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自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了

本文作者: 大壯旅 2017-11-25 19:07
導(dǎo)語:三類傳感器就能解決一切問題?

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了

雷鋒網(wǎng)按:想在 2021/2022 年推出達(dá)到 Level 4/5 級(jí)別(SAE)的全自動(dòng)駕駛汽車,冗余傳感器系統(tǒng)的大量應(yīng)用必不可少。眼下,半自動(dòng)駕駛系統(tǒng)已經(jīng)用到了多種雷達(dá)和攝像頭系統(tǒng),真正起到?jīng)Q定性作用的高分辨率長探測(cè)距離(300 米)便宜的激光雷達(dá)還處在設(shè)計(jì)開發(fā)的初級(jí)階段。在大多汽車行業(yè)專家看來,想要實(shí)現(xiàn)真正的全自動(dòng)駕駛,雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)三套系統(tǒng)都必不可少。

本文探討了這三套系統(tǒng)的主要功能,它們各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)及技術(shù)的發(fā)展程度。此外,本文還從制造商的角度討論了智能和成本優(yōu)化解決方案中半導(dǎo)體零部件的地位。

綜述

據(jù)雷鋒網(wǎng)了解,自動(dòng)駕駛的準(zhǔn)確定義其實(shí)現(xiàn)在依然懸而未決。如果一輛車搭載了巡航控制和限速功能,它可以稱得上自動(dòng)駕駛嗎?當(dāng)然不能。不過如果車輛用到了自適應(yīng)巡航(ACC),且司機(jī)能短暫的將控制權(quán)交給車輛自己呢?

下圖中,我們給出了自動(dòng)駕駛的不同分類方式,這是由不同組織或機(jī)構(gòu)制定的標(biāo)準(zhǔn)。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了

一般來說,Level 0 意味著沒有自動(dòng)駕駛,司機(jī)要負(fù)責(zé)控制一切。

Level 1 則意味著車輛進(jìn)階到了輔助駕駛階段,在行駛中輔助系統(tǒng)能為司機(jī)分擔(dān)不少任務(wù)(如 ACC)。

Level 2 意味著車輛進(jìn)入半自動(dòng)化狀態(tài),不過司機(jī)需要全程監(jiān)控系統(tǒng)。同時(shí),至少一個(gè)車載系統(tǒng)(如巡航控制和車道保持)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。

Level 3 代表有條件的自動(dòng)駕駛。司機(jī)需要時(shí)刻監(jiān)控系統(tǒng)并在關(guān)鍵時(shí)刻介入。當(dāng)然,一些安全功能也會(huì)在某些情況下自動(dòng)介入。

Level 4 就是高級(jí)別的自動(dòng)駕駛了,不過它無法覆蓋所有的駕駛情況(如惡劣氣候),且受到車輛操作設(shè)計(jì)的限制。不過,司機(jī)無需繼續(xù)監(jiān)控路況了。

Level 5 是自動(dòng)駕駛的終極狀態(tài),車輛能應(yīng)對(duì)任何狀況,司機(jī)們宣告徹底失業(yè)。

從現(xiàn)有情況來看,還沒有制造商能拿出 Level 3 以上的自動(dòng)駕駛量產(chǎn)車。不過,一些國家的立法機(jī)關(guān)則正在討論為 Level 3 自動(dòng)駕駛汽車開綠燈,用戶最快將于 2020/2021 年在市場(chǎng)上買到此類車輛。

想要實(shí)現(xiàn) Level 1-5 級(jí)別的自動(dòng)駕駛,到底需要哪些傳感器?這個(gè)問題我們已經(jīng)作了回答:攝像頭、激光雷達(dá)和雷達(dá)三套系統(tǒng)必不可少。

有些人會(huì)問,現(xiàn)在車上普遍用到的倒車?yán)走_(dá)以后還有用嗎?答案是否定的。不過,在 Level 1/2 上就用到的攝像頭和雷達(dá)系統(tǒng)依然是更高級(jí)別自動(dòng)駕駛的先決條件。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了車輛會(huì)用到各種不同的傳感器

