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无人驾驶汽车的眼神好不好,就靠它们了

2018-08-09 09:07:09  来源:auto.sohu.com  

无人驾驶汽车能不能正常运作,对周围环境的感知系统非常重要。

《汽车商业评论》记者 钱亚光

近日,百度创始人李彦宏对外宣布,百度与金龙汽车合作的全球首款L4级自动驾驶巴士阿波龙量产下线。

阿波龙没有方向盘,没有驾驶位,在无人驾驶的状态下,依靠车辆顶部和两侧安装的激光雷达侦测周边道路状况,从而实现自动驾驶。

看来,无人驾驶汽车能不能正常运作,眼神好不好很重要。而摄像头、毫米波雷达、激光雷达等传感器,以及各种高效导航系统,就是无人驾驶汽车的眼睛。

无人驾驶汽车的控制系统,通过感知模块感知传感器获取的环境数据,通过算法来进行物体识别和跟踪;最后再进行决策和控制车辆运作。

虽然目前汽车行业还处在辅助驾驶和半自动驾驶阶段,但摄像头、毫米波雷达、激光雷达等主流传感器已经进入快速成长期,预计全球传感器市场规模到2020年会达到1100亿元人民币,而相关软硬件整体市场规模将超过3600亿元人民币。

在前不久的首届中国无人驾驶产业化峰会上,来自无人驾驶感知领域的几位专家介绍了目前无人驾驶感知领域的进展,下面是他们发言的节录(根据录音整理,未经本人确认)。

MEMS激光雷达效果好,成本低

▲速腾聚创CEO 邱纯鑫

纵观自动驾驶的发展,不难看出感知系统的重要性。

1925年,美国就出现了一辆无人驾驶的汽车,它是用电磁传感的方式实现了自动驾驶功能。

从1925年到1998年,摄像头慢慢变成主流,成为主要的传感器,让自动驾驶汽车感知外面的环境。

2004年,第一届DARPA无人驾驶挑战赛,没有一辆车能完成赛程,后来大家进行总结时,发现参赛车辆都非常擅长感应障碍物,但是会被自己的影子吓到。阳光照在自己车上,在地上形成阴影,摄像头以为地上有障碍物,就不敢往前走了。

摄像头是一个极力模仿人类眼睛功能的设备,晚上人们比较讨厌开车的时候遇到别人开远光灯。摄像头也是一样,当对方有强光照射的时候,它就会短暂性的失明。

对于路面的斑驳点,摄像头也很难做特征的匹配,比如说特斯拉的车撞到货车的时候,就是认为货车的车身跟天空的颜色是一样的,很难抓取特征点。可见感知系统只靠摄像头局限性非常大。

在2005年有第二届挑战赛的时候,斯坦福大学的车上装了多个单线激光雷达。

激光雷达行业的鼻祖David Hall看到这些激光雷达时,突发奇想,能不能把这么多单线激光雷达集中在一起使用?

于是,他创造性地将纵向排列的射出 64 根激光的传感器不停地旋转测距,不仅能够得到周围360 度的实时距离信息, 2006年,他造出了现在无人驾驶汽车使用的多线激光雷达。

2007 年的 DARPA 挑战赛上,DavidHall 就不亲自参加比赛了,而是以雷达产品供应商的角色参与到比赛中来,帮助多支队伍参加比赛。

2017年,奥迪A8装上了激光雷达,这也是首个装进量产车的车规级的激光雷达。

激光雷达的出现促使了自动驾驶快速往前发展,激光雷达能够赋予无人驾驶汽车超越人类眼睛的环境感知能力。激光雷达能做远距离的感知,探测距离超过200米,而且它是主动光发射和接收,完全不会受天气的影响,更适合晚上出行。

与摄像头相比,激光雷达更多的是先定位、后识别,而摄像头是先识别、后定位。比如,在车后面贴个有人像的海报,摄像头有可能认为车内有一个人,但激光雷达一扫描就知道这不是一个人,因此激光雷达能够做到障碍物百分之百的感知。

由于激光雷达开始进入快速发展后,被发现能够做非常多的事情,比如它能够生成高精度的地图,可以做障碍物的识别,并且对车辆进行实时定位。

根据车企和Tier1的自动驾驶量产时间表,到2020年,主流的车企会开始推出L3级别以上的自动驾驶车辆。L3级别的自动驾驶车辆普遍需要用激光雷达。

车企对激光雷达提出了非常多的要求,希望这样的激光雷达是能够量产的,不要出现测试时都不够用的情况,而且它要低价,稳定性还要好。

在现有多线激光雷达的基础上进行改良,是可以推出这样的产品的,但多线激光雷达有非常多的发射器和接收器,一般来说16线激光雷达就会有16个发射器和16个接收器,改造工艺相对比较复杂,成本也不低。

因此,速腾聚创推出了具有革命性的MEMS激光雷达。这种激光雷达的优点是在于它不是采取发射器和接收器物理的叠加,只需要一个发射器和一个接收器,中间利用MEMS 两个维度的振动,来提升扫描的线数。

