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車載雷達:誰是當之無愧的「汽車之眼」

車載雷達:誰是當之無愧的「汽車之眼」

要說如今的汽車圈最火熱的話題是什麼?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。

無論傳統車企研究的駕駛輔助系統ADAS(Advanced Driver Assistant System),還是由谷歌等互聯網巨頭期望分一杯羹的無人車領域,歸根結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,然後大腦再給我們下指令。對汽車而言,各種雷達、攝像頭等感測器就是汽車的眼睛,電子線路就是中樞神經,晶元、演算法等控制系統則是大腦,最終決定了汽車的前行方向與速度。而「眼睛」則起到了十分關鍵的作用:收集第一手數據以供分析判斷。

在這些「眼睛」中,攝像頭相對簡單。它的優點很突出: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勢。他們比超聲波探測器以及計算機視覺設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

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

目前國內外主流汽車毫米波雷達頻段為24GHz(用於短中距離雷達,15-30米)和77GHz(用於長距離雷達,100-200米)。這類應用在歐美日汽車已經普及化,目前這些地區幾乎所有的汽車均開始配備汽車毫米波雷達感測器,其中包括汽車防撞雷達、汽車盲區檢測雷達等。

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、可見範圍短的特點。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旋轉的「小罐子」,那通常就是激光雷達了。

激光雷達一般分為脈衝式和連續波式兩種。脈衝式激光雷達利用時間間隔來計算相對車距;而連續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,激光雷達的技術點是:飛行時間(TOF,Time of Flight)。當雷達發射激光以後,在遇到障礙物時會發生折返,返回的光束通過雷達內部接收器進行分析,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,對周圍的環境特徵進行再還原。

簡單的舉例來說,毫米波雷達可以發現路邊障礙,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清楚區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。

那麼也許很多人會問,為什麼我們不去大力發展全激光雷達呢?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台GTR(當然是在美國了),如果要量產使用,那成本究竟得多少呢?

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感測器,下面的表格給出了更加直觀的比較:

▎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是「固態化」。這個概念的解釋可以借用機械硬碟與固態硬碟 SSD 的對比:機械硬碟內部機理是基於機械旋轉來讀寫數據,體積大而笨重;而固態硬碟內部沒有機械旋轉部件,所以體積小穩定性高。所以「固態」激光雷達也可以理解為基於電子部件,無機械旋轉部件的激光雷達。

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

許多這樣的激光雷達創業公司如雨後春筍般頻頻冒出,而這樣的發展趨勢在很長一段時間內都將存在,特別是市場對價格低廉、性能出色產品的需求不斷增長,都將有利於加速激光雷達早日實現商業化量產的目標。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。

那麼擦亮了「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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