現(xiàn)在的攝像頭系統(tǒng)普遍使用 CMOS 圖像傳感器,像素維持在 100-200 萬左右。單色或者立體相機(jī)與雷達(dá)系統(tǒng)配合使用,就能實(shí)現(xiàn)車速、車距、障礙物或移動(dòng)物體輪廓的精準(zhǔn)探測(cè)。近程(24 GHz)和遠(yuǎn)程(77 GHz)雷達(dá)則安裝在車輛前后以監(jiān)控交通情況,它們的可視范圍可覆蓋車輛前后幾厘米到幾百米的范圍。

在量產(chǎn)車中,激光雷達(dá)系統(tǒng)還很少見,由于產(chǎn)能低且價(jià)格昂貴,因此激光雷達(dá)技術(shù)的潛力還沒得到充分挖掘。

文章接下來的部分,我們將對(duì)上述提到的三大系統(tǒng)進(jìn)行抽絲剝繭,它們的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì),現(xiàn)在的開發(fā)狀態(tài)和未來的潛力都會(huì)一一提到,絕對(duì)不容錯(cuò)過。

攝像頭

后置和 360 度攝像頭

攝像頭提供的清晰圖像不但能讓人類駕駛員看到更多細(xì)節(jié),還非常適合作為自動(dòng)駕駛汽車的輸入?yún)?shù)。后置和 360 度攝像頭能幫助司機(jī)再現(xiàn)車外的復(fù)雜環(huán)境。如今,2D 攝像頭已經(jīng)可以在中控屏上投射車外圖像甚至車輛的轉(zhuǎn)彎角度了,而豪華車上能提供虛擬和 3D 圖像的攝像頭正逐漸成為標(biāo)配。

要想提供栩栩如生的 3D 圖像,一般車輛至少要安裝 4-6 個(gè)攝像頭。此外,系統(tǒng)軟件在處理圖像拼接問題時(shí)必須非常小心,否則很有可能丟失信息或者制造出奇怪的重影。

值得注意的是,無論是 2D 還是 3D 攝像頭,都需要搭載動(dòng)態(tài)范圍超過 130 db 的圖像傳感器。如果連這樣的標(biāo)準(zhǔn)都達(dá)不到,在攝像頭遭受陽光直射時(shí),就會(huì)短暫“致盲”。眼下,市場(chǎng)上最棒的圖像傳感器動(dòng)態(tài)范圍可達(dá) 145 db,同時(shí) ISP 圖像信號(hào)處理器色深可達(dá) 24 bit,普通產(chǎn)品根本無法望其項(xiàng)背。

圖像傳感器還需要另一個(gè)重要參數(shù),那就是光照強(qiáng)度。市場(chǎng)上能買到最棒的圖像傳感器照度可達(dá) 1 mlx,幀率則為 30 幀/秒。

現(xiàn)在汽車上裝載的后置和 360 度攝像頭系統(tǒng)一般采用集中式架構(gòu),這就意味著一個(gè)中央控制單元需要處理 4-6 個(gè)攝像頭傳來的原始數(shù)據(jù)。由于整個(gè)處理過程都在軟件中完成,因此處理器的性能必須相當(dāng)強(qiáng)悍,添加 FPGAs 成了硬件加速的最佳方案。不過,這也就意味著功耗會(huì)大幅提升。此外,現(xiàn)有數(shù)據(jù)壓縮方式的限制也讓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成了一大障礙。

既然集中式架構(gòu)有自己天然的劣勢(shì),我們何不換一種方式?

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了攝像頭系統(tǒng)分類概覽

上圖就是一種新思路,圖像處理任務(wù)被分配給了攝像頭,隨后的數(shù)據(jù)則通過以太網(wǎng)傳輸?shù)杰囕v主機(jī)。這樣一來,圖像的聚合與再現(xiàn)就完成了。

2020 年以后,車載攝像頭系統(tǒng)大多數(shù)都會(huì)數(shù)字化。現(xiàn)在的數(shù)字?jǐn)z像頭系統(tǒng)則會(huì)接收原始數(shù)據(jù),隨后將其處理并推送至顯示單元(如下圖所示)。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了集中式圖像處理

