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不知何時(shí)，自動(dòng)駕駛技術(shù)從電影中跳出來(lái)，直接被拉到人們視野中。不過(guò)，去年特斯拉卻因?yàn)閹灼鹱詣?dòng)駕駛事故，官網(wǎng)不得不把自動(dòng)駕駛字眼改為輔助駕駛。本期《汽車(chē)總動(dòng)員》討論的不是自動(dòng)駕駛，而是被稱(chēng)為自動(dòng)駕駛汽車(chē)“眼睛”的雷達(dá)。
目前主流的“眼睛”有四類(lèi)——毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、攝像頭。他們各自都有自己的特點(diǎn)，比如攝像頭的優(yōu)點(diǎn)就很突出：精度高，距離遠(yuǎn)，直觀方便；可是缺點(diǎn)也同樣突出：受到天氣的影響太大。倘若霧霾一來(lái)，或是陰雨綿綿，估計(jì)就只能兩眼一抹黑了。
然而它們?cè)砗同F(xiàn)狀都如何呢？
毫米波雷達(dá)
首先我們要明白啥是毫米波，毫米波實(shí)質(zhì)上就是電磁波。毫米波的頻段比較特殊，其頻率高于無(wú)線電，低于可見(jiàn)光和紅外線，頻率大致范圍是 10GHz—200GHz。這是一個(gè)非常適合車(chē)載領(lǐng)域的頻段。目前，比較常見(jiàn)的車(chē)載領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)頻段有三類(lèi)。
1，24—24.25GHz 這，目前大量應(yīng)用于汽車(chē)的盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、變道輔助。雷達(dá)安裝在車(chē)輛的后保險(xiǎn)杠內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛后方兩側(cè)的車(chē)道是否有車(chē)、可否進(jìn)行變道。這個(gè)頻段也有其缺點(diǎn)，首先是頻率比較低，另外就是帶寬（Bandwidth）比較窄，只有 250MHz。
2，77GHz，這個(gè)頻段的頻率比較高，國(guó)際上允許的帶寬高達(dá) 800MHz。據(jù)介紹，這個(gè)頻段的雷達(dá)性能要好于 24GHz 的雷達(dá)，所以主要用來(lái)裝配在車(chē)輛的前保險(xiǎn)杠上，探測(cè)與前車(chē)的距離以及前車(chē)的速度，實(shí)現(xiàn)的主要是緊急制動(dòng)、自動(dòng)跟車(chē)等主動(dòng)安全領(lǐng)域的功能。
3，79GHz—81GHz，這個(gè)頻段最大的特點(diǎn)就是其帶寬非常寬，要比 77GHz 的高出 3 倍以上，這也使其具備非常高的分辨率，可以達(dá)到 5cm。
原理：振蕩器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻率隨時(shí)間逐漸增加的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)遇到障礙物之后，會(huì)反彈回來(lái)，其時(shí)延是 2 倍距離 / 光速。返回來(lái)的波形和發(fā)出的波形之間有個(gè)頻率差，這個(gè)頻率差和時(shí)延是呈線性關(guān)系的：物體越遠(yuǎn)，返回的波收到的時(shí)間就越晚，那么它跟入射波的頻率差值就越大。
將這兩個(gè)頻率做一個(gè)減法，就可以得到二者頻率的差頻（差拍頻率），通過(guò)判斷差拍頻率的高低就可以判斷障礙物的距離。
根據(jù)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)調(diào)查，國(guó)內(nèi) 2014 年汽車(chē)毫米波雷達(dá)銷(xiāo)量約為 120 萬(wàn)顆，2015 年約為 180 萬(wàn)顆。主要應(yīng)用為盲點(diǎn)檢測(cè)和后方車(chē)輛提醒的中短距雷達(dá)（24Ghz），每車(chē)需要兩顆。
2015 年中國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售量為 2459.8 萬(wàn)輛，如果 2015-2020 年我國(guó)的乘用車(chē)復(fù)合增速為 4%，到 2020 年乘用車(chē)全年銷(xiāo)量將近約為 3000 萬(wàn)輛。到 2020 年，如果中國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售量中有 15%裝配汽車(chē)毫米波雷達(dá)的話，按每輛車(chē)裝配 2 個(gè)，預(yù)計(jì) 2020 年的毫米波雷達(dá)需求量近 900 萬(wàn)個(gè)，未來(lái)五年復(fù)合增速約為 50%。
目前中國(guó)市場(chǎng)中高端汽車(chē)裝配的毫米波雷達(dá)傳感器全部依賴(lài)進(jìn)口，市場(chǎng)被美、日、德企業(yè)壟斷，價(jià)格昂貴，自主可控迫在眉睫。國(guó)內(nèi)企業(yè)怎么破局？前不久的 IC CHINA 2017 上，與非網(wǎng)記者參加了一個(gè)加特蘭 77GHz CMOS 雷達(dá)芯片發(fā)布會(huì)，其產(chǎn)品是是全球首家采用 CMOS 工藝并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的 77GHz 雷達(dá)收發(fā)芯片，不由得讓人覺(jué)著歐美大廠壟斷的今天，也有國(guó)產(chǎn)企業(yè)開(kāi)始發(fā)出自己的聲音。
