本文來自微信公眾號(hào)“欣中國電子報(bào)”，作者/陳炳
日前，北京發(fā)放無人化載人示范應(yīng)用通知書，允許在北京市高級(jí)別自動(dòng)駕駛示范區(qū)60平方公里范圍內(nèi)，向公眾提供“主駕位無安全員、副駕有安全員”的自動(dòng)駕駛服務(wù)。這一政策不僅讓北京成為全國首個(gè)開啟乘用車無人化運(yùn)營試點(diǎn)的城市，也進(jìn)一步推動(dòng)了自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用與落地。不過，自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)除政策層面的支持外，也離不開硬件系統(tǒng)的支撐。隨著“方向盤后無人”出行服務(wù)被漸次有條件放行，將有更多新技術(shù)被應(yīng)用到自動(dòng)駕駛汽車上，其中4D毫米波雷達(dá)就被越來越多廠商看好，其商用化進(jìn)程或?qū)㈤_啟“加速”模式。
2023年搭載量將突破百萬顆
4D毫米波雷達(dá)并非一項(xiàng)陌生的新技術(shù)。2020年3月，谷歌旗下Waymo公司發(fā)布第五代自動(dòng)駕駛系統(tǒng)感知方案，將毫米波雷達(dá)升級(jí)為4D成像雷達(dá)，使得4D毫米波雷達(dá)技術(shù)首次應(yīng)用于車端。2021年華為入局，推出高分辨率4D毫米波雷達(dá)，并計(jì)劃于2022年下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，將4D毫米波雷達(dá)推上一個(gè)熱議的高峰。
近來，隨著L3自動(dòng)駕駛乘用車輛上路的嘗試漸次展開，4D毫米波雷達(dá)的關(guān)注度再次升溫。恩智浦全球資深副總裁、大中華區(qū)主席李廷偉表示，當(dāng)前中國的自動(dòng)駕駛滲透率和商業(yè)化步伐正在加速，新的風(fēng)口正在形成，一方面L2+級(jí)別的自動(dòng)駕駛規(guī)模量產(chǎn)不斷猛增，并逐步向L3級(jí)過渡，另一方面高級(jí)自動(dòng)駕駛的商業(yè)化應(yīng)用也正在干線物流、港口、礦山等特定場合逐步展開。在自動(dòng)駕駛多點(diǎn)開花的背后，作為感知層的重要組成，車載毫米波雷達(dá)也從幕后站到了聚光燈下，成為備受關(guān)注的熱點(diǎn)。
高工智能汽車研究院數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)市場L2+及以上新車毫米波雷達(dá)搭載率有望在2025年突破50%。同時(shí)，4D毫米波雷達(dá)將從2022年初開始小規(guī)模前裝導(dǎo)入，預(yù)計(jì)到2023年搭載量有機(jī)會(huì)突破百萬顆，到2025年占全部前向毫米波雷達(dá)的比重有望超過40%。
毫米波雷達(dá)與激光雷達(dá)、車載攝像頭等硬件設(shè)備一起擔(dān)負(fù)著采集車輛周邊交通環(huán)境數(shù)據(jù)的使命，通過數(shù)據(jù)采集可以讓自動(dòng)駕駛汽車“看”清楚路況，從而根據(jù)周圍環(huán)境隨時(shí)做出決策，確保安全駕駛。與激光雷達(dá)、攝像頭相比，毫米波雷達(dá)具備全天候探測能力，即使在雨雪、塵霧等惡劣環(huán)境條件下依舊可以正常工作，再加上可以直接測量距離、速度、角度等數(shù)量，成為自動(dòng)駕駛中重要的傳感設(shè)備之一。
但毫米波雷達(dá)也存在一些固有的缺陷，包括不具備測“高度”的能力，這使其很難判斷前方靜止物體是在地面還是在空中，在遇到井蓋、減速帶、立交橋、交通標(biāo)識(shí)牌等地面、空中物體時(shí)，無法準(zhǔn)確測得物體的高度數(shù)據(jù)，如果將這樣的數(shù)據(jù)交給自動(dòng)駕駛汽車，將使得自動(dòng)駕駛汽車出現(xiàn)頻繁剎車的情況。對此，為升科科技股份有限公司CTO蔡青翰介紹指出，4D毫米波雷達(dá)在原有的距離、速度、方向的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，加上了對目標(biāo)的高度分析。這使得4D毫米波雷達(dá)有望彌補(bǔ)傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的問題，將第4個(gè)維度整合到傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)中，更好地了解和繪制環(huán)境地圖，讓測到的交通數(shù)據(jù)更為精準(zhǔn)。
