智能化传感器的技术发展

作者:Sven Prawitz(编译自德文Automobil Industrie) 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2019-01-04
自动驾驶的汽车应非常准确和可靠地了解其周围的环境情况。当前,自动驾驶车辆所需的传感器技术已经取得了很大的进步,但是大批量生产的一些具体技术细节尚需等待。

ZF公司在2018年CES国际消费电子展上展示了这样一辆汽车:展厅中静止不动的汽车利用另一辆汽车提供的传感器数据来行驶。AI人工智能计算机对采集到的传感器数据进行分析评判,转化为车辆行驶的实际运动。为了生成数据,测试车辆配备了摄像头、激光雷达和雷达传感器等测试设备。据ZF公司介绍,这些检测设备会产生大量的数据。

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多种多样的传感器使自动驾驶成为可能

必要的合作

前置摄像头依赖良好的照明条件,在直射光、地平线较低位置的初升太阳、光照强度差异很大的区域、隧道入口和出口等环境下,仍然会导致信息丢失。为了解决这一问题,Bosch公司正在与索尼半导体技术公司合作,共同寻找解决问题的办法。两家企业希望一起开发一种摄像技术,保障汽车在照明条件不好的环境中,仍然能够可靠地捕捉周围环境信息。

Hella Aglaia公司、LG电子技术公司和NXP公司已经达成合作伙伴关系的协议。他们的目标是创建基于摄像技术、OEM汽车生产厂家能够方便集成到电子系统构架中的驾驶辅助系统平台。未来的一个特殊挑战将会是:用一个中央处理器来处理两、三个前置摄像头的数据。大量的数据处理需要很高的计算能力来完成数据分析处理和对象分类。

Renesas公司今年在CES展示了一款林肯MKZ改装车,该车共安装了9台物体识别摄像机。这家半导体专业公司将图像处理器做出了SoC片上系统,并将其与神经网络硬件加速器相互结合起来。这种深度学习的网络应有助于快速分析数据,尽可能地实时分析数据,并且非常节约能源。

ADAS全球中心的高级首席工程师Uwe Westmeyer先生认为:“第四级和第五级自动化驾驶的车辆对神经网络提出的需求日益增长,它们被认为最有希望实现自动化驾驶。但不相信计算机技术的算法语言已经做好了准备,计算机算法语言的效果还需要在实际应用中加以验证。”

神经网络的帮助

所谓的深度学习可以在传统的图像处理中使用。它承担着诸如图像分割、重新映射(例如SLAM=同步定位和映射)、数据析取或者行车策略的任务。

大陆公司也在自己的摄像平台MFC 500中采用神经网络技术,最重要的是近来在物体分类技术方面有了重大的进展。该公司在展会上展示的软件不仅可以识别人类,而且还可以解释人的运动模式。这对于评估行人是否注意到正在接近的汽车或者正在躲避汽车等运动模式有着非常重要的意义。

总而言之,摄像技术在市场中有了长足的发展。数字汽车发展协会DAT的一份调查报告表明:目前德国所有的汽车中只有大约9%安装了前置摄像头。

激光雷达(探测和测距)技术还远远不够成熟,尽管机器人领域中激光雷达技术已经应用了许多年。新型奥迪A8是首批在量产的车辆中使用Valeo激光传感器的车型,激光传感器的光源是一个激光二极管;激光波长约为1000 nm,因此在红外光谱的范围内。激光射束在750 r/min的旋转镜片折射下发生偏转。

为了使整个激光雷达传感器系统更加坚固,未来的传感器应能够在没有机械运动零部件的情况下进行探测。这就要让激光雷达传感器系统使用所谓的微电机系统MEMS。第一种固体系统将于明年上市。在未来的1~3年时间里,将会有更多的激光雷达传感器上市。大陆公司视2020年系列化生产的技术开发情况,开始大批量地生产市场所需的激光雷达传感器。

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传感器准确采集车辆周围的环境信息

广泛地合作

关于传感器,当前还有大量的研发工作要做。初创公司也正在积极寻求现在的电子产品生产厂的支持。ZF公司就与Ibeo公司展开了合作,从2014年起Leddartech公司也一直与Valeo公司进行合作,并向OSram公司、Aptiv公司和Mageti Marelli公司等企业投入了研发资金。

戴姆勒公司、Aptiv公司和三星公司也都是Quanergy公司的投资人。企业希望雷达传感器的价格能够降低到每件250美元。德国的初创公司Blickfeld公司也成功地在资本市场中筹集到了资金。传统的雷达传感器技术则非常成熟并在汽车领域中得到广泛应用。不过,目前的雷达传感器技术也在悄无声息地发生改变。雷达传感器的带宽从目前的24 GHz改为了77 GHz,而且必须最迟于2022年前完成。因为24 GHz的频率在天文学和卫星服务中有着广泛的应用。

据欧盟委员会介绍:只有当使用这一频率的车辆百分比小于7%时,才不会对其他业务领域产生干扰。77 GHz频率的技术优势在于传感器的体积更小、空间分辨率更好。但相互干扰的问题并没有在全球范围内得到解决:公路上的许多汽车使用的仍然是雷达传感器,并且在各个车辆之间相互干扰、相互影响。现代77  GHz雷达传感器系统的波长为3.9 mm。与激光雷达相比,这一波长相对较大,并且会导致物体轮廓模糊不清,无法辨认。但是雷达传感器系统的优点是对天气影响不敏感,并且与阳光无关。

大陆公司计划推出第五代雷达。最高级的雷达系统能够达到300 m的探测范围。由于传感器中定义了接口及模块化的硬件和软件,因此有时也可以作为标准的独立产品或者纯雷达探头来使用,无须自我检查、配置。传感器对数据质量和可靠性有很高的要求。汽车经销商Lyft公司在CES展示了完全自动驾驶的轿车,雷雨交加的天气也无法阻止车辆的行驶。

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