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激光雷達(dá)
激光雷達(dá)不是單純的指發(fā)射激光的探測(cè)器就是激光雷達(dá)，工作在紅外和可見(jiàn)光波段的，以激光為工作光束的雷達(dá)稱(chēng)為激光雷達(dá)。而激光雷達(dá)的工作原理是向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)(激光束),然后將接收到的從目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較,作適當(dāng)處理后,就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息,如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)。
從本質(zhì)上說(shuō)激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)都是利用回波成像來(lái)構(gòu)顯被探測(cè)物體的，就相當(dāng)于人類(lèi)用雙眼探知而蝙蝠是依靠超聲波探知的區(qū)別。但激光雷達(dá)會(huì)比較容易受到自然光或是熱輻射的影響，在自然光強(qiáng)烈或是輻射區(qū)域的時(shí)候，激光雷達(dá)將會(huì)被消弱很多而且激光雷達(dá)的造價(jià)成本高，對(duì)工藝水平要求也比較高。而毫米波雷達(dá)而言，雖然抗干擾能力較強(qiáng)，但是距離和精確度確實(shí)硬傷，而且在行車(chē)環(huán)境下，處于多重波段并存的環(huán)境下對(duì)毫米波的影響是極大的。毫米波對(duì)于較遠(yuǎn)處的探測(cè)能力也是極為有限的。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，激光雷達(dá)精度更高，但價(jià)格昂貴。
據(jù)國(guó)外調(diào)研機(jī)構(gòu)的分析預(yù)測(cè)，2015 年全球汽車(chē)激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模約為 6 千 2 百萬(wàn)美元，預(yù)計(jì) 2020 年全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 2.7 億美元左右。2016～2020 年將以 34%年復(fù)合成長(zhǎng)率增長(zhǎng)。
2016 年以來(lái)，看好激光雷達(dá)在無(wú)人駕駛汽車(chē)的應(yīng)用前景，促使許多公司包括創(chuàng)業(yè)公司都試圖挑戰(zhàn)激光雷達(dá)。國(guó)外領(lǐng)先公司有 Velodyne、Quanergy、LeddarTech、ConTInental 等，國(guó)內(nèi)有北科天繪、禾賽科技、思嵐科技、華達(dá)科捷、速騰聚創(chuàng)等，火爆的無(wú)人駕駛市場(chǎng)促使激光雷達(dá)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇。
業(yè)內(nèi)人士普遍預(yù)計(jì)，汽車(chē)激光雷達(dá)市場(chǎng)快速增長(zhǎng)將可能在 2018 年至 2019 年徹底到來(lái)。
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超聲波雷達(dá)
超聲波發(fā)射器向外面某一個(gè)方向發(fā)射出超聲波信號(hào)，在發(fā)射超聲波時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始進(jìn)行計(jì)時(shí)，超聲波通過(guò)空氣進(jìn)行傳播，傳播途中遇到障礙物就會(huì)立即返射傳播回來(lái)，超聲波接收器在收到反射波的時(shí)刻就立即停止計(jì)時(shí)。在空氣中超聲波的傳播速度是 340m/s，計(jì)時(shí)器通過(guò)記錄時(shí)間 t，就可以測(cè)算出從發(fā)射點(diǎn)到障礙物之間的距離長(zhǎng)度（s），即：s＝340t/2。
超聲波的能量消耗較緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)，測(cè)距的方法簡(jiǎn)單，成本低。
但是它在速度很高情況下測(cè)量距離有一定的局限性，這是因?yàn)槌暡ǖ膫鬏斔俣热菀资芴鞖馇闆r的影響，在不同的天氣情況下，超聲波的傳輸速度不同，而且傳播速度較慢，當(dāng)汽車(chē)高速行駛時(shí)，使用超聲波測(cè)距無(wú)法跟上汽車(chē)的車(chē)距實(shí)時(shí)變化，誤差較大。另一方面，超聲波散射角大，方向性較差，在測(cè)量較遠(yuǎn)距離的目標(biāo)時(shí)，其回波信號(hào)會(huì)比較的弱，影響測(cè)量精度。但是，在短距離測(cè)量中，超聲波測(cè)距傳感器具有非常大的優(yōu)勢(shì)。
