作为智能驾驶的重要零部件,雷达领域內4D毫米波雷达和激光雷达,可谓齐头并进。不过,八仙过海,各家Tier1们到底走什么技术路线,还是有差异的。
6月21日,大陆集团Continental第六代雷达做了一次小范围的交流活动,主要是深入沟通一下大陆第六代雷达相关的进展。大陆比较自豪的是,第六代雷达结合了高性能和高性价比。
“2023年,我们开始推出第六代雷达。第六代雷达也非常成功,因为我们传感器的订单量也已超过1亿只。虽然这些订单还没有完全交付量产,但是订单量已经超过了过去20年大陆集团雷达产量的总数(1亿只)。”
大陆集团自动驾驶及出行事业群中国区负责人贝悦登(Juergen Brandl)先生对汽车公社表示,受到订单“很大的鼓舞”,但是对于具体价格,则不肯透露。当然,雷达的总体趋势都是降本的。
贝悦登还介绍了大陆观察到的雷达传感器的发展趋势。根据大陆的数据,目前,几乎50%的汽车都装有长距雷达,而且搭载比例越来越高。“有人说雷达将被摄像系统所取代等等,至少在这个表的数据上看不到这个趋势。此外,角雷达在360°环绕传感中的应用也逐年迅速增加。”
“遥遥领先”?
从产品组合上,大陆的第六代雷达包括长距离雷达以及环绕式雷达(角雷达),还有4D成像雷达以及卫星雷达。而且,从第五代雷达开始,大陆的技术路线就是前雷达、角雷达共平台开发。
对第六代雷达,大陆集团AM中国区工程总监周勇博士用了一句话,“如果要让我用一句话来总结第六代雷达产品,可以说这是全球第一款已经量产的4发4收、全频段、单芯片、使用了LoP技术以及波导天线技术的高性能雷达。”
不过,从谨慎的角度,大陆没有将这两款ARS620/SRR630雷达命名为4D雷达,而是内部称为3.5D。毕竟距离其第一款五代4D成像雷达ARS542的点云数据还有距离。
从功能角度来看,这一代大陆雷达可以输出目标、点云、道路边界,并且可以实现警告及控制功能等等。其中,“道路边界检测”则是一个独特的卖点,就是可以输出道路两侧的距离。
“为什么这个数据很重要?因为我们探测到了目标,我们就知道这个目标是在什么地方,目标与车要做很好的关联。”
周勇博士抓取了几个典型的参数,比如,车辆的探测距离可以达到280米,角精度可以达到0.13°,ARS FoV ±60°,也就是120°。在角度方面,角雷达可以做到±80°,综合起来就是160°。特别值得一提的是,雷达的行人探测距离可以达到140米,距离分辨率0.2米。
对于“0.2米”这个尺度,周勇博士用了“遥遥领先”来定义。这也是毫米波雷达的优势,在光照不好的场景下,可以非常可靠地检测远距离的行人。
而行人检测功能的增强,当然是基于法规越来越严格的原因。而且,出口海外是国内车企一个非常重要的增长点。但其他国家和地区,从法规的趋势上会越来越严格,这是毋庸置疑的。再加上信息安全以及功能安全在全球市场上非常被重视,在这方面,大陆集团有非常强的经验。
说到波导天线,周勇还表示,到目前为止,“大陆集团是全球第一家,也是到目前唯一一家已经量产波导天线雷达的公司。”因为,波导天线的技术含量很高,如何设计上面的天线,如何布局,都非常考验雷达供应商和波导天线供应商的能力。
而基于最新的波导天线技术,独特的波形设计以及LoP技术,还有智能雷达抗干扰技术以及高分辨率算法,周勇博士认为,“大陆集团有(这样)高性能且低价格的产品,可以帮助自动驾驶以及辅助驾驶更加快速安全地落地。”
对于目标检测,第六代雷达的电子接口满足CAN-FD和以太网。另外,大陆能提供目标和点云的所有功能以及性能给主机厂。
