隨著近兩年來(lái)智慧汽車、車聯(lián)網(wǎng)等等概念的興起，汽車自動(dòng)駕駛的各種科技進(jìn)展不斷占據(jù)媒體版面，引起了全球的關(guān)注和各國(guó)政府的支持。對(duì)于大部分人來(lái)說(shuō)， “吃著火鍋唱著歌”輕輕松松地直達(dá)目的地絕對(duì)是美好的愿望，而徹底改變?cè)絹?lái)越擁堵的交通和幾乎完美的安全保障也將解決政府的心頭大患。
在這個(gè)大背景下，美國(guó)SAE（SAE International，Society of Automotive Engineers 國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)，原譯為美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)）早在2014年就發(fā)布了一版自動(dòng)駕駛分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將自動(dòng)駕駛技術(shù)分為了L0~L5共六個(gè)等級(jí)。作為連續(xù)10年全球最大的汽車生產(chǎn)國(guó)和第一大新車市場(chǎng)，近日，我國(guó)工信部正式發(fā)布《汽車駕駛自動(dòng)化分級(jí)》推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批公示，意味著中國(guó)將建立自己的自動(dòng)駕駛汽車分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可謂為未來(lái)各類自動(dòng)駕駛汽車的量產(chǎn)注入了一針強(qiáng)心劑。
如何提升未來(lái)的車輛自主認(rèn)知能力？
車輛的智能化程度通常用自動(dòng)駕駛級(jí)別來(lái)表示。L1和L2主要是預(yù)警系統(tǒng)，而L3或更高級(jí)別的車輛被授權(quán)控制以避免事故。隨著車輛發(fā)展到L5，方向盤將被取消，車輛完全自動(dòng)駕駛。
為了確保自動(dòng)駕駛車輛的安全，必須充分探測(cè)當(dāng)前和歷史狀態(tài)、環(huán)境特性以及車輛自身狀態(tài)（位置、速度、軌跡和機(jī)械狀況）
在最初的幾代系統(tǒng)中，隨著車輛開(kāi)始具備L2功能，各個(gè)傳感器系統(tǒng)獨(dú)立工作。這些預(yù)警系統(tǒng)誤報(bào)率較高，帶來(lái)了不少麻煩，因此經(jīng)常被關(guān)閉。為了實(shí)現(xiàn)具有認(rèn)知能力的全自動(dòng)駕駛車輛，傳感器的數(shù)量將顯著增加。此外，性能和響應(yīng)速度也必須大幅提升。
自動(dòng)駕駛等級(jí)和傳感器要求
將更多傳感器安裝在車輛上后，還可以更好地監(jiān)控和分析當(dāng)前機(jī)械狀況，如胎壓、重量變化（例如，負(fù)載和無(wú)負(fù)載、一名乘客或五名乘客），以及可能影響制動(dòng)和操控的其他磨損因素。有了更多的外部傳感方式，車輛可以更充分地感知其行駛狀況和周圍環(huán)境。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編譯、分析和融合，使車輛能夠利用這些數(shù)據(jù)對(duì)其行駛環(huán)境作出預(yù)判。這使車輛能夠成為一臺(tái)有學(xué)習(xí)能力的機(jī)器，有望做出比人類更好、更安全的決策。
可以說(shuō)，雷達(dá)、激光雷達(dá)、慣性MEMS/IMU、攝像頭和超聲傳感器等不同子系統(tǒng)組合，為成功實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛和未來(lái)高度安全和可靠的高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)構(gòu)建了框架。而其中半導(dǎo)體企業(yè)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，以高性能模擬技術(shù)提供商ADI為例，其25年來(lái)一直是交通運(yùn)輸市場(chǎng)和汽車系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域高性能感知系統(tǒng)的開(kāi)拓者之一，憑借其創(chuàng)新的傳感器融合概念，為自動(dòng)駕駛技術(shù)的演進(jìn)提供高性能和全方位的傳感解決方案。
實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，這幾種典型傳感器不可或缺
成像雷達(dá)是指多個(gè)毫米波雷達(dá)級(jí)聯(lián)在一起，作為一個(gè)單元同步運(yùn)行，特性通常是具備較高的角分辨率。傳統(tǒng)24GHz/77GHz雙方案通過(guò)半導(dǎo)體工藝技術(shù)來(lái)看，主流的芯片工藝是GaAs；現(xiàn)在的發(fā)展方向，是通過(guò)SiGe技術(shù)來(lái)降低成本，增強(qiáng)可集成度的特性。SiGe也能更好地與傳統(tǒng)硅工藝技術(shù)做整合，有更多的數(shù)字電路能夠集成到這樣的芯片上。
ADI高性能成像雷達(dá)方案