现在速腾聚创的MEMS激光雷达分辨率可以做到100线和200线,探测距离能够达到200米。这种激光雷达采用全固态设计,减少了旋转部件,零部件都变成了芯片,所以它可以做成车规的产品,量产性能非常强,成本可能会降到几百美元。

前段时间菜鸟的物流峰会上,速腾聚创跟他们一起发布了全球第一台配固态激光雷达的物流车。

组合导航定位更靠谱

▲戴世智能CEO 陆海峰

在无人驾驶的感知系统中,除了激光雷达、摄像头、毫米波雷达等等传感器之外,还有高精度的导航系统,学名应该是组合导航,包括卫星导航(GPS或RTK)和惯性导航。

惯性导航过去一直用于军用领域,比如航空航天及各种无人载具,当然这个行业是被各个国家的军工企业所控制的。

而军民两用的行业,包括自动驾驶新兴的市场、高精度地图生产和ADAS测试等等,主要被国外的一些高科技的军民两用企业所控制,他们的产品当然也比较昂贵,从20万到50万元人民币一套不等。

为什么这么昂贵呢?首先,军用产品用量不大,没有普及;其次,这种技术本身有一定的复杂性和门槛。在底层上是卫星导航(GPS或RTK)加上惯性导航,两者融合在一起组成了组合导航,最终它会和视觉、雷达这些近程的环境感知融合,组成完整的感知体系。

RTK(Real-Time Kinematic,载波相位差分)系统可以看做是一种高精度的、高级版本的GPS,或者差分级GPS,它通过一个已知站再修复一个未知站,同时RTK会和多星座、多频率结合,比如说既可以使用中国北斗系统,也可以使用美国系统,也可以使用俄罗斯系统,而美国系统会使用一到两个频率,进一步提高它的定位的准确性。

RTK系统随着半导体技术的发展,已经很成熟了,可以在空旷地区达到厘米级的定位精度,但缺点也很明显,和所有的GPS一样,它害怕遮挡。

这就是在用消费级卫星导航的时候,一进入隧道、高架或者在树荫下,定位就会非常不准确,而在城市楼宇很高的情况下,多路径效应也使定位误差在1米到10米以上的级别,而这对无人驾驶来说是不能忍受的。

这时就需要惯性定位进行补充了。惯性导航是纯自主的,完全基于牛顿力学,通过测量加速度与减速度来推测这个载具的运动与姿态,它最常用的地方就是在近程导弹和远程的飞行器,或者是潜艇上。

而将两者组合起来就产生了组合导航系统,戴世智能公司通过三年的开发,研制出满足车规要求的高精度、高性能组合导航系统,可以为车辆提供三方面的信息。

一是姿态信息,二是动力学信息,这两类信息用于动态控制,做底盘控制往往是需要这些传感器提供数据。

三是坐标信息,其准确影响着整个导航系统的精度,当然这个系统还需要和激光雷达、摄像头、毫米波雷达融合在一起,才能最终完成自动驾驶的操作。

通常大家来考验一个组合导航系统的时候,往往会让车进地库,或者进入遮挡,路段,进口产品目前达到的指标是丢失卫星后一分钟的误差在米级,包括1米到10米不等。

戴世智能系统在地库持续3分多钟的时间,记录的整个视频持续大约5分钟时间,导航系统绘制的路径非常连贯而平顺。

在RTK工作下,车辆还是会害怕接近楼宇或者接近隧道的工况,而最后通过融合算法,使整个过程非常平顺,这主要依靠底层的具有知识产权的算法与车辆动力学,结合自学习完成与传感器的融合。

毫米波雷达无惧雨、雪、雾

▲苏州豪米波CEO 毕欣

讲到辅助驾驶或者自动驾驶,毫米波雷达一定是一个必不可少的传感器。毫米波雷达的优势在哪里?

毫米波雷达的电磁波波长在4毫米-10毫米范围内,和视觉、激光雷达完全可以实现互补。激光雷达的优势在于它是一种全天时工作特性的传感器,在一些特殊的情况,激光雷达其实还会受一些影响。而毫米波雷达是全天候工作的传感器,不受雨、雪、雾这种恶劣天气影响。

毫米波雷达目前逐步向CMOS发展,成本和价格逐步降低,性能逐步提升。

目前虽然只有79GHz毫米波雷达,未来会有更高频段的120GHz甚至200GHz的毫米波雷达,可以更加精细化地呈现,最终和激光雷达、视觉实现完全互补,构成全天候、实时感知的可靠的感知系统和平台。

苏州豪米波公司最大的优势在于对车的理解,它不光提供传感器,还提供整套ADAS解决方案,甚至自动驾驶解决方案的方案公司。

苏州豪米波公司今年会推出毫米波雷达和摄像头融合的一体化产品,包括RCT和AEB的功能,毫米波雷达可跟踪到180米以上,摄像头的车道线可以追踪到100米。

未来,苏州豪米波公司还将推出面向L3、L2的量产ADAS系统,带控制、带系统解决功能的传感器以及四合一的BSD功能的毫米波雷达。

责任编辑:陈玲波
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