如果是去中心化的處理方式,則會(huì)徹底消除攝像頭控制單元(ECU)的影響,讓智能攝像頭和主機(jī)獨(dú)立行事。從細(xì)節(jié)上來說,這種方式也需要在攝像頭內(nèi)進(jìn)行兩步處理(如下圖所示)。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了處理過程要分兩步進(jìn)行

第一步完全在智能攝像頭內(nèi)進(jìn)行,整個(gè)過程會(huì)完成一些幾何轉(zhuǎn)換,如圖像畸變、重疊層的處理和圖像壓縮。此外,以太網(wǎng)的處理和串流也會(huì)同步進(jìn)行。

第二步則發(fā)生在中央攝像頭模塊中,系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行視頻解碼,隨后通過中繼存儲(chǔ)器將圖像投射到屏幕上。

這種方式讓后置攝像頭能壓縮并將數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)街鳈C(jī)。下圖就是一款高度集成后置智能攝像頭的技術(shù)細(xì)節(jié)。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了

未來智能攝像頭的應(yīng)用會(huì)將來自 4 顆攝像頭的視頻信號(hào)合并成 360 度視角的畫面(如下圖)。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了

前置攝像頭系統(tǒng)

這些攝像頭系統(tǒng)(中遠(yuǎn)程)都是“火眼金睛“,它的視野范圍覆蓋了車輛前部 100-275 碼(約合 91.44-251.46 米)的區(qū)域它會(huì)利用算法自動(dòng)探測(cè)物體,進(jìn)行分類并判斷與車輛間的距離。除了探測(cè)行人、自行車、機(jī)動(dòng)車、馬路牙子、橋墩和隔離帶,算法還能看懂交通標(biāo)志和信號(hào)燈。

中程攝像頭會(huì)在十字路口、行人突然竄出和前方車輛緊急剎車時(shí)警告駕駛員。同時(shí)它還能肩負(fù)起交通標(biāo)志線和信號(hào)燈的探測(cè)任務(wù)。遠(yuǎn)程攝像頭則負(fù)責(zé)識(shí)別交通標(biāo)志、控制車距和道路引導(dǎo)。

雖然前置攝像頭相當(dāng)重要,但它不需要進(jìn)行色準(zhǔn)信號(hào)再生,因?yàn)樵搱D像傳感器只需提供直接的原始數(shù)據(jù)就行。一般來說,該系統(tǒng)還需要配備搭載 RCCC 矩陣的濾色器,因?yàn)樗芴峁┍?RGB 濾色器更高的光照強(qiáng)度。

當(dāng)然,中程和遠(yuǎn)程攝像頭也有區(qū)別,那就是它們的視場(chǎng)。中程攝像頭系統(tǒng)用到的水平視場(chǎng)為 70-120 度。未來的系統(tǒng)可能不會(huì)嚴(yán)格區(qū)分中程和遠(yuǎn)程,僅通過光學(xué)系統(tǒng)就能完成切換。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo),未來的圖像傳感器至少要升級(jí)到 700 萬像素以上。

雷達(dá)

以往的事故數(shù)據(jù)顯示,有 76% 的事故都單純由人的錯(cuò)誤引發(fā),而事故原因包含人的因素的更是高達(dá) 94%。

ADAS 系統(tǒng)需要雷達(dá)傳感器的支持,而雷達(dá)也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能的一大功臣。值得一提的是,雷達(dá)其實(shí)是個(gè)縮寫,而其全稱 Radio Detection And Ranging 其實(shí)已經(jīng)說明了它的作用,利用無線電波對(duì)物體進(jìn)行探測(cè)和定位。

現(xiàn)在的雷達(dá)系統(tǒng)主要基于 24 GHz 或 77 GHz 兩個(gè)波段,其中 77 GHz 的優(yōu)勢(shì)主要在于距離和速度測(cè)定的準(zhǔn)確性,此外其角分辨率也更加精準(zhǔn)。同時(shí),運(yùn)行于該波段的雷達(dá)系統(tǒng)天線得以瘦身,干擾問題也更小。以下為近程雷達(dá)(SRR)應(yīng)用與中遠(yuǎn)程雷達(dá)(MRR/LRR)應(yīng)用的主要區(qū)別。

其中近程雷達(dá)應(yīng)用包括:

