车载雷达,谁才是当之无愧的“汽车之眼”

来源:汽车之家 作者:佚名2017年03月02日 09:45
[导读] 要说如今的汽车圈最火热的话题是什么?自动驾驶站出来称第二,还真不见得有谁敢信誓旦旦自称第一。

要说如今的汽车圈最火热的话题是什么?自动驾驶站出来称第二,还真不见得有谁敢信誓旦旦自称第一。

无论传统车企研究的驾驶辅助系统ADAS(Advanced Driver Assistant System),还是由谷歌等互联网巨头期望分一杯羹的无人车领域,归根结底的原理都是差不多的。

自动驾驶就好比行人走路,我们先用眼睛观察确定路线,然后大脑再给我们下指令。对汽车而言,各种雷达、摄像头等传感器就是汽车的眼睛,电子线路就是中枢神经,芯片、算法等控制系统则是大脑,最终决定了汽车的前行方向与速度。而“眼睛”则起到了十分关键的作用:收集第一手数据以供分析判断。

在这些“眼睛”中,摄像头相对简单。它的优点很突出:精度高,距离远,直观方便;可是缺点也同样突出:受到天气的影响太大。倘若雾霾一来,或是阴雨绵绵,估计就只能两眼一抹黑了。

而车载雷达,则有着突出的特点和优势。他们比超声波探测器以及计算机视觉设备有着更高的实时性、精度和可靠性。其中,主要研究集中在毫米波雷达和激光雷达上。

▎毫米波雷达——风雨无阻的全天候服务

毫米波指波长介于1~10mm的电磁波,毫米波雷达则指工作在毫米波波段的雷达。毫米波的波长介于厘米波和光波之间,因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。使用在汽车上时其抗环境干扰能力强,可以满足车辆对全天气候的适应性的要求。并且毫米波本身的特性,决定了毫米波雷达传感器器件尺寸小、重量轻等特性,弥补了摄像头等传感器的缺点,使得其在车载应用方面有着很大的优势。

目前国内外主流汽车毫米波雷达频段为24GHz(用于短中距离雷达,15-30米)和77GHz(用于长距离雷达,100-200米)。这类应用在欧美日汽车已经普及化,目前这些地区几乎所有的汽车均开始配备汽车毫米波雷达传感器,其中包括汽车防撞雷达、汽车盲区检测雷达等。

普通雷达里最牛的可谓是毫米波雷达了,可是即便如此,却仍然存在着精度低、可见范围短的特点。而这两个缺陷放在自动驾驶中,却差之毫厘谬以千里,极易引起事故。因此在这样的背景下,升级版就应运而生——激光雷达。

▎激光雷达——精确无误的安全保护

激光雷达也叫Lidar,就是激光(Laser)与雷达(Radar)的集合。其实大家对它也不见得陌生,在很多无人驾驶汽车在道路上进行行驶实验时,车顶上都会架一个看上去和摄像头差不多,但是会一直在一定角度内旋转的“小罐子”,那通常就是激光雷达了。

激光雷达一般分为脉冲式和连续波式两种。脉冲式激光雷达利用时间间隔来计算相对车距;而连续波激光雷达则通过计算反射光与反射光之间的相位差得到目标距离。具体来说,激光雷达的技术点是:飞行时间(TOF,TIme of Flight)。当雷达发射激光以后,在遇到障碍物时会发生折返,返回的光束通过雷达内部接收器进行分析,最终通过折返时间和测量信号在处理器进行处理,从而生成精准的3D地图,对周围的环境特征进行再还原。

简单的举例来说,毫米波雷达可以发现路边障碍,但只能“看到”模糊形体,而厘米级精度的激光雷达则可以在极短时间内清楚区分出障碍是路肩还是斜坡,若自动驾驶汽车断定是斜坡后,就可以做出安全开上车道的决策。这种精度对上路行驶的全自动驾驶汽车而言,可以更加接近100%安全。

那么也许很多人会问,为什么我们不去大力发展全激光雷达呢?其实原因很简单,一个字,贵!比如谷歌所使用的是一款美国Velodyne公司出品的激光雷达,64线为8万美元、32 线为4万美元,要知道一辆Audi TT、BMW Z4的价格也才4万多美元,而这一个雷达甚至可以买下一台GTR(当然是在美国了),如果要量产使用,那成本究竟得多少呢?

因此激光雷达与毫米波雷达相比,二者有所长,也有所短。针对汽车上所使用的各类传感器,下面的表格给出了更加直观的比较:

▎车载雷达,未来路在何方?

不过千难万险,也抵挡不住劳动人民勤劳的双手和智慧的大脑。既然自动驾驶是大势所趋,而激光雷达作为“眼睛”这样一个核心的部件,降低成本势在必行。主要的一个解决技术是“固态化”。这个概念的解释可以借用机械硬盘与固态硬盘 SSD 的对比:机械硬盘内部机理是基于机械旋转来读写数据,体积大而笨重;而固态硬盘内部没有机械旋转部件,所以体积小稳定性高。所以“固态”激光雷达也可以理解为基于电子部件,无机械旋转部件的激光雷达。

成立于 2012 年的激光雷达初创企业 Quanergy 就是固态激光雷达的先驱者之一。该公司在16年初的CES消费电子展上发布了“世界第一款面向自动驾驶汽车的固态激光雷达”,未来计划将激光雷达产品的价格削减至250美元左右;来自以色列的Innoviz,计划今年内在原型样机上进行增强,而2018年有望开始生产专为自主驾驶车辆设计的100美元级的固态激光雷达,等等。

许多这样的激光雷达创业公司如雨后春笋般频频冒出,而这样的发展趋势在很长一段时间内都将存在,特别是市场对价格低廉、性能出色产品的需求不断增长,都将有利于加速激光雷达早日实现商业化量产的目标。未来的市场将会百花齐放,激光雷达与毫米波雷达之间以彼之长补己之短,更好的为行车安全保驾护航。

那么擦亮了“汽车之眼”后,自动驾驶离我们还有多远呢?也许很快就会有答案了。

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