如今无人驾驶技术已经相当成熟,就目前的技术水平来看,如果将大城市复杂的交通状况转变为实验室特定的模式,场景中有统一的制式车辆和遵守规则的行人正常通行,那么,不用方向盘,全自动行驶的汽车就可以在当下的社会中出现。
现在的问题是,汽车如何能够很好地适应复杂的交通环境,如何能够像人类的眼睛和大脑一样灵活。问题的关键在于需要各种传感器的合作,这些传感器最终将监测数据传送给高精度的处理器,识别道路、标志和行人,并作出诸如加速、转向、刹车等决策。
三种常应用于汽车环境感应的智能传感器介绍
就智能感知识别而言,车载光学系统和车载雷达系统是确保车辆行驶安全最重要的两个部分,目前,主要用于环境感知的传感器有激光雷达(LiDAR)、毫米波雷达(millimeterwave)和视觉传感器三种。
通过扫描被物体反射的激光,激光雷达能够测量物体的距离,从而生成高精度的3D环境地图,因此,它在ADAS(先进驾驶辅助系统)和无人驾驶系统中发挥着重要作用。就目前的车载激光雷达而言,机械式多线束激光雷达是主流,但受价格高等因素制约,目前还未得到广泛应用。
毫米波雷达(millimeterwave)指的是30300GHz频域(110mm波长)的电磁波,毫米波的波长介于厘米波和光波之间,所以毫米波兼具微波和光电制导的优点。毫米波导引头与厘米波导引头相比,具有体积小、质量轻、空间分辨率高等优点。毫米波导引头能够穿透雾、烟、灰尘,与红外、激光、电视等光学导引头相比,具有全天候(大雨天除外)全天时特性,可以与激光雷达作用互补。此外,毫米波导引头还具有较好的抗干扰和反隐身性能。
其缺点是毫米波雷达由于波长的原因,探测距离非常有限,而且不能对行人进行探测,而激光雷达能精确模拟周围的所有障碍物。为克服各方面的缺点,汽车制造商必然会把这些传感器结合起来。
现在看来,毫米波雷达也是智能汽车ADAS系统的标配传感器,根据现在的主流分类,它可以分为24GHz和77GHz两种。考虑到它的特点,一般情况下,周围车辆检测用的是24Ghz,前面车辆检测用的是77GHz。考虑到中国实际国情和芯片研发进度等行业特点,24GHz毫米波雷达在未来3年内仍有一定的市场空间。放眼全球,我国77GHz毫米波雷达的大规模应用将会略微落后。
因为ADAS系统的功能,往往是通过传感器+处理器的方式捆绑销售,国产毫米波雷达系统的芯片、算法还主要依靠进口,成本很高。加速研制77GHZ国产化的毫米波雷达芯片和尽快在车载上应用,将是我国汽车毫米波雷达行业的发展机遇。同济大学汽车学院教授白杰认为,相对于激烈的照相机竞争,毫米波雷达更具创新精神,潜在市场更广阔,机会更多。
ADAS将照相机用作视觉传感器,因为照相机的分辨率比其他传感器高,能够获得足够多的环境细节,帮助车辆进行环境认知,而其他传感器不能提供的功能是,车载照相机能够描绘物体的外观和形状,读取标志等等。以降低成本的观点来看,照相机是识别传感器的有力替代品之一,在一切清楚的情况下,照相机当然是最佳选择,但受环境因素和诸如隧道内光线不足、天气因素造成视野缩小等外部因素影响较大。
获取图象信息的重要工具,部分类似路标识别,车道线感应等功能由摄像机智能实现。现在的照相机应用主要有:单目照相机、后视镜、立体或称双眼照相机、环视照相机,根据2015年全球新增的汽车数量超过8000万辆,单车照相机6-8个,未来总体需求将达到6亿个,相当于千亿市场空间。
ADAS的技术路线中视觉算法是必不可少的,毫米波雷达等主动传感器对算法的依赖性较小,算法比较简单,照相机等被动传感器对算法的依赖性较大,一般由第三方企业单独提供。例如Mobileye视觉算法企业。
自然地,要提高环境感知的精度,通常需要多种传感器的组合,最终才能提供稳定持久的解决方案。目前比较典型的是毫米波雷达、激光雷达和车载照相机,其它超声技术和红外技术以及这些技术在算法上的融合将给传感器行业带来巨大的市场。但毫无疑问,在汽车实现全面智能化的这几年,传感器产业链应该是最先受益的。