先進的駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛技(jì )術在很(hěn)大程度上依賴于傳感器，包括激光雷達、常規雷達和攝像頭。最近，随着越來越多(duō)的汽車(chē)配備先進的傳感器系統，這些技(jì )術領域都取得了重大進展。
激光雷達傳感器及解決方案
在開發ADAS和自動駕駛技(jì )術方面，激光雷達變得至關重要，因為(wèi)它可(kě)以創建周圍環境的3D地圖，能(néng)夠檢測周圍物(wù)體(tǐ)的空間位置甚至速度。
Counterpoint技(jì )術市場研究報告《2019-2030年全球自動駕駛乘用(yòng)車(chē)市場》預測：到2025年，全球生産(chǎn)的新(xīn)車(chē)中(zhōng)将有(yǒu)10%能(néng)夠實現L3級自動駕駛。L4級自動駕駛車(chē)将最先進入美國(guó)和歐洲等發達國(guó)家，盡管這些地區(qū)的L3級車(chē)比例更高(需獲得監管許可(kě))。
Counterpoint認為(wèi)，激光雷達在L3及L3級以上車(chē)市中(zhōng)具(jù)有(yǒu)巨大的發展潛力，并将在2030年前同時進入大衆市場。該機構還表示，激光雷達領域有(yǒu)望以65.9%的年複合增長(cháng)率增長(cháng)，到2030年，出貨量将超過1億台，市場規模将達到150億美元。
激光雷達的主要發展趨勢之一是4D激光雷達。除了3D定位外，4D激光雷達還能(néng)利用(yòng)反射激光，測量汽車(chē)到其它物(wù)體(tǐ)的距離，并将瞬時速度繪制成第四維度。這樣就能(néng)讓系統更詳細地了解周圍環境以及環境内物(wù)體(tǐ)的運動，這是車(chē)輛和機器人等自主設備做出精(jīng)确決策的關鍵因素。
Aeva股份有(yǒu)限公(gōng)司是一家專門生産(chǎn)4D激光雷達傳感器的公(gōng)司，該公(gōng)司最近發布了下一代4D激光雷達傳感器産(chǎn)品(見圖1)。這款最新(xīn)的Aeries II 4D激光雷達傳感器，采用(yòng)頻率調制連續波(FMCW)技(jì )術，可(kě)以直接識别每個點的即時速度和精(jīng)确3D位置，實現了突破性的檢測和感知力。
FMCW技(jì )術本質(zhì)上不受陽光直射、其他(tā)激光雷達傳感器和反光鏡重影的幹擾。與傳統的飛行時間3D激光雷達傳感器相比，由于利用(yòng)了額外維度的速度數據，這些傳感器具(jù)有(yǒu)明顯的優勢，包括：
功能(néng)範圍更大：能(néng)夠檢測、分(fēn)類和跟蹤汽車(chē)、自行車(chē)和行人等動态變化目标
超高分(fēn)辨率：實時相機級别的圖像，分(fēn)辨率比傳統飛行時間激光雷達傳感器高20倍
小(xiǎo)物(wù)體(tǐ)檢測：能(néng)夠通過更加可(kě)靠地檢測道路上的小(xiǎo)物(wù)體(tǐ)來發現道路危險，檢測距離可(kě)達傳統激光雷達傳感器的兩倍
定位與導航：無需像IMU或帶4D定位的GPS這類額外的傳感器，就能(néng)提供精(jīng)确定位和導航，能(néng)以六個自由度實時估計車(chē)輛運動
Aeries II是市場上第一個采用(yòng)片上激光雷達技(jì )術的傳感器，在一個小(xiǎo)型矽光子模塊中(zhōng)，集成了所有(yǒu)重要的傳感器組件，包括發射器、接收器和光學(xué)器件。得益于高集成度和無光纖技(jì )術，整個制造過程實現了高度自動化。
激光雷達技(jì )術的另一個主要趨勢是，在硬件傳感器中(zhōng)添加了人工(gōng)智能(néng)算法，充分(fēn)發揮軟件組件的靈活性，進而增強系統的性能(néng)并拓寬應用(yòng)範圍。
AEye股份有(yǒu)限公(gōng)司開發出了一款4Sight智能(néng)傳感平台。這是一種軟件定義的激光雷達解決方案，可(kě)利用(yòng)人工(gōng)智能(néng)，實現可(kě)以挽救生命的動态運輸和移動應用(yòng)。傳統的被動激光雷達系統無法考慮不斷變化的條件或平衡競争性優先級，而AEye的這種自适應激光雷達則不同，該雷達提供了高性能(néng)、軟件可(kě)定義的解決方案，通過适當的裁剪，可(kě)以滿足任何自主應用(yòng)的各種性能(néng)和功能(néng)需求。4Sight系統非常靈活，可(kě)以适應各種市場、應用(yòng)、用(yòng)例、設置和天氣條件。
