解析新一代ADAS传感技术

发布时间：2023-11-04 20:07:10   来源：BOB主页

　　新一代140-GHz系统正在位于比利时的Imec公司的DSP/RF实验室进行雷达测量、界定和测试。（Imec）

　　在2023年美国底特律AutoSens 2023上，专家讲解新技术如何帮助汽车行业确定正确的驾驶辅助系统与自动化目标。

　　投资银行Woodside Capital Partners的Rudy Burger在AutoSens 2023上表示：“我认为具备SAE L3级无人驾驶等级的汽车到2030年才能量产。”Burger是无人驾驶（AV）汽车行业最受尊敬的分析师之一，对在后疫情时期持续恢复的无人驾驶汽车市场做出了直言不讳的评价。

　　汽车行业在近十年内的关注重点显然是用于大多数乘用车和轻型商用车的高级驾驶辅助系统（ADAS），也有人称之为“SAE L2+级”无人驾驶系统。目前在美国新售的所有轻型汽车中，近一半（46.5%）搭载了L2级ADAS。Burger和其他专家在会上接受SAE采访时表示，L3级和L4级自动化研发主要是针对无人驾驶出租车、本地货物配送和长途运输这一规模虽小但发展强劲的领域。高昂的成本、不成熟的技术和传感器市场蜂拥而至的新“玩家”已经导致了数十家初创公司的出局。

　　Burger指出：“我们的数据库追踪了过去五年里120多家获得融资的激光雷达‘公司’，我们得知新成立的公司数量超越了市场的吸收能力。”这是他所谓的“ADAS传感器疲劳综合症（ADAS Sensor Fatigue Syndrome）”所导致的。获得融资的ADAS传感器公司总数从2016年37家，下降到2021年的16家。截至目前，2023年还没有新的ADAS传感器公司成立。他表示：“现在很难筹集资金。”有必要注意一下的是，目前上市的前17家ADAS科技公司中，有6家是中国公司。

　　由于OEM的产品战略规划往往超过当前产品周期，因此ADAS/AV传感器和计算机市场的并购活动依然十分活跃。主要的一级供应商（主要是博世、大陆、Gentex、Koito和采埃孚）是最活跃的投资者。在AutoSens大会上接受SAE采访的供应商预计，标准的L3级汽车将配备8到10个摄像头、5个雷达、1个激光雷达、超声波和湿度传感器，以及100 TOPS的算力。

　　对于规模小得多的L4级无人驾驶出租车队，每辆将配备多达14个摄像头，21个雷达（10个近程雷达、8个远程雷达和3个高分辨率毫米波雷达）和5个激光雷达。据说L4级汽车需要10倍的算力。例如，目前正在研发的1550nm波长的高功耗激光雷达将需要1000 TOPS的算力。

　　更多的TOPS通常意味着需要更加多的芯片面积、更大的功率和更高的成本。Burger表示：“在未来的5到10年里，软件将成为汽车行业的主要焦点。”但与个人电脑相比，汽车行业在软件开发方面仍处于“黑暗时代”。随着汽车行业的重心转向“软件定义汽车”，我们应该一个更通用的端到端操作系统。

　　在没有现成的综合解决方案的背景下，Burger表示：“我认为特斯拉将继续引领潮流，因为他们公司是纵向整合的，几乎拥有一整套无人驾驶汽车技术。”

　　专家表示，由于摄像头的一直在升级，ADAS不再受限于光学深度。而雷达方面，工程师们正在努力克服各种信号限制，包括经常导致错误制动的“桥下”环境。Rivian的传感器团队负责人Abdullah Zaidi表示，一直在升级的4D成像系统有望主导ADAS市场。他表示，4D雷达的探测范围为300米（984英尺），具有80度的角分辨率，而目前的系统仅具有18度的角分辨率和200米（656英尺）的探测范围。Zaidi指出，更先进的芯片组支持更高的分辨率。德州仪器（Texas Instruments）最近推出了多达1192个虚拟通道的芯片组，而Arbe可提供2304个虚拟通道。门控成像和短波红外成像（SWIR）也即将量产。

　　激光雷达将在乘用车领域发挥及其重要的作用，目前主要供应商正在研发新型边缘发射激光器和光纤激光器。曾供职于高通公司的Zaidi向AutoSens大会的观众表示：“我们大家都认为远程激光雷达将比短程激光雷达更早得到推广。”他表示，目前供应商正致力于降低激光雷达的功耗，使其低于当前最高效型号的功耗，即12-13 W以下。

