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聊聊自动驾驶中的雷达家族:超声波、激光、毫米波

智能网联汽车网  · 公众号  ·  · 2023-07-16 00:00

正文

来源:AI让生活更美好


随着技术研发的快速推进,以自动驾驶为核心的汽车产业新合作体系也在搭建之中。举例来说,百度于2017年推出了全球首个自动驾驶开放平台Apollo。官方资料显示,作为国内最早布局自动驾驶的企业,百度拥有业内领先的技术及成熟的自动驾驶解决方案,截至目前测试总里程超过3600万公里。


《中国制造2025》提出,到2025年建立完善的智能网联汽车自主研发体系、生产配套及产业群。在技术、政策、市场等多重动力的共同推动下,自动驾驶技术不仅将持续重塑汽车行业的面貌,也将引领交通建设、能源系统、城市形态等的深度变革。


目前,应用于汽车自动驾驶的雷达主要有三种:超声波雷达、激光雷达和毫米波雷达。后两种雷达技术虽然属于后起之秀,但在最近几年,它们在自动驾驶中发挥的作用日益凸显。



01、超声波雷达:技术成熟,成本之选


自动驾驶中,超声波雷达是必不可少的四大传感器之一,特别适合应用于自动泊车场景,以及在驾驶过程当中的短距离感测,而这些应用是自动驾驶最先落地的应用场景,也是刚需,特别是自动泊车,所以今天就来聊一下超声波雷达。


首先来说一下什么是超声波,超声波虽然也有频率,也有波长,但不同于我们熟悉的应用于通信领域的电磁波。超声波是声波,是机械波,要传播必须要有传播介质,不能在真空当中传播,超声波的传播速度跟声波一样,在空气中都是大约340M/S,频率一般高于20KHz,在空气当中的波长一般短于2厘米,因为频率超出了人耳朵的听觉范围,所以被称为超声。而超声波应用于测距和定位的原理,就是蝙蝠在夜间飞行的原理,蝙蝠以脉冲的形式发出超声波,通过接收反射的回波进行回声定位,这种回波定位的基本原理,不管是激光、毫米波、超声波都适用,一般都是统称为雷达。


关于超声波雷达应用于车的历史,国内普遍说法是,上个世纪60年代,托尼.海斯在进行超声波应用于盲人引导设备的研究的时候发现,超声波技术很适合应用于汽车倒车辅助功能,但当他信心满满的把这个发明和技术向英国捷豹的高管推销的时候,缺遭到了思维定式的捷豹高管不屑一顾,他认为司机已经有了两只眼睛来判断距离,正常人不需要雷达,于是这个项目不了了之。现在来看,这应该是一个思维定式的一个最最典型的案例,超声波雷达几乎成了所有汽车的标配,捷豹高管们以老司机的心态误判了未来新司机的新需求,比如自动泊车功能,比如车辆行驶过程当中的横向距离感测,这也是超声波在高级驾驶辅助ADAS的最典型应用。

自动泊车系统一般配置有12个超声波雷达,包括8个安装于汽车前后的UPA超声波雷达,和4个安装于汽车两侧的APA超声波雷达。UPA超声波雷达Utrasonic Parking Assistant,频率较高58KHz,精度高,感测距离较短,APA超声波雷达Automatic Parking Assistant,频率较低 40KHz,精度一般,但感测距离较长,一般能够超过3米。所以以自动泊车的过程为例,就是汽车在低速巡航的时候使用超声波感知周围的环境,寻找空车位并且自动泊入车位的过程,另外横向感测的应用主要用于车辆行驶过程当中,提醒司机平行车道当中的车辆的距离。

02、激光雷达:自动驾驶不可或缺

激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)通俗来讲,激光雷达被比喻为自动驾驶车辆的“眼睛”,这个比喻蛮形象的解释了激光雷达起到的作用——看。激光雷达作为三维传感器,是车辆“大脑中枢”做出判断前期的基础数据来源之一,车辆大脑将数据转换为有用信息,再发出行为指令。