華域汽車系統(tǒng)股份有限公司電子分公司技術(shù)中心執(zhí)行總監(jiān)石磊總結(jié)4D雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)勢，可以用三個(gè)“高”來形容：高度探測、超高靈敏度與高分辨率。這將彌補(bǔ)傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的許多問題。
中金公司認(rèn)為，4D成像雷達(dá)能夠全方位提升毫米波雷達(dá)性能，有望使毫米波雷達(dá)成為ADAS系統(tǒng)中的核心傳感器之一，是毫米波雷達(dá)未來發(fā)展的重要方向。
廠商加速布局4D毫米波雷達(dá)
隨著L3自動(dòng)駕駛乘用車輛上路的嘗試漸次展開，越來越多廠商開始在4D毫米波雷達(dá)上發(fā)力。近日，恩智浦宣布業(yè)界首款專用16nm毫米波雷達(dá)處理器S32R45將于上半年開始首次用于客戶量產(chǎn)。恩智浦同時(shí)還表示，正在開發(fā)一款能夠支持L2+的毫米波雷達(dá)處理器S32R41。
車載毫米波雷達(dá)的核心器件主要包括單片微波集成電路和雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理器等，其中雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理器主要用于對毫米波雷達(dá)的中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理。“有這些處理器使我們能夠支持很多毫米波雷達(dá)的用例，比如近距離的環(huán)境測繪，同時(shí)也可以進(jìn)一步來支持中距離環(huán)境感知，以及300米以外的遠(yuǎn)距離感知。有了這三合一的用例，相信我們能夠在未來幾年推動(dòng)L2+以上乘用車大規(guī)模采用毫米波雷達(dá)技術(shù)。”恩智浦全球副總裁，ADAS產(chǎn)品線總經(jīng)理Steffen Spannagel表示。
英特爾旗下的Mobileye也在積極推進(jìn)4D毫米波雷達(dá)的開發(fā)應(yīng)用。Mobileye首席執(zhí)行官Amnon Shashua在今年CES演講中對4D成像毫米波雷達(dá)在汽車中的應(yīng)用場景強(qiáng)調(diào)，“（到2025年）除了正面，我們只想要毫米波雷達(dá)，不想要激光雷達(dá)。”
在Mobileye的計(jì)劃中，到2025年將推出基于毫米波雷達(dá)/激光雷達(dá)的消費(fèi)級(jí)自動(dòng)駕駛車輛方案，汽車搭載雷達(dá)-LiDAR子系統(tǒng)，屆時(shí)車輛僅需安裝一個(gè)前向激光雷達(dá)，同時(shí)外加360°全包覆車身的毫米波雷達(dá)，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛?cè)蝿?wù)。
或?qū)⑻娲す饫走_(dá)？
那么，4D毫米波雷達(dá)是否有可能取代激光雷達(dá)呢？有分析指出，4D毫米波雷達(dá)的成本與傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)相近，性能方面可以媲美低線束激光雷達(dá)，更符合當(dāng)下的量產(chǎn)需求。
激光雷達(dá)的劣勢很明顯，那就是大霧、雨雪天氣效果差，并且無法獲得外界圖像。為升科科技股份有限公司CTO蔡青翰表示，如果激光雷達(dá)在能見度只有0.1公里的大霧環(huán)境中操作，它幾乎沒有辦法進(jìn)行偵測。如果激光雷達(dá)在大雨的環(huán)境中操作，偵測距離就會(huì)衰減50%左右。而實(shí)測4D毫米波雷達(dá)結(jié)果顯示，就算遇到下雨天氣，4D毫米波雷達(dá)的偵測范圍還是可以到300米，這是4D毫米波雷達(dá)比激光雷達(dá)更適合做自動(dòng)駕駛車傳感器的重要原因。