  • 盲點(diǎn)探測(cè)(盲點(diǎn)監(jiān)控)

  • 車道和車道變更助手

  • 用于碰撞預(yù)警和防撞功能的后置雷達(dá)

  • 泊車輔助

  • 交叉車流監(jiān)控

中遠(yuǎn)程雷達(dá)應(yīng)用包括:

  • 剎車輔助

  • 緊急剎車

  • 車距保持

SRR 應(yīng)用設(shè)計(jì)之初是為了替換超聲波傳感器并對(duì)高度自動(dòng)駕駛提供輔助。因此,傳感器會(huì)被安裝在車輛四角。此外,車輛前部還會(huì)安裝用于遠(yuǎn)程探測(cè)的前視傳感器。當(dāng)然,車輛每一邊還要安裝其他輔助傳感器。

理想狀態(tài)下,這些雷達(dá)傳感器會(huì)使用 79 GHz 頻段,帶寬則為 4 GHz。不過,現(xiàn)在的全球頻率規(guī)范只允許 77 GHz 頻段 + 1 GHz 帶寬。眼下,雷達(dá)微波單片集成電路(MMIC)的一個(gè)普通分區(qū)就配備了 3 個(gè)發(fā)射通道和 4 個(gè)接收通道。業(yè)內(nèi)主要的爭(zhēng)論點(diǎn)是要不要在 MMIC 中集成基帶處理能力,要不要將精力集中在原始數(shù)據(jù)雷達(dá)傳感器上。

其區(qū)別在于基帶處理器能提供所謂的“目標(biāo)預(yù)判”,這就意味著它能輸出預(yù)先處理的數(shù)據(jù),如未驗(yàn)證的速度、距離、信號(hào)強(qiáng)度、探測(cè)到物體的水平角度和垂直角度等信息。原始數(shù)據(jù)雷達(dá)傳感器則能提供未過濾的原始數(shù)據(jù),隨后交給 ECU 處理。下圖就是原始數(shù)據(jù)雷達(dá)傳感器的基本架構(gòu)。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了原始數(shù)據(jù)雷達(dá)傳感器架構(gòu)

以上圖為例,基帶被整合進(jìn)了雷達(dá)過程控制器中,而雷達(dá)傳感器會(huì)給過程控制器提供未過濾的原始數(shù)據(jù)。這種方案有多重優(yōu)勢(shì),首先將基帶融合進(jìn)過程控制器能節(jié)省空間和關(guān)聯(lián)成本。

其原因在于,在射頻應(yīng)用中制造商可以使用相對(duì)簡單的 CMOS 細(xì)線來替代經(jīng)過特殊優(yōu)化的新技術(shù)。

第二點(diǎn)優(yōu)勢(shì)主要涉及功率損耗問題,雷達(dá)傳感器的功率損耗可以轉(zhuǎn)移到控制單元。由于控制器的空間比雷達(dá)傳感器大得多,因此控制功率損耗要簡單的多。

最后,由于整個(gè)過程中沒有過濾或壓縮,因此數(shù)據(jù)沒有損耗,信號(hào)處理和靈活性方面就增加了更多可能。對(duì)于原始數(shù)據(jù)雷達(dá)來說,數(shù)據(jù)速率也不是問題,因?yàn)閿?shù)據(jù)可借助 MIPI CSI-2 通信接口(見下圖)進(jìn)行傳輸。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了MIPI CSI-2 通信接口

需要注意的是,該接口并不是什么新玩意,它已經(jīng)用在了視頻環(huán)繞系統(tǒng)中。同時(shí),該架構(gòu)非常適合上圖中的原始數(shù)據(jù)雷達(dá),因?yàn)橥ㄐ沤涌诎怂臈l數(shù)據(jù)線,正好與接收器輸出接口一一對(duì)應(yīng)。此外,通訊接口的帶寬也與 1-1.5 Gbit/s 相匹配。

雷達(dá)傳感器的分塊還簡化了視頻的數(shù)據(jù)融合,雷達(dá)和未來的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)也能受益,因?yàn)樗鼈兡苁褂孟嗤耐ㄓ嵔涌冢ㄒ娤聢D,MMIC 路線圖)。