　　专家们一致认为，激光雷达的主要障碍是成本：要实现每年超过2亿台的量产，激光雷达自身要更大的光功率，由此产生高昂成本。在权衡成本与性能方面，硬件的性价比正在逐步的提升。Zaidi表示，以探测器为例，行业正改用硅光电倍增器（SiPM）技术。SiPM是一种固态高增益辐射探测器，在吸收光子后产生输出电流脉冲。这些具有单光子灵敏度的传感器能够检测到波长介于近紫外光（UV）和近红外光（IR）之间的光波。

　　他解释道，SiPM已发展成为一种一流的光电探测器，以其高内部增益和低噪声著称。此外，SiPM具有紧凑的机械结构，能够在低电压下工作，并且不受磁场影响。在某些情况下，SiPM的能量分辨率与光电倍增管（PMT）相当。

　　罗拉贝格预计，到2030年，将占高档汽车材料清单20%的半导体在制造功能更强、成本更低的传感器方面发挥着逐渐重要的作用。总部在比利时的半导体开发商Imec的AI研究主管Steven Latre指出，该公司最近推出了一款小型化、单芯片、固态激光雷达解决方案，可在短波红外线（SWIR）的范围内工作。

　　他解释说：“短波红外线接近自然光。”Imec公司还在开发使用QD（量子点）传感器的短波红外成像技术，用于感应汽车乘员。Latre认为，随着摄像头、雷达和激光雷达演变成一个单一的单元，传感器数据融合将朝着他所谓的“传感器技术融合”的趋势发展。但他也承认，离散传感器可使OEM灵活性更好地在车辆上布局。与AutoSens大会上的别的行业专家所见略同，他强调，当ADAS功能从L2级提升到L4级时，对算力的要求将“巨幅”提升。

　　为支持不同模态中更先进的传感，他表示：“更高的（汽车）自动化水平需要更高的TOPS，因为我们所需的计算量呈指数级增长。”

　　Latre认为，从通用的单晶片系统级芯片（SoC）到更多特定领域的解决方案，汽车“半导体”将成为当前汽车电子电气架构革命的一部分。Imec公司正在研发“芯粒（Chiplets）”技术，即基于比SoC架构的尺寸更小、功耗更低的芯片。这种芯片可减小激光雷达模块的外观尺寸，实现更高的封装效率（Imec还瞄准了无人机和医疗市场）。该公司正在开发波长在1550 nm左右、距离分辨率为几厘米，且能够在10-30 Hz的频率下以每秒几帧的速度成像的激光雷达芯粒。Latre表示，芯粒的另一个优点是上市时间更快。

　　Konstantin Fichtner在AutoSens大会上关于全新梅赛德斯-奔驰Drive Pilot系统的演讲备受期待。被吹捧为奔驰首款（也是业内首款）SAE L3级（目前仅面向德国市场）量产汽车驾驶系统，Drive Pilot在奔驰现有的L2级驾驶辅助系统的基础上增加了激光雷达、先进的前视立体多功能摄像头（SMPC）、一个后置单摄像头、一个用于检测危险报警闪光灯和警报器的麦克风阵列，以及一个湿度传感器——搭载于奔驰S级、迈巴赫和EQS车型的Drive Pilot驾驶系统均包含这些设备。此外，系统还包含了一个更够提供更精确的汽车定位的新天线阵列。

　　根据内华达州关于无人驾驶汽车法规第482A章，内华达州将成为美国第一个批准L3级无人驾驶汽车上路的州。据L3级Drive Pilot项目首席工程师Fichtner称，该项目将于2023年晚些时候推广到加州，而公司的“目标”是在2030年之前推出L4级系统。

　　梅赛德斯的Konstantin Fichtner表示，对车载计算能力的需求持续不断的增加，有几率会使处理器的主动冷却。（LINDSAY BROOKE）

　　Fichtner将L3级系统定义为“有条件的无人驾驶”。他表示，有了L3级驾驶系统，“你会爱上交通堵塞”，因为车辆接管驾驶任务时，车主能获得放松。目前，奔驰S级汽车搭载了超过16个驾驶辅助子系统，可能是世界上搭载最复杂ADAS的量产车。

　　Fichtner表示：“搭载Drive Pilot的汽车在每次行驶的过程中，都会通过10个数据记录器记录6万个信号。”正如AutoSens大会上其他专家所指出的那样，对车载算力的要求将随着接收和处理数据量的增加而提高。他表示，未来的ADAS甚至“在大多数情况下要进行主动冷却”。

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