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自动驾驶:激光雷达的替代者来了

  • 来源:互联网
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  • 2022-05-11
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撰文 / 钱亚光

编辑 / 孟 为

设计 / 赵昊然

尽管受到了新冠疫情、自然灾害、地缘政治等诸多不确定性的影响,但全球半导体产业在2021年还是迎来了新一轮高增长。

据IC Insights发布的报告显示,全球半导体收入在2021年的经济反弹中增长了25%,预计2022年将继续增长11%并达到创纪录的6806亿美元。

在恩智浦公布的截至2021年12月31日的第四季度和全年财报中,2021年的全年营收再创新高,达到110.6亿美元,同比增长28%。其中汽车业务全年营收达54.93亿美元,占总营收比重近50%。

当前,中国的自动驾驶渗透率和商业化步伐正在加速,一方面L2+级别的自动驾驶规模量产不断猛增,并逐步向L3级过渡,另一方面高级自动驾驶的商业化应用也正在干线物流、港口、矿山等特定场合逐步展开。

雷达传感器是自动驾驶感知层的重要组成部分,其分辨率、探测精度、安全性和可靠性将对智能交通的发展和自动驾驶的商业化进程起到举足轻重的作用。

根据市场调研报告,全球汽车雷达市场取得了非常迅速且强劲的增长,2021年的数据显示,全球汽车雷达市场已经达到16亿美元的规模,同比增长37%。从2021-2024年,预计还会实现18%的年复合增长率,到2024年汽车雷达市场规模将达到27亿美元。

根据高工智能汽车研究院监测数据显示,2021年中国市场(不含进出口)乘用车新车前装标配L2级ADAS上险量为395.62万辆,同比增长77.65%。2021年中国市场乘用车(不含进出口)前装标配搭载毫米波雷达的上险量超过1360万颗,同比增长约42.5%。

有机构预测,我国车载毫米波雷达市场预计未来3-5年将保持40%左右的速度增长,2023年国内车载毫米波雷达市场规模可突破200亿元。

4D成像雷达的优势

在汽车向更高级别智能化演进过程中,传统的毫米波雷达已无法满足需求,其感知信息中,只有距离和方位,缺少高度参数,且无法形成高密度点云成像,导致道路目标识别困难。

而具备高密度点云成像能力的激光雷达虽然可以解决传统毫米波雷达的痛点问题,但激光雷达上车的成本高昂,且存在无法全天候工作的天然缺陷,于是,4D成像雷达获得了行业的关注。

4D成像雷达提供了Range(距离)、Velocity (速度)、Azimuth (水平角度)、Elevation (俯仰角度)四个维度的直接和独立探测能力,可以进行高分辨率方位角检测,精确侦测物体高度,并可实现对物体的分类。

成像雷达扩展了雷达的功能,通过基于密集点云的前融合,除了检测大型目标之外,还通过高分辨率点云来感测汽车周围环境,快速准确地描绘出前方的景象,从而增强环境测绘和场景感知能力,大幅提升智能驾驶系统的安全性和舒适性。

通过多普勒效应,成像雷达可以直接进行高精度测速;4D成像雷达波长更长,穿云透雾甚至穿雨效果更好,也不受光线的影响,还能和其他传感器形成很好的互补;另外,4D雷达成本仅为激光雷达的1/10,具有普及推广的成本优势。据行业预测,至2023年,4D成像毫米波雷达的搭载量或突破100万颗。

不过,4D成像毫米波雷达目前还处于起步阶段,未来若要实现对激光雷达的完全替代,解决自动驾驶成本高、量产难的问题,仍需不断进行技术迭代。

毫米波雷达的现状和趋势

据恩智浦全球副总裁,ADAS产品线总经理Steffen Spannagel表示,恩智浦在汽车雷达领域已经深耕二十多年时间,共推出了五代汽车雷达芯片,现在正在努力研发第六代。目前恩智浦在汽车雷达领域居于领先地位。

目前雷达市场上,毫米波雷达技术从SiGe(锗硅)转型到RFCMOS(射频互补金属氧化半导体),并可将仿真模拟和数字功能集成到同一芯片上,体积更小、功耗更低、带宽更高、分辨率更好、探测距离更远,安放位置更灵活;而77 GHz毫米波雷达检测精度更高、体积更小巧、探测距离更远,正在逐步取代24GHz传感器。

根据Yole Développement统计数据,包括恩智浦、英飞凌在内的芯片公司占据了毫米波雷达芯片大部分市场份额,全球前20大车企采用了恩智浦技术。而在77GHz细分市场上,恩智浦市占率超过60%,是第一家将77GHz RFCMOS雷达技术广泛运用于大批量生产的公司,显著降低了功耗,也降低了成本。