因此,激光雷达也是实现自动驾驶落地“最后一公里“中极为重要的一环,它是自动驾驶的必备组件,决定着自动驾驶行业的进化水平。然而在该领域,国货几乎没有话语权。目前能上路的自动驾驶汽车中,凡涉及激光雷达者,使用的几乎都是美国Velodyne的产品,其激光雷达产品是行业标配,占八成以上市场份额。

激光雷达在乘用车上的应用正如同过山车一般发生着变化。汽车激光雷达目前主要用于辅助自动驾驶系统,能够协助汽车认知路面自然环境,自主整体规划行驶路线。同样,激光雷达通过从激光器中以每秒数百万的速度发送光脉冲,这些光脉冲从物体上反射回来,并被传感器接收,车载计算机以此创建车辆周围环境的3D地图。激光雷达可应用于ADAS系统,例如自适应巡航控制(ACC)、前车碰撞警示(FCW)及自动紧急制动(AEB)等。


虽然目前自动驾驶技术还不成熟,但运用激光雷达却成为了一种在汽车制造中逐渐普及的方式。在理想状态下,想要真正实现自动驾驶,最终每辆车都将配置多个激光雷达传感器。


而我国智能网联电动车领域的激光雷达“上车潮”,推动智能网联汽车的跨越式发展,看似反映出我国在该领域迈出了一大步,其背后隐藏着一个大大的危机,那便是激光雷达产品的“卡脖子”问题。 如果把激光雷达理解称为一个传感器装置,那它无疑是智能汽车上最贵的一个了,我国由于起步晚、技术不成熟等因素限制,以2021年单颗采购价格为例,最低也需要一万元人民币。

03、毫米波雷达:向77-79GHz迈进

车载毫米波雷达主要有24ghz与77-79ghz两种,后者相比前者,测距更长,可达精度更高,因此也被认为是毫米波雷达的未来。然而,由于涉及军工方面,国外“大厂”的元器件、测试设备等,都对中国实行禁售,核心技术的自主突破十分缓慢,涉及到adas系统(高级驾驶辅助系统)的自适应巡航、自动紧急刹车等功能,只能使用进口方案。随着自动驾驶在市场上的逐渐推进,毫米波雷达市场也迎来了春天。

首先我们要明白啥是毫米波,毫米波实质上就是电磁波。毫米波的频段比较特殊,其频率高于无线电,低于可见光和红外线,频率大致范围是10GHz—200GHz。这是一个非常适合车载领域的频段。
目前,比较常见的车载领域的毫米波雷达频段有三类。

(1)24—24.25GHz这,目前大量应用于汽车的盲点监测、变道辅助。雷达安装在车辆的后保险杠内,用于监测车辆后方两侧的车道是否有车、可否进行变道。这个频段也有其缺点,首先是频率 比较低,另外就是带宽(Bandwidth)比较窄,只有250MHz。


(2)77GHz,这个频段的频率比较高,国际上允许的带宽高达800MHz。据介绍,这个频段的雷达性能要好于24GHz的雷达,所以主要用来装配在车辆的前保险杠上,探测与前车的距离以及前车的速度,实现的主要是紧急制动、自动跟车等主动安全领域的功能。

(3)79GHz—81GHz,这个频段最大的特点就是其带宽非常宽,要比77GHz的高出3倍以上,这也使其具备非常高的分辨率,可以达到5cm。


毫米波雷达特点

精准度高,抗干扰能力强 探测距离远 ,呈广角探测 ,探测范围广,作用时速可达到120码以上,全天候工作,雨雪雾霾沙尘暴等恶劣天气,均能开启正常使用。穿透能力强,安装也可以完全隐蔽,不影响车辆整体外观。因此毫米波雷达技术更适用于汽车防撞领域。



激光雷达和毫米波雷达区别







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