MMIC 的開發(fā)需要一個(gè)前提條件,那就是專用的高頻技術(shù),它能滿足需要的頻率(24 GHz 或 77 GHz),并提供相應(yīng)的輸出功率。

眼下,SiGe 異性雙極晶體管已經(jīng)用上了高頻技術(shù),單片式 130 nm CMOS 處理器也用在了邏輯集成電路上。幾年前,ST 就用 BiCMOS9 技術(shù)生產(chǎn)了 24 GHz 的 MMIC。同時(shí),用新型 BiCMOS9MW 技術(shù)生產(chǎn)的 77/79 GHz 基帶,CMOS 結(jié)構(gòu)寬度最低也超過了 130 nm。

未來,雷達(dá)系統(tǒng)頻段可能會(huì)升至 122 GHz,ST 已經(jīng)為此準(zhǔn)備了 B55 技術(shù)。該技術(shù)讓 SiGe 異性雙極晶體管的傳輸頻率能超過 320 GHz。此外,在系統(tǒng)中融合 55 nm CMOS 數(shù)字邏輯也成了可能。

除了優(yōu)化后的 BiCMOS 技術(shù),ST 還能通過自主開發(fā)的 FD-SOI 技術(shù)完成 SoC 整合。當(dāng)然,制程僅為 28 nm。下圖是 MMIC 的開發(fā)路線圖,24 GHz 頻段的最新產(chǎn)品是 A431 區(qū)塊,它搭載了 1 臺(tái)發(fā)射機(jī)和 3 臺(tái)接收機(jī)。路線圖上的 26 GHz 基帶零部件則專為美國市場(chǎng)開發(fā)。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了MMIC 路線圖

路線圖上的 77/79 GHz 基帶零部件中,A770/A772 均處在開發(fā)狀態(tài)。下圖中的 A770 MMIC 無線電收發(fā)機(jī)已經(jīng)是集成度相當(dāng)高的解決方案了。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了A770 77/79 GHz 無線電收發(fā)機(jī)架構(gòu)

A770 是一款單片式集成無線電收發(fā)機(jī),適合中遠(yuǎn)程應(yīng)用,它包含 3 臺(tái)發(fā)射機(jī)、4 臺(tái)接收機(jī)、1 臺(tái)可配置斜坡發(fā)生器、1 臺(tái)集成 ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)和 1 個(gè) MIPI CSI II 接口。在應(yīng)用時(shí),該區(qū)塊可以級(jí)聯(lián)更多的發(fā)射和接受頻段,其外殼采用陶瓷 EWLB 材質(zhì)制成,體積為 9 mm x 9 mm。

眼下,技術(shù)人員正在對(duì)集成了雷達(dá)和基帶功能的單片式 SoC 進(jìn)行可行性測(cè)試。不過,這種產(chǎn)品有優(yōu)勢(shì)也有劣勢(shì),未來其前途如何恐怕還要經(jīng)過細(xì)致的市場(chǎng)研究和商業(yè)考量。

激光雷達(dá)

在汽車行業(yè),激光雷達(dá)是個(gè)相對(duì)較新的系統(tǒng),正越來越受歡迎。激光雷達(dá)制造商們正在不斷研發(fā)和改進(jìn)自己的解決方案,誓要趕上 2020/2021 的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

那么到底什么是激光雷達(dá)?激光雷達(dá)依靠是激光而不是無線電波。除了激光發(fā)射器,這套系統(tǒng)還需要一個(gè)敏感的接收器。激光雷達(dá)系統(tǒng)能探測(cè)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)物體,并提供被探測(cè)物的 3D 圖像。

眼下,激光雷達(dá)已經(jīng)不是什么新鮮玩意,任何人都能從商店抱一臺(tái)回家,且精確度能滿足一般需要。不過,想讓它克服一切環(huán)境因素(溫度、太陽輻射、黑夜、雨雪天)穩(wěn)定工作并不容易。此外,車載激光雷達(dá)還得能看 300 碼(約合 274 米)遠(yuǎn)。最重要的是,這樣的產(chǎn)品必須能以市場(chǎng)可接受的價(jià)格和體積進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)。