今年CES上,恩智浦宣布,业界首款专用16nm成像雷达处理器S32R45成像雷达芯片量产,2022年上半年开始首次用于客户量产,目前,包括大中华区在内的客户已经在进行样片评估和系统开发。另外,恩智浦还推出了新的雷达处理器S32R41,可将4D成像雷达的优势延伸到更多的汽车。

除了恩智浦,TI推出了AWR2944车载毫米波雷达传感器;英飞凌也宣布与美国傲酷合作,推出的RXS816xPL系列芯片;英特尔旗下的Mobileye也开始研发成像雷达芯片;大陆集团推出了ARS540成像雷达;华为发布了采用12T24R超大天线列阵的4D成像雷达;采埃孚的4D成像雷达在飞凡汽车实现了首发;博世展出了4D毫米波成像雷达;安霸在收购成像雷达方案提供商傲酷后,也计划进入成像雷达领域。

此外,国际上已经涌现出一批专注于4D成像毫米波雷达方案的创新公司,如Arbe、Vayyar、Unhder、MetaWave、EchoDyne、Ainstein等,已经形成了较强的技术积累。

恩智浦 S32R45 和 S32R41 雷达处理器结合恩智浦TEF82xx RFCMOS 收发器,利用创新架构,可实现192个虚拟天线通道,来提高原始传感器硬件的性能;它们还采用专有雷达硬件加速器实现64倍标准处理器的计算性能,应用超分辨率雷达软件算法实现小于1度的角度分辨率,同时应用高级MIMO波形设计支持多个天线通道同时工作,从而实现雷达传感器性能的提升。

恩智浦的成像雷达率先提供了短距、中距、长距三合一的并发多模雷达感测,可实现对汽车周围宽广视场的同时感测。既可以做近距离的环境测绘,也支持中距离感知环境当中的汽车以及感知150米以外的自行车或摩托车,还可以远距离感知300米以外别的车辆落下的货物。产品线在多方“组合”之下,实现360度环绕感知,可满足L2+级至L5级的自动驾驶需求。

另外,基于分享关键技术的平台,恩智浦可以提供可扩展的产品组合,包括先进的77GHz RFCMOS性能,有非常出色的雷达硬件架构来加速,还有领先的专有软件雷达算法,通过恩智浦的高端雷达软件开发工具(Premium Radar SDK)来推向市场。

Steffen Spannagel在接受采访时表示,因为市场有很多细分,而且自动驾驶级别也不同,恩智浦认为摄像头和雷达会共存,因为它们的优缺点互补性非常强,成像雷达的解决方案有很大的可能性降低或取代激光雷达的使用。

成像雷达在中国的实践

经过数十年的积淀,恩智浦在中国已经拥有完整的“端到端”研发体系,具备从研发、封测、技术到销售等完整的运营链路。恩智浦在加快本土化战略,积极推进与在华产业链上下游千余家企业深度合作的同时,加速向AI、智能汽车领域渗透,融入中国产业链供应链的转型升级。

恩智浦全球市场与销售副总裁,大中华区汽车电子总经理刘芳表示:在中国的自动驾驶市场上,恩智浦不仅始终坚持对毫米波雷达、辅助驾驶和自动驾驶的技术发展进行投资,积极配合国内产业链主流化、高速成长的节奏,而且还一直致力于与产业链中的合作伙伴进行技术和市场化的合作,从各个层面向各个参与方提供了非常多技术支持。

比如南京隼眼科技采用多片级联恩智浦前端解决方案的隼眼5H(全息感知、超高智能、超精、超分辨和超距离)交通雷达,具备超过1500米的检测能力,角精度优于0.1度,角分辨率优于0.6度,可以同时覆盖10-14个车道,指标数据业内领先。

得益于恩智浦S32R45芯片,华域4D成像雷达LRR40最多可以输出3072点4D点云和128个跟踪目标,具备高度探测、高度灵敏、高分辨率、高性价比和抗干扰能力强的特点。

基于恩智浦的S32R45芯片和软件平台,升科开发的高性能成像雷达,靠角分辨率的提升,侦测距离大于300米、输出数据速率达到20FPS,并使雷达每秒能提供8万个点云,创造目前出业内最好的增加分辨率指标。

从恩智浦的实践可以看出,成像雷达已经成为毫米波雷达的发展方向,技术也在逐步走向成熟。在新产品导入时,恩智浦会和合作伙伴一起,将成熟的应用作为参考设计,为技术设计服务、为商业模式配套;当产品进入成熟期,恩智浦会完全开放技术能力平台,让其他企业基于恩智浦开放的基础技术做更加多的创新性开发。

本文由汽车商业评论出品

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  • 编辑:郭晓刚
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