未來(lái)的發(fā)展方向，77GHz或79GHz更高頻率將基于硅技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)更高的集成度。而現(xiàn)在工藝革新CMOS技術(shù)已經(jīng)非常完善，讓這種做法成為了可能。以ADI推出的創(chuàng)新型高度集成式28nm CMOS RADAR解決方案為例，其優(yōu)勢(shì)主要包括超快速線性調(diào)頻以支持很高的模糊速度區(qū)間，低相位噪聲特性允許在較大物體存在時(shí)仍能看到較小的目標(biāo)物，基于CMOS技術(shù)提供高輸出功率和低回?fù)p噪聲系數(shù)，并且能夠級(jí)聯(lián)多達(dá)4個(gè)此類芯片，無(wú)需添加額外硬件就能創(chuàng)造超高的角分辨率圖像。
ADI在CES上展出的CMOS RADAR解決方案
光有成像雷達(dá)當(dāng)然不夠。譬如在行人比較多的時(shí)候，自動(dòng)駕駛車輛往往寸步難行。這時(shí)如果有一個(gè)LIDAR激光雷達(dá)，就可以把障礙物區(qū)分出來(lái)，車輛就可以選擇繼續(xù)行駛還是需要做一些避讓。
ADI的高性能固態(tài)激光雷達(dá)方案
對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)，激光雷達(dá)最好是固態(tài)的激光雷達(dá)。所謂的固態(tài)即沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，完全通過(guò)半導(dǎo)體的方案來(lái)制造不同的探測(cè)角度。這對(duì)于面對(duì)抵抗震動(dòng)等環(huán)境的穩(wěn)定性會(huì)更好，也是ADI注重的一個(gè)發(fā)展方向（ADI曾成功收購(gòu)一家領(lǐng)先的固態(tài)激光波束轉(zhuǎn)向技術(shù)企業(yè)）。
而在中短距離上，ADI則會(huì)提供ToF攝像頭技術(shù)，即所謂的景深攝像頭，其背后也是激光技術(shù)，會(huì)有主動(dòng)光源，按照主動(dòng)光源反射的時(shí)間來(lái)計(jì)算出障礙物景深信息。以ADI開(kāi)發(fā)的AD-96TOF1-EBZ深度感知硬件平臺(tái)為例，該解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)非常小巧和低功耗的特點(diǎn)，測(cè)量長(zhǎng)達(dá)6米的深度，并具有出色的室外和室內(nèi)性能以及VGA分辨率。
AD-96TOF1-EBZ深度感知硬件平臺(tái)
此外，慣性導(dǎo)航MEMS方案在自動(dòng)駕駛方面同樣是非常重要的。這類方案應(yīng)用于GPS信號(hào)不佳，比如隧道這種可能長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有GPS信號(hào)的場(chǎng)景，這種場(chǎng)景下還是會(huì)需要相應(yīng)的導(dǎo)航信息，慣性導(dǎo)航此時(shí)作為補(bǔ)充用于描摹行駛軌跡。這種導(dǎo)航信息就需要來(lái)自慣性導(dǎo)航的芯片持續(xù)給基于車的轉(zhuǎn)向或者車的加速度、減速度，來(lái)知道車的具體位置。
ADI的汽車級(jí)慣性導(dǎo)航MEMS方案
在這方面，ADI慣性導(dǎo)航相應(yīng)的芯片是基于原來(lái)在民航飛行器中的很多經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成汽車應(yīng)用的，與傳統(tǒng)地從手機(jī)消費(fèi)類提升到汽車應(yīng)用的方案不同，可靠度和精度都會(huì)更高。目前來(lái)看，哪怕是長(zhǎng)里程（超過(guò)十公里）的行駛過(guò)程中，也能通過(guò)慣導(dǎo)相應(yīng)的算法和技術(shù)把車的位置信息更新在車道里，給到基于高清地圖的自動(dòng)駕駛場(chǎng)景下慣導(dǎo)位置的導(dǎo)航支持。
ADI在live worx19上展示的慣性導(dǎo)航方案
ADI在live worx19上展示了一款精密慣性MEMS自主導(dǎo)航和監(jiān)控方案，其使用的ADIS16495 6自由度慣性測(cè)量單元是一款高精度戰(zhàn)術(shù)級(jí)和近戰(zhàn)術(shù)級(jí)慣性測(cè)量單元。它由慣性傳感器組成，包括3個(gè)線性加速軸，3個(gè)額定輸出軸，以及一個(gè)陀螺儀，其可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信息以及車輛自主信息來(lái)確定車輛本身的行駛軌跡（哪怕是當(dāng)車輛的其他傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，依然不影響車輛導(dǎo)航）。
總結(jié)
傳感器的重要性對(duì)于自動(dòng)駕駛的發(fā)展已經(jīng)不言而喻，然而跟傳感技術(shù)一樣重要的則是它們的可靠性。如果傳感器本身不可靠，輸出的信號(hào)沒(méi)有被準(zhǔn)確捕獲以作為高精度數(shù)據(jù)提供給上游，那么這些關(guān)鍵的傳感器將變得毫無(wú)意義。ADI公司圍繞慣性導(dǎo)航、高性能雷達(dá)和激光雷達(dá)等領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的深厚積累可以使數(shù)據(jù)質(zhì)量得到可靠保證，力求各種傳感器融合方法和人工智能算法做出最佳響應(yīng)，從而加快我們邁向自動(dòng)駕駛的步伐。