目前來(lái)看，寶馬最新的 i 系列和 7 系列已經(jīng)支持使用車(chē)鑰匙遙控汽車(chē)自動(dòng)泊車(chē)，在操作過(guò)程中用戶(hù)只需要發(fā)出前進(jìn)或后退兩個(gè)指示，汽車(chē)就會(huì)持續(xù)使用超聲波傳感器檢測(cè)車(chē)位和障礙物，自動(dòng)操作方向盤(pán)和制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車(chē)。大眾第三代超聲波半自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)，泊車(chē)輔助系統(tǒng)通常使用 6-12 個(gè)超聲波雷達(dá)，車(chē)后部的 4 個(gè)短距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測(cè)倒車(chē)時(shí)與障礙物之間的距離，一側(cè)的長(zhǎng)距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測(cè)停車(chē)位空間。
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車(chē)載攝像頭
車(chē)載攝像頭是 ADAS 系統(tǒng)的主要視覺(jué)傳感器，借由鏡頭采集圖像后，有攝像頭內(nèi)的感光組件電路及控制組件對(duì)圖像進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化為電腦能處理的數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)感知車(chē)輛周邊的路況情況，實(shí)現(xiàn)前向碰撞預(yù)警，車(chē)道偏移報(bào)警和行人檢測(cè)等 ADAS 功能。
車(chē)載攝像頭的大致原理如下：1)圖像處理，將圖片轉(zhuǎn)換為二維數(shù)據(jù)；2)模式識(shí)別，通過(guò)圖像匹配進(jìn)行識(shí)別，如車(chē)輛、行人、車(chē)道線、交通標(biāo)志等；3)利用物體的運(yùn)動(dòng)模式，或雙目定位，估算目標(biāo)物體與本車(chē)的相對(duì)距離和相對(duì)速度。
硬件方面，車(chē)載攝像頭主要由 CMOS 鏡頭(包括 lens 和光感芯片等)，芯片，其他物料(內(nèi)存，sim 卡，外殼)組成，分為單目攝像頭、后視攝像頭、立體攝像頭和環(huán)視攝像頭，目前市場(chǎng)上主要是單目攝像頭為主。
軟件方面，以 mobileye 為例，主要體現(xiàn)在芯片的升級(jí)和處理平臺(tái)的升級(jí)，工作頻率從 122Mhz 提升到 332Mhz，訪問(wèn)方式的改變使速率提升一倍，圖像由 640*480 彩色像素提升為 2048*2048(Input)和 4096*2048(output)等。
除了極少數(shù)廠商具備垂直一體化的能力，絕大部分廠商都將業(yè)務(wù)集中于產(chǎn)業(yè)中的某個(gè)或者某幾個(gè)環(huán)節(jié)。
從市場(chǎng)集中度來(lái)看，光學(xué)鏡片主要是中國(guó)臺(tái)灣的廠商在主導(dǎo)，大陸廠商在紅外截止濾光片上有一定優(yōu)勢(shì)，圖像傳感器主要是歐美和韓國(guó)廠商為主，模組環(huán)節(jié)大陸、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、日本廠商份額居前，國(guó)內(nèi)廠商成長(zhǎng)迅速。光學(xué)鏡頭行業(yè)集中度很高，前五大廠商占據(jù)了 60%市場(chǎng)份額，舜宇光學(xué) 2015 年出貨量已占全球的 9.4%，成為全球第二。
單目攝像頭還是未來(lái)的主流，伴隨著 360 度全景停車(chē)和環(huán)視系統(tǒng)的發(fā)展，未來(lái)單輛車(chē)載攝像頭預(yù)期達(dá)到 6 個(gè)以上，其中 1 個(gè)前視，1 個(gè)后視和 4 個(gè)環(huán)視。根據(jù) MRRSE 報(bào)告，2014-2020 全球車(chē)載攝像頭的出貨量將會(huì)以 11.3%年復(fù)合率增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 2020 年，全球車(chē)載攝像頭銷(xiāo)售將達(dá)到 8300 萬(wàn)只。
未來(lái)五年內(nèi)，雙目攝像頭的產(chǎn)品化，小型化的問(wèn)題有可能逐漸突破，例如特拉斯的雙目，三目的計(jì)劃。
圖形信息處理的芯片，算法的進(jìn)步，算法主要基于深度學(xué)習(xí)的角度，芯片的發(fā)展主要體現(xiàn)在 mobileye 的 EyeQ 產(chǎn)品的升級(jí)，期待 EyeQ5 的研發(fā)與投入生產(chǎn)。
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