“如果開自動(dòng)駕駛模式在高速公路上走的時(shí)候，突然一陣大雨，自動(dòng)駕駛功能就失效了，這是不可接受的。”蔡青翰說。相比而言，4D毫米波雷達(dá)繼承了傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)全天候抗干擾的優(yōu)勢，并且不受光線、煙霧、灰塵、霧霾的影響，在夜晚、雨雪等環(huán)境下都能正常工作，適應(yīng)性更強(qiáng)。
Steffen Spannagel則認(rèn)為：“自動(dòng)駕駛技術(shù)無法依靠單一的傳感器件一統(tǒng)天下。根據(jù)我們對市場的理解，沒有一刀切的傳感器，因?yàn)槭袌鲇泻芏嗉?xì)分，而且自動(dòng)駕駛級(jí)別也不同，我們認(rèn)為攝像頭和雷達(dá)會(huì)共存，因?yàn)樗鼈兊膬?yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)性非常強(qiáng)。比較特殊的是激光雷達(dá)。我們認(rèn)為有很大的可能性，4D毫米波雷達(dá)的解決方案可以降低或取代激光雷達(dá)的使用的。4D毫米波雷達(dá)現(xiàn)在還位于發(fā)展的早期，但我們相信未來它的性能可以大大提升，并在理想情況下最終能夠取代激光雷達(dá)。”
多傳感融合是目前呼聲比較高的一種解決方案。有觀點(diǎn)認(rèn)為，多傳感融合是自動(dòng)駕駛技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全冗余的關(guān)鍵，4D成像雷達(dá)顯然會(huì)在其中占據(jù)一席之地。至于是否會(huì)與激光雷達(dá)形成替代關(guān)系，尚需進(jìn)一步觀察。
與深度學(xué)習(xí)融合發(fā)展
目前的4D毫米波雷達(dá)仍處在市場啟動(dòng)前的初期培育階段，產(chǎn)品技術(shù)仍有很大的發(fā)展空間。針對其技術(shù)趨勢，南京隼眼電子科技有限公司CTO張慧認(rèn)為，隨著毫米波雷達(dá)往成像方向發(fā)展，一個(gè)明確的趨勢是：傳統(tǒng)純雷達(dá)信號(hào)處理正在向深度學(xué)習(xí)、人工智能方面的處理發(fā)展，這將對雷達(dá)和計(jì)算平臺(tái)提出更高的要求。“目前在4D毫米波雷達(dá)上，已經(jīng)有些企業(yè)在做相關(guān)的探索了。就是OTA方式自動(dòng)的演進(jìn)，或者說是人工智能的演進(jìn)學(xué)習(xí)的能力。比如在特斯拉車上，基于視頻感知的能力，包括自動(dòng)駕駛在內(nèi)，它已經(jīng)可以做到自動(dòng)的演進(jìn)。未來，當(dāng)毫米波雷達(dá)不斷往成像上發(fā)展后，其自學(xué)習(xí)、自演進(jìn)的能力，一定是未來的發(fā)展趨勢。”
石磊強(qiáng)調(diào)，多傳感器融合是毫米波雷達(dá)等設(shè)備的發(fā)展方向。目前毫米波雷達(dá)發(fā)展到4D雷達(dá)或4片級(jí)聯(lián)雷達(dá)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有走到毫米波雷達(dá)所能達(dá)到的盡頭。過去毫米波雷達(dá)最大的缺點(diǎn)是分辨率不足，所以廠商花了很多精力和代價(jià)提高它的分辨率。當(dāng)分辨率達(dá)到一定程度以后，繼續(xù)通過更多芯片級(jí)聯(lián)提高分辨率，其邊際收益已經(jīng)不是那么高了。此時(shí)更突出的問題是動(dòng)態(tài)范圍的不足。以目前4片級(jí)聯(lián)技術(shù)來看，動(dòng)態(tài)范圍還有很大提升的空間。若想在車上做出更好的、更能實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知的傳感器，這些方面的提升具有更明確和強(qiáng)烈的需求。
除了應(yīng)用于自動(dòng)駕駛當(dāng)中之外，4D毫米波雷達(dá)也在快速向智能交通領(lǐng)域拓展，這涉及車路協(xié)同，即“聰明的車”和“智慧的路”的協(xié)同，這里的協(xié)同不一定只是通過通信獲得，未來也可能通過感知去協(xié)同。針對這一點(diǎn)，業(yè)界正在聯(lián)合進(jìn)行相關(guān)的探索。
