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从新能源汽车火热看自动驾驶发展,主流的激光雷达如何设计更轻松?

21克888 来源: 综合报道 2022-05-17 17:29 次阅读

3月底,国内新势力蔚来新车型ET7迎来正式交付,引起汽车圈广泛热议。作为蔚来旗下首款中大型轿车,其配备了高精度激光雷达在NAD自动驾驶技术下实现了“点到点自动驾驶体验”。事实上,从去年的小鹏P5到如今的蔚来ET7,以及即将面世的理想L9等数款新能源中高端车型,都不约而同的选择了激光雷达为其自动驾驶提供关键感知支撑。从概念到大规模落地,激光雷达在2022终于迎来上车前装量产元年。


当前,我国自动驾驶行业在政策、技术、市场需求以及资本等多方因素推动下发展快速。多传感器融合由于可让感知结果变得更加稳定可靠,逐渐成为自动驾驶的主流。而激光雷达(LiDAR)正是其中不可或缺的一员,其主要通过发射光波让车辆实现对路况的实时主动探测。数据显示,到2025年全球激光雷达在下游配套汽车量产领域空间有望达108.0亿美元。目前,包括ADI在内的半导体企业、单车智能公司和互联网/科技公司等玩家都致力于开发更加精准、功耗低、尺寸小,且更加经济高效的LiDAR传感器。

找准四大显性参数是实施LiDAR设计的关键

作为自动驾驶感知层解决方案两大流派之一,激光雷达系解决方案以激光雷达为核心,配合摄像头、毫米波雷达、超声波传感器等元件达到感知目的。 其工作原理是感知层通过激光雷达不断向外发射激光束,并接收物体反射回的光脉冲,根据已知光速计算出两者信号之间的时间差、相位差等来确定车与物体之间的相对距离,再通过水平旋转扫描或相控扫描测量物体的角度,获取不同俯仰角度的信号获得高度信息。感知到与物体之间的距离、角度等信息后,进而通过软件算法做3D建模,分析激光信号描绘三维点云图,实现环境实时感知及避障功能。


由于激光雷达实现功能过程中所需元器件可选种类较多且存在原理差异,故分类方式较多。无论如何划分,包含测远能力、点频、角分辨率、视场角范围、测距精准度、功耗、集成度(体积及重量)等是直观反应激光雷达不同方面性能的主要显性参数。

•点频:激光雷达每秒完成探测获得的探测点的数目。点频越高说明相同时间内的探测点数越多,对目标物探测和识别越有利;

•角分辨率:激光雷达相邻两个探测点之间的角度间隔,分为水平角度分辨率与垂直角度分辨率。相邻探测点之间角度间隔越小,对目标物的细节分辨能力越强,越有利于进行目标识别;

•视场角范围:激光雷达探测覆盖的角度范围,分为水平视场角范围与垂直视场角范围。视场角越大说明激光雷达对空间的角度覆盖范围越广;

•测距精准度:包括激光雷达对同一距离下的物体多次测量所得数据之间的一致程度、测距值和真实值之间的一致程度。精准度越高表示测量的误差越小,对物体形状和位置的描述越准确,对目标物探测越有利;

此外,集成度直观体现为产品的体积和重量。在探测性能类似的情况下,集成度越高搭载于车辆或服务机器人时灵活性更高。功耗则反应了激光雷达系统工作状态下所消耗的电功率,功耗越低说明系统的能量利用率越高,同时散热负担也更小。

借力高度可配置评估系统和平台加快LiDAR面世

ADI公司在真正非机械式且经济高效的LiDAR技术上进行了大量投资,以促进汽车LiDAR系统的采纳成为主流,并使汽车供应商和OEM能够在客车中部署基于LiDAR的ADAS和自动驾驶应用。当前,ADI公司拥有丰富的高性能信号链和电源管理元件,可用于构建几乎任何LiDAR系统。这些产品适用于脉冲或FMCW/连续波系统,以及构建在900 nm至1500 nm波长范围内的系统。

△ EVAL-ADAL6110-16 LiDAR评估模块


比如,ADI合作开发的16通道、完整纯闪光式LiDAR评估系统以ADI的ADAL6110-16为核心,是一款低功率、16通道的集成式LiDAR信号处理器(LSP)。该器件为相关的照明区域提供时序控制和对接收的波形采样的时序,且能对获取的波形实施数字化。ADAL6110-16集成了高灵敏度的模拟元件,可以帮助降低本底噪声,使系统能够捕获能量很低的回波信号。相对于采用类似信号链的分立式元件方案,使用集成信号链可以减小LIDAR系统设计的尺寸大小、重量和功耗。此外,该系统通过USB线缆供电,功率不超过2.5W。

△AD-FMCLIDAR1-EBZ LiDAR开发解决方案系统架构


此外,ADI还提供用于LiDAR原型制作的模块化硬件平台。公司新型AD-FMCLIDAR1-EBZ是与FMC兼容的模块化硬件平台,用于LIDAR原型制作。它具有灵活性,可以简化LIDAR开发的复杂性,满足个性化设计需求并缩短上市时间,并降低 LiDAR 开发的复杂性。同时,ADI还拥有开源LIDAR原型制作平台,通过软件参考设计和开源软件堆栈提供价值,令客户能够轻松将ADI LiDAR产品系列、软件模块和HDL IP集成到其产品和IC中,从而缩短上市时间。

值得一提的是,随着基于多传感器的融合感知越来越走向自动驾驶的主流,ADI在传感器方面亦提供了相关硬件和解决方案。比如在RADAR方面,ADI推出了创新型高度集成式28nm CMOS RADAR,可超快速线性调频以支持很高的模糊速度区间,低相位噪声特性允许在较大物体存在时仍能看到较小的目标物;在导航感知系统领域,ADI惯性导航MEMS方案使用ADIS16495 6自由度惯性测量单元,可根据现场信息以及车辆自主信息来确定车辆本身的行驶轨迹。

当前汽车行业已于百年变革节点起步,制造技术变革叠加5G逐步应用,助力行业由电动化开始迈入智能化、网联化新时代。同时,各主要经济体均对自动驾驶提出明确规划,汽车领域提升自动驾驶等级需求迫切。作为交通运输市场与汽车系统技术领域的高质量检测系统先驱之一,ADI公司凭借全方位的360°方法和创新的传感器融合概念,旨在为具有出色性能和保真度的先进感知和导航检测系统提供行业领先的整体解决方案,以实现下一代高级驾驶员辅助系统(ADAS)和自动驾驶应用。

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