廠商最新一代產(chǎn)品,處于全球領(lǐng)先地位,這為其打造更強(qiáng)大的前融合感知算法提供了領(lǐng)先的傳感器支持。再結(jié)合前融合算法,技術(shù)上可以說(shuō)能夠?qū)崿F(xiàn)全路況、全天候、全場(chǎng)景和全目標(biāo)的數(shù)據(jù)獲取和精準(zhǔn)感知。

  比如一些非常見(jiàn)目標(biāo),因?yàn)槿狈?shù)據(jù)樣本,很可能無(wú)法被感知,而復(fù)睿智行采用前融合算法,即使攝像頭不知道目標(biāo)是什么,毫米波雷達(dá)也知道它在哪里、以怎樣的速度在運(yùn)行,補(bǔ)充了目標(biāo)的信息。

  為了更好地落地融合感知系統(tǒng),復(fù)睿智行還研發(fā)了自己的域控制器,基于高算力SOC芯片,支持多路高清攝像頭、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)的接入,與其感知融合算法形成軟硬件的高度統(tǒng)一。因此,我們可以看出,復(fù)睿智行基于4D毫米波雷達(dá)、前融合算法和域控制器,打造的是一套高性能、綜合性、相對(duì)完整的感知系統(tǒng)。

  單車智能和車路協(xié)同,雙線并行

  高性能的硬件和優(yōu)化的融合算法結(jié)合,將進(jìn)一步提升自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)的信息獲取能力,使其看得更清楚,為控制決策提供更多的數(shù)據(jù)參考。但需要認(rèn)清的是,即使多傳感器融合感知方案具有較大的可行性,可很多視覺(jué)感知的局限性仍沒(méi)有解決方案。

  舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,無(wú)論是攝像頭還是雷達(dá),都是基于生物感官的產(chǎn)物,且都搭載在車端,這就必然會(huì)有“盲區(qū)”的存在,即便系統(tǒng)再智能,也僅能在視覺(jué)范圍內(nèi)做出快速精確的決策。再比如極端的雨雪天氣下,雨雪容易遮擋攝像頭或雷達(dá)設(shè)備,使它們無(wú)法正常工作,再完善的感知系統(tǒng)也無(wú)濟(jì)于事。

  所以說(shuō),視覺(jué)感知的局限,不是通過(guò)不斷提升單車智能化程度就可以解決,車路協(xié)同也因此作為自動(dòng)駕駛的另一條路徑而被不斷提起。

  其實(shí)單車智能和車路協(xié)同不是相互排斥的,車路協(xié)同理論上能夠彌補(bǔ)當(dāng)前單車智能不夠智能的缺陷,尤其是感知上,是目前突破視覺(jué)感知局限性所能想到的最可行方案。比如盲區(qū)的問(wèn)題,路側(cè)傳感器普遍位于高處,擁有比車載傳感器更開(kāi)闊的視野,感知范圍也更大,利用路側(cè)傳感器與自動(dòng)駕駛汽車的交互協(xié)同可有效避免視覺(jué)盲區(qū)。

  復(fù)睿智行在提供智能駕駛?cè)诤细兄桨傅耐瑫r(shí),也深入到車路協(xié)同,針對(duì)車聯(lián)自動(dòng)駕駛、智慧交管、全息路口、智慧停車、測(cè)試場(chǎng)等多元化場(chǎng)景定制了相應(yīng)的解決方案。

  比如智慧停車,目前主要是在智慧園區(qū)內(nèi),通過(guò)上線具有廠端增強(qiáng)感知能力的智慧停車場(chǎng),在廠端用感知能力提供整個(gè)廠端的路徑規(guī)劃、廠端停車位的引導(dǎo),包括一些目標(biāo)物的識(shí)別、盲區(qū)的警示、鬼探頭的警示等等,來(lái)輔助單車智能,提升自動(dòng)泊車的效率和安全性。

  針對(duì)車路協(xié)同,復(fù)睿智行在車、路兩端擁有的軟硬件自主研發(fā)能力,為其差異化解決方案提供了基礎(chǔ)。而除此之外,復(fù)睿智行的一大優(yōu)勢(shì)在于背靠復(fù)星集團(tuán),復(fù)星集團(tuán)的布局幾乎覆蓋一條完整的汽車產(chǎn)業(yè)鏈,上下游企業(yè)之間進(jìn)行聯(lián)動(dòng)和協(xié)同,可以幫助其加快技術(shù)方案的實(shí)踐與落地。

  更關(guān)鍵的是,發(fā)展車路協(xié)同的最大難點(diǎn)在于它不僅牽扯到諸多交通、法規(guī)、政策的要素,而且也需要各地政府部門、電信運(yùn)營(yíng)商、云服務(wù)供應(yīng)商等不同主體相互配合。復(fù)星集團(tuán)的背書,可以幫助復(fù)睿智行更好地對(duì)接政府部門,相互協(xié)助,共同推動(dòng)智慧城市的步伐。

  目前復(fù)睿智行在創(chuàng)立僅一年時(shí)間里,已先后攜手柳州、成都、武漢、南京、上海金橋等多地,開(kāi)啟交通智能網(wǎng)聯(lián)升級(jí)項(xiàng)目。

  未來(lái),自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)是單車智能與車路協(xié)同的深度融合,兩條技術(shù)路線并行,或許也能打開(kāi)自動(dòng)駕駛的新局面。

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