大陸集團(Continental AG)基于AEye的4Sight智能(néng)傳感平台所構建的HRL131，有(yǒu)望成為(wèi)業内首個進入汽車(chē)市場且批量生産(chǎn)的高分(fēn)辨率、固态、遠(yuǎn)程激光雷達傳感器。HRL131是大陸集團用(yòng)于L2至L4級自動檔和自動駕駛應用(yòng)的全棧汽車(chē)級系統的重要組成部分(fēn)，它進一步完善了該公(gōng)司包括雷達、攝像頭和超聲波技(jì )術在内的傳感器套件。HRL131的掃描模式配置示例如圖2所示。
雷達成像
利用(yòng)無線(xiàn)電(diàn)波探測和定位環境中(zhōng)物(wù)體(tǐ)的常規雷達，通常與包括相機和激光雷達在内的其他(tā)傳感器一起，組成一個整體(tǐ)感知系統。目前常規雷達發展的趨勢之一，是進一步提高分(fēn)辨率和覆蓋範圍。這一點很(hěn)重要，因為(wèi)這樣可(kě)以更詳細地繪制環境地圖，為(wèi)ADAS和自動駕駛系統提供更精(jīng)确的信息。
以色列Arbe公(gōng)司最近推出了Lynx，一款用(yòng)于自動駕駛汽車(chē)的、具(jù)有(yǒu)革命性的360°雷達。之前，360°跟蹤往往依賴于成像。而Arbe開發的這項技(jì )術，聲稱是業界第一個利用(yòng)一套雷達即可(kě)實現對車(chē)輛整體(tǐ)環境進行人工(gōng)智能(néng)分(fēn)析的系統。
雷達在自動駕駛中(zhōng)至關重要，因為(wèi)它可(kě)以識别、分(fēn)類和監視物(wù)體(tǐ)。通過實時獲取和處理(lǐ)數據，可(kě)以創建車(chē)輛周圍自由空間的完整地圖，并提供潛在的危險分(fēn)析。這一功能(néng)是由雷達的“重疊”實現的，它支持從一個單元到下個單元平滑地跟蹤感興趣的物(wù)體(tǐ)，同時使用(yòng)兩種獨立的感知算法驗證它們的位置。因此，有(yǒu)些場景能(néng)夠得到更好的處理(lǐ)，例如在擁堵的城市交通中(zhōng)行駛、安(ān)全地并入高速公(gōng)路、以及留意空車(chē)道以備潛在的應急等。
與激光雷達的發展一樣，還有(yǒu)一種趨勢是，提供在單個芯片上高度集成的雷達解決方案。恩智浦半導體(tǐ)的新(xīn)型SAF85xx就是這樣的例子，它是業界首個專為(wèi)下一代ADAS和自動駕駛系統設計的28nm RFCMOS雷達單片IC系列産(chǎn)品。
這種單芯片系列産(chǎn)品，将高性能(néng)雷達檢測和處理(lǐ)技(jì )術整合在一顆器件中(zhōng)，為(wèi)一級供應商(shāng)和OEM廠商(shāng)提供了新(xīn)的靈活性，可(kě)以解決短、中(zhōng)、遠(yuǎn)程雷達應用(yòng)，滿足當前和未來日益具(jù)有(yǒu)挑戰性的新(xīn)車(chē)評估計劃(NCAP)的安(ān)全需求(見圖3)。
SAF85xx集成了一個雷達收發器，工(gōng)作(zuò)頻率覆蓋整個汽車(chē)雷達頻段的76GHz至81GHz，并帶有(yǒu)基于Arm Cortex A53和M7内核的雷達微處理(lǐ)器以及SRAM。與上一代芯片相比，單芯片系列産(chǎn)品具(jù)有(yǒu)兩倍的射頻性能(néng)，并将雷達信号處理(lǐ)速度提高了40%，實現了角部雷達和前部雷達的4D檢測。因此SAF85xx非常适合安(ān)全關鍵型ADAS應用(yòng)，如自動緊急制動、自适應巡航控制、盲點監測、交叉路口交通提醒和自動泊車(chē)。
攝像頭
攝像頭通過提供周圍環境的視覺信息，來檢測車(chē)道标線(xiàn)、紅綠燈和其他(tā)車(chē)輛，因而成為(wèi)ADAS和自動駕駛的重要組成部分(fēn)。
除了分(fēn)辨率越來越高外，攝像頭發展的另一主要趨勢是集成不同類型的傳感器，也稱為(wèi)傳感器融合。一個關鍵的發展領域是，在高不确定性或噪聲較強的場景中(zhōng)集成傳感器系統，包括激光雷達、常規雷達和攝像頭。
通過整合來自多(duō)個傳感器的數據，傳感器融合可(kě)實現對環境的更全面了解。傳感器融合對于ADAS和自動駕駛來說至關重要，因為(wèi)它能(néng)夠更準确地反映周圍環境，從而使車(chē)輛做出更明智的決策。