激光雷達(dá)在工業(yè)和軍事領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用。不過,它畢竟是一種擁有 360 度全景視角的復(fù)雜機(jī)械透鏡系統(tǒng)。由于單個(gè)成本高達(dá)數(shù)萬美元,因此激光雷達(dá) 暫時(shí)還不適合在汽車產(chǎn)業(yè)大規(guī)模部署。

如今,汽車市場(chǎng)開始流行兩大趨勢(shì),它們均采用紅外激光雷達(dá)系統(tǒng)搭配 MEMS 系統(tǒng)(微型電機(jī)系統(tǒng)),不過一種激光雷達(dá)是旋轉(zhuǎn)的,另一種是固態(tài)的。

在詳細(xì)介紹這些技術(shù)的差別前,我們先來聊聊接收系統(tǒng)的問題。

接收系統(tǒng)的主要任務(wù)是認(rèn)出激光雷達(dá)發(fā)出和從物體上反射回來的激光束。它們必須極端敏感,甚至能“抓到”單個(gè)光子。眼下,最先進(jìn)的激光雷達(dá) 設(shè)備已經(jīng)用上了 SPAD(單光子雪崩二極管)技術(shù)。

其實(shí)這里用到的原理很簡單(見下圖),由于那些外形特殊的二極管PN結(jié)有偏差,因此一個(gè)光子就能引發(fā)二極管中的雪崩擊穿電流。二極管電流的突然升高會(huì)被相應(yīng)的電路“抓到”,它會(huì)輸出最新的數(shù)字信號(hào)以供進(jìn)一步處理。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了SPAD 傳感器單元的原理

下圖展示了使用 SPAD 傳感器單元進(jìn)行測(cè)距的原理,其關(guān)鍵是激光脈沖從發(fā)射到反射再到接收整個(gè)過程的時(shí)間。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了LiDAR 測(cè)距的原理

下面兩張圖詳細(xì)講述了兩種激光雷達(dá)的測(cè)量方式。

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了固態(tài) LiDAR 系統(tǒng)

自動(dòng)駕駛汽車到底需要哪些類型的傳感器?看完這篇你就懂了MEMS LiDAR 系統(tǒng)

如果 MEMS 系統(tǒng)用上了微反射鏡,那么單獨(dú)的激光束就會(huì)以線型完成運(yùn)動(dòng),隨后 SPAD 單元中的光學(xué)傳感器會(huì)對(duì)反射的光子進(jìn)行評(píng)估。一套系統(tǒng)想要滿足要求,其精度、壽命、適應(yīng)性和可靠性都必須禁得起考驗(yàn)。同時(shí)它還需要用到可更換的零部件。

其實(shí)乍一看,那種沒有可更換零部件的系統(tǒng)造起來并不難。不過事實(shí)上,整套系統(tǒng)里有超過 100 個(gè)激光二極管,此外還有與其配套的大型接收器陣列。同時(shí),激光二極管的脈沖寬度必須控制在納秒范圍內(nèi),電流也只有幾安培,這對(duì)半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)器來說絕對(duì)是個(gè)大挑戰(zhàn)。

當(dāng)然,兩套系統(tǒng)都還在開發(fā)之中。從半導(dǎo)體制造商的角度來看,這兩套系統(tǒng)用到的半導(dǎo)體都不難解決,不過 SPAD 陣列可不好實(shí)現(xiàn)。如果想把成本降到 100 美元,就必須用新工藝激活和控制激光二極管陣列。此外,與其配套使用的 MEMS 技術(shù)也正在開發(fā)中。

總結(jié)和展望

想達(dá)到 Level 3 及以上的自動(dòng)駕駛,我們必須為車輛安裝至少三套傳感器系統(tǒng):攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)。雖然必要的半導(dǎo)體、攝像頭、雷達(dá)傳感器技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,但在技術(shù)和商業(yè)化問題上,激光雷達(dá)系統(tǒng)依然面臨巨大挑戰(zhàn)。

我們提到的系統(tǒng)到底誰能勝出現(xiàn)在很難預(yù)測(cè),不過從半導(dǎo)體的角度來看,固態(tài)激光雷達(dá)勝出的可能性最大。

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