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2023年三大汽车传感器趋势

来源:/news/287.html    发布时间:2023-08-19    点击:673

传感器在高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(AD)中已经非常普遍,它主要用来提高乘客和司机的安全性。如今,摄像头(Camera)、雷达(Radar)和激光雷达(LiDAR)的组合,被用来扫描车辆环境、实时处理数据,这种方案可以比人类司机有更快、更准确地反应。

Yole Intelligence(全球知名市场研究与战略咨询公司)的分析师Pierrick Boulay介绍说,我们将在汽车上看到不同世代的传感器和计算机,它们具备更高的性能,可以实现不同程度的自动驾驶。越来越多的传感器被部署在车辆中,以提升汽车的主动安全性能,但是传感器的数量不可能无限增加,这既是出于成本的原因,也是出于集成的原因,没有人想要一辆看起来像机器人出租车的汽车。每一颗传感器必须要像雷达一样,可以完美集成或隐藏在汽车中。目前,传感器可用于汽车的短程、中程或远程应用,车载雷达通过安装在不同的位置,可专用于中短程应用和远程应用。如今,车载激光雷达主要用于远程应用,我们希望未来能看到短程激光雷达应用在高速公路自动变道、城际驾驶,甚至城区道路驾驶中。以上几个应用需要实时监控汽车周边环境,避免汽车存在任何的盲区。我们将在汽车上看到不同世代的传感器和计算机,它们具备更高的性能,能实现不同程度的自动驾驶。

摄像头

根据Yole的数据,2021年出产的每辆车平均搭载了2.6个摄像头,预计到2027年,平均每辆汽车的摄像头数量将上升到4.6个。今天展示的先进原型车通常装有11到12个摄像头,根据出售给普通消费者的自动驾驶汽车(Consumer AV)的路线图,这类车型平均每辆车搭载了20个以上的摄像头,但是热像仪成本高、分辨率低,它仅用在少数汽车型号上。主要的使用情况是检测路上的行人或动物。只有在价格较低的情况下,此类摄像头的增长才是可以预期的。一直到现在,热像仪的价格仍然非常昂贵,但它们已经开始在Waymo、Cruise 和 Zoox等AV(Autonomous Vehicles,自动驾驶汽车)中部署。可能还需要几年才能成为ADAS中的主流器件。

可见光成像仪的发展趋势是分辨率的提升。几年前,前视ADAS摄像头的分辨率仅有130万像素,现在它的分辨率提高到了800万像素,且未来还有望近一步提高。当然,这并非唯一的趋势——摄像头的帧率也在提升,如今的帧率已达到每秒60帧,一些玩家还在探索更高的帧率。同时,摄像头的动态范围也很重要,以便能在低光照条件下进行操作,保证汽车能在离开隧道时可以从低光照快速过渡到强光照。另外,交通信号灯是由LED制成的,LED的驱动方式会诱发光的闪烁,可能会被运行中的摄像头误判。对此,我们还可以通过提升摄像头的参数,来抵消光线闪烁带来的影响。

可见光摄像头可能无法在夜间或恶劣天气条件下提前检测到危险,而热像仪在这些环境下非常有效。我们会在汽车上看到热像仪越来越多地参与协同工作。但目前这些远红外(FIR)或短波红外(SWIR)摄像头的价格仍然太贵了,而且需要进一步改进性能,才能在汽车中完美部署。

没有任何一种单一模式能解决AV技术的挑战。摄像头可以提高分辨率、速度和动态范围,但问题出现在下游的实时计算能力方面。比如,事件相机(Event-Based Camera)带来了额外的性能,但也要求开发商必须重新考虑自己的系统。无论如何,摄像头必须与4D雷达、LiDAR和惯性/GNSS装置协同工作。有一件事是肯定的——ADAS和AV技术的进步——这将需要更多摄像头和更多样化的摄像头类型。

雷达

根据Yole的数据,全球车载雷达市场规模在2021年达58亿美元,预计到2027年将以14%的年复合增长率增长到128亿美元,推动其增长的主要驱动因素与汽车安全功能有关,比如AEB(自动紧急制动)功能,该功能可与ADAS前视摄像头来协同工作。多年来,雷达一直被用于汽车后部的盲点检测。最近,推动雷达的一个新驱动力与十字路口的安全有关。为了解决这一问题,OEM厂商越来越多地采用前角雷达。另一驱动因素与舱内感应有关,雷达将用于儿童存在检测,即使车内的孩童被毯子盖住,CPD(车内儿童检测系统)也能检测到他们。

最初,雷达在转向数字波束形成(全场景照明)之前使用模拟波束形成和机械转向操作。在数字波束形成时代,引入了MIMO(多输入多输出系统)技术,在保持合理物理尺寸的同时,还增加了虚拟孔径。目前,业内所有参与者都提供MIMO缩放(从0.2k到2k像素),以实现低于1°角分辨率的4D成像雷达。尽管如此,外形尺寸和成本仍然很重要。所以我们预计会出现一个“甜蜜点”。除非使用超过77GHz的频率,否则雷达中RF的演进可能会即将结束。在下一代雷达中,重点将转向雷达信号计算。这就是业界开始研究雷达信号的机器学习和人工智能算法的原因。

激光雷达

根据Yole Intelligence的数据,到2027年,汽车LiDAR市场预计将达到20亿美元,高于2021年的3800万美元。造成这种趋势变化的原因是因为LiDAR内部的组件类型正在发生变化。例如,在发射端由EEL(边发射激光器)过渡到VCSEL(垂直腔表面发射激光器), 接收端探测器从PD(光电二极管)/APD(雪崩二极管)过渡到SPAD(单光子雪崩二极管)/SiPM(硅光电倍增管),芯片端从FPGA过渡到ASIC。这些变化正在提高扫描范围、分辨率,从而提高LiDAR的数据质量。关于LiDAR的类型,也存在从“具有机械运动部件的混合固态LiDAR”到“没有机械运动部件的纯固态LiDAR”的过渡。在未来5到10年内,我们还预计会出现基于光学的LiDAR,它使用FMCW(调频连续波)原理进行测距和光学扫描。



本文翻译自《国际电子商情》姊妹平台EE Times Europe,参考原文:Cameras, Radars, LiDARs: Sensing the Road Ahead.

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