至于角雷达,大陆集团在性能上做到了车辆检测距离200米。这比上一代的角雷达探测距离提高了一倍,达到与市面现有前向雷达的探测距离同等水平。同时,其行人探测距离是可以达到110米,角的距离分辨率0.29米。
周勇认为,可能有的雷达供应商可以做到探测距离、分辨率在一个指标情况下非常好,但是两个指标都同时做到的供应商,目前大陆集团可能是独此一家。
跟前雷达一样,角雷达同时支持前后融合,不过周勇博士很委婉地说到,“从经济性的角度,客户可以把这些相对已经成熟的功能交给供应商,客户自己可以更加专注于他们擅长的领域开发,比如说城市NOA或者其他系统。”
另外,大陆第六代雷达支持全频段,既可以运行于77GHz,也可以运行于79GHz。雷达带宽可以做到4G,对应的距离分辨率可以做到5厘米。这就意味着79GHz角雷达在此模式下可以支持泊车的场景,可以部分取代超声波雷达。
目前来看,24GHz国产化率较高,77GHz仅少部分国产玩家具备量产能力。
周勇还表示,“现在有些声音讲角雷达的性能不重要。我个人对此是持不同的观点,原因在于我们终端客户对系统性能的敏感度会越来越高。在这样的情况下,高误报率可能会导致终端客户也就是驾驶员的体验非常差。”
而从这次的体验来看,在搭载5个六代毫米波雷达和1个五代4D毫米波雷达的车内监视器上,可以看到第六代毫米波雷达ARS620已经可以感知到栅栏、树木、路牌等目标,对比五代4D毫米波雷达ARS542,点云虽没有那么密集清晰,但已经很丰富了。
波导天线
波导天线不是很新的技术。但是,大陆集团首次使用波导天线技术,是2021年量产的首颗4D毫米波雷达ARS540。
那么,大陆引以为傲的波导天线是什么结构?简单来说,就是微波可以在内部进行传输。
周勇博士表示,波导天线有几点好处,第一点,波导天线损耗更低,因为电磁波在空气里传播的效率仅次于真空。第二点,传统的微带天线布置天线是在一个平面上,所以灵活性非常差,而波导天线可以进行立体布局,线路更短,损耗进一步降低。第三点是,波导天线的材料是金属化塑料,相比传统的PCB,损耗降低了93%左右。
而且,波导天线与芯片技术LoP(Launch on Package)合并使用,可以更加放大波导天线的优势。
原因在于,信号无需经过PCB。传统意义上电磁波需要通过PCB,再到馈线,然后再到天线,最后反馈数据。而用LoP+波导天线,是通过波导的接触,摆脱了对高频板材的依赖。特别在特定角度大角度55°的时候,微带天线能量的数量远远小于LoP+波导天线技术之后的能量强度。
此外,大陆在CCM(可变中心频率脉冲压缩波形)技术上有独特的设计。CCM技术是中心频率在变化,总的带宽在增加,对应的就是距离分辨率。而CCM技术及独特的算法达成了长距离以及高距离分辨率。
传统的雷达技术上,长距离跟高距离分辨率这两个指标很难同时发生。当解释距离高的时候,分辨率是低的。当解释分辨率比较小的时候,探测距离又上不去。
还有就是雷达的抗干扰问题,周勇表示,大陆同时解决了自车雷达干扰,以及他车雷达的干扰。采用的技术分别是智能分时发射雷达信号,以及算法上做一些处理,比如,在调频里面加一些编码,在解码的时候就可以识别出来以抑制他车雷达信号,有效保证雷达的性能。
除此之外,雷达的角分辨率是非常重要的一个指标。“从使用的角度、技术的角度,我们可以做到在特定的情况下启用高分辨率技术,将分辨率提高到比如说像前雷达的1.3°。”
1.3°意味着,目标距离自车140米的情况下角反距离是2米6,约一个车道的宽度。这样的情况下,可以把前方两个目标分开。“做到这一点,作为自动驾驶的功能以及性能是非常重要的。”
而从波导天线技术,也引申出一个问题,为什么大陆不断加码雷达的研发、持续改进功能和性能呢?
