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4D数字成像雷达开启智能驾驶新时代

发布日期:2024-01-07     184 次

近年来,随着智能驾驶的逐渐发展,全球汽车安全标准的不断提高,带动高级驾驶辅助系统(ADAS)和更高级别的自动驾驶等主动安全技术屡获突破。

众所周知自,汽车智能驾驶需要感知层、决策层、执行层三大核心系统的高效配合。

其中,感知作为自动驾驶的关键技术之一,为规划与控制的实现提供了基础。该技术主要依赖于传感器对车辆周围环境的快速获取,将汽车外的视觉、物理等真实信息转变成数字信号,进而为决策层、执行层提供准确、及时、充分的依据,对汽车安全行驶作出准确的判断。

当前,市场主流的感知系统主要有视觉摄像头、激光雷达和毫米波雷达等多种技术路线,三种技术方案各有优劣。

随着汽车智能化的不断推进,车载毫米波雷达因其高精度探测、抗干扰能力强、实时感知和快速响应等优点,已广泛应用于智能巡航控制、倒车和泊车辅助、盲区监测和侧面碰撞预警、行人检测和预警等ADAS系统和自动驾驶领域。

之前,由于3D毫米波雷达无法测量物体高度,且信噪比过低存在大量误测,特斯拉曾直接宣布放弃该技术路线。然而4D毫米波成像雷达的出现,成功突破了传统毫米波雷达的局限性,能够以高帧率和高分辨率同时获取物体的位置、速度、角度和形状等多维信息,为车辆提供更精准的环境感知能力,可助力大幅提升道路交通安全。

可以预见,从3D雷达到4D成像雷达,产品技术不断进化毫米波让雷达在自动驾驶领域拥有了广阔的发展空间和市场前景。据Yole预测,到2027年全球4D毫米波成像雷达市场规模有望达43亿美元,CAGR高达109%。

在此趋势下,Uhnder前不久在上海举办了“车载雷达数字化转型论坛”,旨在集结业界合作伙伴形成合力,共同打造下一代的数字成像雷达,让道路更加安全。

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Uhnder首席执行官兼联合创始人Manju Hegde

在论坛同期,Uhnder首席执行官兼联合创始人Manju Hegde和Uhnder芯片业务副总裁Max Liberman向半导体行业观察在内的媒体进行了分享交流,介绍了4D数字成像雷达行业的发展趋势,以及Uhnder在该领域的领先优势和战略布局。

4D数字成像雷达,优势显著


纵观行业现状,当前4D成像雷达的技术路线呈现百花齐放的景象。

目前主流的车载毫米波雷达普遍采用基于模拟信号调制的FMCW(调频连续波),但随着对性能需求的增加,基于DCM(数字编码调制)技术的PMCW(调相连续波)方案开始在4D成像雷达中应用,并已经相继投入生产。

在实际应用中,使用基于FMCW技术的模拟雷达在L2或者L2+级别智能驾驶中存在诸多不足,比如分辨率较低、对比度差,容易受到干扰等。随着车辆部署的雷达数量逐渐增加,雷达之间的相互干扰问题也日益严重。

对此,更为先进的DCM雷达技术受到了关注。4D数字成像雷达能够以高帧率和高分辨率同时获取物体的位置、速度、角度和形状等多维信息,为车辆提供精准的环境感知能力,成为了实现智能安全驾驶中的关键传感器。

Uhnder是率先将DCM技术引入汽车雷达芯片设计,并进行大规模商用的企业。

Manju Hegde表示,雷达在汽车上部署已有25-30年的时间,因此要更进一步助力这项技术的发展,其实非常有挑战性。而Uhnder所努力的方向,就是让雷达完全实现数字化,就像高通90年代那会在手机领域所做的一样——最开始的手机用的是模拟技术,之后高通利用CDMA技术实现了手机的数字化。同理,Uhnder也希望能够通过和CDMA类似的技术,实现雷达的数字化发展,重新定义下一代自动驾驶雷达产品。

相比现在市面上普遍使用的FMCW模拟雷达,Uhnder的数字成像雷达具有众多优势:

·  高分辨率:分辨率决定了雷达在其视场中可以看到的物体数量,对自动驾驶安全至关重要。传统FCM模拟雷达的分辨率比较差,但Uhnder单一芯片的虚拟通道方面高达192个,竞品大概只有12-16个,因此Uhnder的虚拟通道数量增加了16倍或者12倍,也正是因为如此,Uhnder雷达产品的分辨率得到了显著提高。

·  高对比度:雷达的对比度越大,意味着能够更好地区分人体有机物和汽车金属等其他材料。以站在汽车旁边的儿童为例,相较于汽车而言,儿童是弱反射物。模拟雷达很难识别出这是两个不同的目标,而Uhnder的数字雷达芯片由于具有更多的天线元件,可以提供更高的对比度。

·  目标反射功率:模拟雷达的目标反射功率较低,因为其每次只有一个发射器工作,即使有3-4个发射通道,每次也只能发射一个信号。Uhnder的数字成像雷达有12个发射器,并且能够同时工作,所以能取得更好的目标反射功率。这使得Uhnder的数字成像雷达能探测到更多、更远的目标,以及更大角度的视野。

·  抗干扰性强:雷达信号非常容易受到干扰,而且随着自动驾驶技术往L2以上级别发展,汽车上搭载的雷达数量越来越多,这个问题将愈发严重。基于DCM技术,Uhnder的数字成像雷达可以切换其工作频段或传输时隙,以避免与在相同时隙和频段工作的另一雷达发生碰撞,或者Uhnder的数字雷达方案可以抑制或缓解该干扰的影响。据悉,Uhnder当前的雷达芯片版本可以同时消除多达8个FMCW干扰信号。同时,Uhnder芯片的低功耗设计使其在嵌入式系统和移动平台上更具可行性和灵活性。

·  传感器融合能力:车载摄像头、雷达,还有激光雷达都非常重要,各有优劣。对于OEM、Tier1来说,最好是能够把所有的这些传感器进行融合,并且是要实现低水平的融合。如果是高水平融合,很可能一个传感器的劣势就会遮盖住另一个传感器的优势。对此,数字雷达可以相对容易地实现融合,Uhnder的4D数字成像雷达芯片能够获取丰富的静态环境数据,通过使用深度神经网络算法,将数字雷达收集到的信息与摄像头的数据进行低级别融合能够为智能驾驶提供更精确的感知。

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数字雷达和模拟雷达、激光雷达、摄像头性能对比(图源:Uhnder)


·  安全性:随着网联化的发展,智能网联车辆之间的软件都是彼此互通,车厂很担心如果这辆车能被黑,是不是其他的车辆也容易被黑,甚至会出现召回的风险。雷达其实也面对同样的问题,但数字雷达实现了高级别的安全性,相较于其他雷达,黑客入侵Uhnder数字雷达所要付出的成本和代价是非常高的。

综合来看,凭借独特的集成设计、先进的信号处理和数据处理技术,以及高抗干扰性能和低功耗设计,Uhnder的4D数字成像雷达芯片在成本、性能和效率方面具备明显的优势,为雷达技术的应用带来了新的突破和创新,从而为驾驶员、乘客,及其他人员在内的所有道路使用者提供了更高的检测能力及道路安全保障。

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Uhnder领先的4D数字成像雷达解决方案优势突出(图源:Uhnder)


2023年11月17日,中国政府相关部门正式对L3/L4自动驾驶的准入规范进行了具体要求,并完善了相关规则,发布了《关于开展智能网联汽车准入和上路通行试点工作的通知》,具备量产条件、搭载自动驾驶功能的智能网联汽车在取得准入许可后,可在限定区域内开展上路通行试点。

对此,Manju Hegde强调:“随着汽车自动化的水平以及自动驾驶级别不断提升,我们上述刚刚列出的所有优势以及对比项,就会变得更加重要。”

除了在产品性能上领先外,在产品落地上车方面Uhnder也同样存在优势。据Manju Hegde介绍,去年11月份,Uhnder的雷达首次出货,今年7月份已经实现了量产上车,如今每周产能高达5千多片,并已部署在乘用车上。因此可以说,4D数字成像雷达不再只是纸上谈兵的技术,现已成为可以落地并且实现商业化的产品。