贝悦登表示,因为这是基于一个简单的事实,GB标准要求在汽车中使用自动驾驶系统。NCAP要求在车内安装自动制动安全系统。NCAP定义了这样的测试场景,即系统需要在夜间可以安全运行,或者在大雨中等情况下很好地运行。“这是我认为雷达是绝对必要的原因之一,也是有力的证据之一。
”
此外,根据“半导体行业观察”的测算,预计到2025年全球毫米波雷达市场规模将达到384亿元,复合增长率25.5%,中国市场规模将达到149亿元。全球毫米波雷达搭载量将达到1.1亿颗,其中中国市场将达到4250万颗。无疑,毫米波雷达市场的增长趋势也是因素之一。
算法怎么搞?
大陆集团雷达的历史从1999年开始,当时,贝悦登在德国林道总部进行研发工作,那是大陆的第一代雷达,是为梅赛德斯奔驰所设计的。2021年,大陆推出第一款4D成像雷达,梅赛德斯奔驰也再次成为4D成像雷达的第一个客户。
目前,大陆的雷达传感器业务,属于大陆集团自动驾驶及出行事业群(AM)。AM中国总部在上海,有生产基地以及主要的研发中心。另一个研发基地位于重庆。此外,大陆有两个测试中心,一个在盐城,一个在泰兴。
对于第六代雷达的研发成本,周勇博士没有明确回答,只是说,“整体趋势上,由于我们的产品已经是一个很成熟的产品,所以它的成本趋势是大幅度下降的。”再者,因为应用了非常多的创新技术,“我们雷达是同级别最低功耗,可以节能省电,可以减少用户的里程焦虑。”
还有一个问题是,4D毫米波雷达和激光雷达的应用场景的具体区分或者边界在哪里?
周勇博士的个人观点是,这是两类不同的技术,它的评估范围不一样。第一,两者在不同级别的车上可能会有不同的应用。第二,从一些技术指标上,比如特定的探测距离上,是有一些相近性的。但是从天气角度考虑,这两个产品大概率是互补的。
Juergen Brandl贝悦登也解释补充道,“我认为他们是有互补性的。尤其是在六代之后,确实在性能上是更加接近激光雷达了。但如果像今天这种雨雾天气的情况下,毫米波雷达的优势就显现出来了。”
从精度上来说,激光雷达有优势,但是毫米波雷达也在不断改善。贝悦登认为,激光雷达和毫米波雷达各有所长,这两者未来会合二为一还是各自发挥独特的优势,还是需要市场来决定的。
贝悦登还提醒道,中国在NOA方面有强烈的需求,城市NOA目前的装配率达到1%以上,但不能忽视主动安全。有40%的应用场景是紧急制动。在关注高阶智驾的同时,一定也要关注主动安全。可以通过高性能的雷达产品,将安全性进一步提升。
而我关心的问题是,关于点云的算法,主机厂还没有完全掌握,那么大陆集团和车企之间如何合作?而且,毫米波雷达和摄像头还存在多传感器的前融合问题。在做前融合的时候会存在哪些挑战?
周勇博士表示,对点云数据的使用,他有同样的观察,“部分客户没有掌握雷达点云数据使用的能力。而从商业模式上我们是非常灵活的,如果客户需要,我们可以提供点云数据处理算法,集成到客户的控制器中。”
他认为,前融合或者是端到端,在不同的场景下有不同的解释。比如端到端可以是全链路的端到端算法,是从最原始的感知数据作为输入,最终的车辆控制指令作为输出;也可以是感知的端到端,从最原始的感知数据到感知输出。
既可以输出点云数据、也可以输出目标数据的第六代雷达,可以支持支持端到端模型、前融合、以及后融合,“至于前融合的挑战,更多的是需要系统架构的支持,以及客户的前融合算法能力。”
贝悦登则补充,点云是非常高性能的输出信号。过去的15~20年间业内一直用的是目标识别,但是现在点云变得越来越重要。而且,对于L2或者L2+的自动驾驶,如果要达成更高性能表现,点云的重要性就凸显了。“我们既可以输出目标识别,也可以通过机器学习将点云和数据进行融合。”
贝悦登的信念是,“我们需要改进我们的传感器产品。传感器就好比我们的‘眼睛’,我们需要用更好的‘眼睛’、更敏锐、更准确地来看待环境。因为如果我们不这样做,那么系统就无法改进,我们也无法真正提高这些系统的自动化程度。”