从行业现状来看,Uhnder在数字成像雷达技术上领先同行大概2年时间,在市场中占据非常大的优势。

“相比友商,我们其实还有更多优势。”Manju Hegde表示,友商通常给Tier1提供芯片的时候,仅提供一个设计参考平台,没有任何软件支持,然后再由Tier1集成上面的软件和算法。但我们会提供相应的软件设计支持,Uhnder的软件经过了SPICE认证,并且提供API,方便Tier1在雷达上部署他们的算法。我们基本可以实现无缝对接的部署,和部署传统模拟雷达是一样的。这也是为什么我们说我们可以加快产品上市的时间。我们还会给到模组的设计参考,帮忙Tier1厂商缩短设计周期。

此外,为了巩固在4D数字成像雷达领域的护城河和技术壁垒,Uhnder围绕IP方面也开展了大量工作。据悉,Uhnder如今已经申请了75个专利,其中50个专利已经颁发,涵盖了中国、美国、欧洲等区域,与此同时在已经颁发的专利之中,有6个遥遥领先同行的核心专利,通过专利保护,相信Uhnder将在市场中保持领先优势。

4D数字成像雷达,是否存在导入障碍?


从上文能看到,4D毫米波雷达有诸多优势,不过由于汽车行业的特殊性,往往对于新技术需要长时间的装车验证才会被广泛接受,尤其是对于新技术较为谨慎的传统车企。

因此,采用DCM技术的数字雷达,与过去采用FMCW的毫米波雷达在原理上有所差异,那么对于工程师而言,是否会因为这些差异而影响产品导入的进度?

Max Liberman认为技术差异对于工程师而言不会成为障碍。

他指出,“所有新技术都需要有一个接受期,工程师们需要时间去熟悉和掌握这项新技术。但一旦了解之后,就会发现其实DCM技术原理并没有比FMCW复杂。因为我们其实已经在芯片层面解决了很多复杂的问题,这点也已经得到了客户的充分验证,他们在实践中发现可以把过去的很多经验和知识运用在DCM雷达上面。”

另外,Uhnder还会提供4D数字成像雷达解决方案相关的应用程序和软件工具支持,通过使用软件和各种可视化工具,客户可以快速熟悉Uhnder的解决方案,并在软件方面得到相应的服务支持。

凭借上述种种优势,Uhnder目前正在和许多Tier1、OEM厂商以及一些头部的自动驾驶汽车开发商合作,为其提供现在市面上性能领先的雷达解决方案。

“我们看到越来越多厂商对4D数字成像雷达表现出浓厚的兴趣,也希望后面可以分享更多的好消息!” Manju Hegde 补充道。

Uhnder积极布局中国市场


在产品优势和上车进展取得双双突破的同时,Uhnder也将目光投向了中国这个巨大的市场。

Manju Hegde在接受采访时表示,我们对中国市场非常感兴趣,希望在华不断发展,因此我们在上海举办了“车载雷达数字化转型论坛”,并为此制定了Uhnder的中国发展战略。

为什么中国市场如此重要?

Manju Hegde从多个角度进行了阐述:

·  首先中国现在非常注重ADAS、自动驾驶技术的发展,率先出台政策正式对L3/L4自动驾驶的准入规范进行了具体要求,如今中国在电动汽车、网联车领域的发展已经非常瞩目;

·  第二,中国现在是全球最大的汽车市场,并且中国市场和西方市场的区别在于,欧洲和美国的消费者不在乎汽车上的传感器,但在中国,传感器的选择对中国消费者很重要。

·  第三点,中国政府向来都会非常快速去解决发生的问题,以保证道路安全。因此在法律法规方面,当出现安全问题的时候,中国监管部门的反应非常及时,这为技术的发展提供了一个比较好的制度环境。

鉴于中国市场的重要性,Uhnder在中国成立了办公室并招聘员工,和许多一级供应商进行长期深入的沟通和磋商,未来也将投入更多的资源,加强在中国市场的发展。

Manju Hegde强调:“我们的路线图希望能够为客户提供差异化的雷达产品,为此我们打造了一个整合式,而且非常灵活的平台。让客户可以通过软件来不断的去实现整个产品的定制化,因此保证我们的产品是可以实现差异化的,保证不同的消费群体能够各取所需,让客户都感到放心、安心并且拥有差异化的价值,这正是我们的中国战略。”


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