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             2022-08-29 10:54:52  芯片雷達地圖
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          自動駕駛的快速演進,使先進感知技術“上車”速度遠超預期。

          比如激光雷達,前幾年在很多人眼里還可望而不可及,今年就隨著部分新車的陸續交付正式進入量產時代。

          據興業證券此前統計數據顯示,2022年上半年,全球搭載激光雷達的量產車型約有6 款,貢獻激光雷達出貨量約5.5萬臺。2022 年下半年,全球預計還會新增14款搭載激光雷達的量產車,這將帶動下半年激光雷達出貨量達19.8萬臺,全年累計出貨量約為25萬臺。

          那么在激光雷達之后,下一個接力上車的先進感知技術會是哪個呢?目前來看,大概率是4D成像毫米波雷達。

          作為傳統車載毫米波雷達的“升級版”,4D雷達由于在原有對距離、速度、方位等的探測上,增加了對目標高度維的測量,可以實現更精準的探測效果,正成為業界用來優化智能駕駛感知系統的又一重要抓手。

          據蓋世汽車不完全統計,目前國內已至少有接近20家本土企業在開展4D成像毫米波雷達相關的研發,其中大部分企業計劃在今明兩年正式進入量產。這意味著,國產4D毫米波雷達有望在2023年左右迎來一波“上車”高峰,進入技術兌現。

          毫米波雷達進入“4D”時代

          所謂4D成像毫米波雷達,與傳統毫米波雷達相比最明顯的差別在于,增加了對目標高度信息的感知,隨之而來的是感知精細度的大幅提升。


          4D雷達量產元年開啟,但真正的硬仗才剛開始


          圖片來源:幾何伙伴

          傳統毫米波雷達由于俯仰維通道有限以及處理器性能等的限制,過去主要用來探測物體的距離、相對速度和方位角,這也即是過去“3D”的含義。

          但在測高方面,傳統雷達能力很微弱,甚至可以說根本不具備測高能力。這樣導致的結果是,當碰到路面有靜態障礙物的時候,雷達雖然可以探測到障礙物反射點,但因為無法識別障礙物的高低和大小,常常難以作出準確的判斷。其他還包括對路面井蓋、減速帶、路牌、天橋等靜態目標的錯誤感知,由此導致毫米波雷達在融合系統中普遍置信度較低。

          為減少不必要的剎車,提升用戶體驗,實際應用過程中一些雷達公司、自動駕駛公司或者車企會選擇將雷達感知到的這類靜態目標直接過濾掉?;蛟S在大多數場景中,這種策略都足以應對,但對于一些不常見的Corner Case ,就顯得有些力不從心了。尤其目前國內量產的L2級自動駕駛系統不少都將視覺作為主傳感器,毫米波雷達作為輔助感知,如果視覺發現障礙物還好,若沒有及時發現,得依靠毫米波雷達,這時很容易出現問題。

          4D雷達相較傳統毫米波雷達,由于具備更多的通道數,以及更先進的處理器,不僅能夠提供目標的高度信息,實現更高的角分辨率,還可以輸出致密點云信息,勾勒周邊物體的輪廓,也即是點云成像。

          在角分辨率上,當前4D毫米波雷達普遍可以做到1°以內的水平角分辨率和2°以內俯仰角分辨率,而這對于提升駕駛安全尤為重要。以ACC為例,據相關人士介紹,如果要準確分辨出300米之外的兩輛車,水平角分辨率一定要達到1°以下。而如果要識別車前150米處懸空約6.5米的紅綠燈時,角分辨率需要達到2°才能滿足需求。


          4D雷達量產元年開啟,但真正的硬仗才剛開始


          4D毫米波成像雷達點云圖,圖片來源:幾何伙伴

          點云輸出方面,傳統雷達點云密度很稀疏,基本無法進行障礙物分類,而4D雷達則具備類似激光雷達的點云輸出能力,可助力解析目標的輪廓、類別,在提升整個系統感知可靠性的同時,還能夠與攝像頭感知互為冗余,作為圖像傳感器失效時的分類補充 。

          比如采埃孚的長距離成像雷達,據悉能接收到來自行人10個左右的數據點,通過對每個數據點進行測量并反饋物體的速度,即可獲得精確的目標信息。采埃孚表示,其長距離成像雷達甚至可以解析單個肢體的運動軌跡,從而識別行人的行走方向。

          縱目科技(點擊查看縱目科技4D毫米波雷達申報2022金輯獎信息)的第一代短距離4D毫米波雷達ZM-SDR1,官方宣稱通過單車搭載4顆可實現超過10000pts/s的點云數據,點云性能可對標8線激光雷達,但成本卻只有其1/20。正因為如此,也有觀點認為4D毫米波雷達未來可以在某些應用場景中作為激光雷達的“平替”。


          4D雷達量產元年開啟,但真正的硬仗才剛開始


          采埃孚成像雷達最遠探測距離可達350m,圖片來源:采埃孚

          且與傳統毫米波雷達相比,4D成像雷達還可以實現更遠的探測距離,用于前向感知時普遍可以達300m以上,這意味著在面臨緊急情況時,可以給予駕駛員更多的反應時間。加之毫米波雷達本身在應對雨霧雪等惡劣天氣時有明顯的優勢,這些特性在4D雷達上同樣會得到繼承,進一步提升4D雷達的整體性能表現。

          量產大幕正在拉開

          得益于測高能力、角分辨率、點云密度等的顯著提升,4D毫米波雷達正被認為是自動駕駛從L2向L3甚至更高階的L4/L5演進的重要支撐。


          4D雷達量產元年開啟,但真正的硬仗才剛開始


          圖片來源:安波福

          安波福中國研發中心產品開發總監張磊就認為,對于L2,自動駕駛系統主要面對的感知對象是障礙物,對于環境是要忽略掉的,但到了L2++階段,除了對目標的感知,還需要更多地去感知環境,在這種情況下,傳統毫米波雷達性能顯然無法滿足需求?!八?D雷達是伴隨著高階自動駕駛自然出現的”,他表示。

          NXP在此前發布的成像雷達白皮書中也表示,隨著具備商業可行性的4D成像雷達技術問世,將對面向L2+和更高級別汽車部署的ADAS傳感器組合產生重大影響,不僅可以助力實現L2+級安全和舒適功能的廣泛應用,還將為L4/L5級完全自動化鋪平道。

          而出于對4D雷達感知能力的肯定,目前已經有不少車企及技術提供商宣布了這項技術的量產計劃。


          4D雷達量產元年開啟,但真正的硬仗才剛開始


          長安深藍SL03,圖片來源:長安深藍官網

          近日,長安深藍品牌首款戰略車型深藍SL03正式上市,新車提供選裝的高階智能駕駛輔助系統就確認將搭載1顆4D成像毫米波雷達,配合4顆高密度點云毫米波雷達、12顆超聲波傳感器、10顆高性能攝像頭、一個DMS攝像頭以及6個微碰傳感器,進行車內外感知。其中,4D成像雷達據悉來自于森思泰克,不過官方并沒有公布搭載該系統新車的具體交付時間。

          面向4D成像雷達,森思泰克規劃了多款產品,包括兩款4D成像前向雷達:STA77-6高分辨遠程雷達、STA77-8高分辨遠程雷達,和一款角雷達STA79-8。其中STA77-6采用了6發8收設計,作用距離達280m,STA77-8采用了12發16收設計,作用距離達350m,相關產品據悉已經接連拿下了國內多個頭部車企前裝量產平臺化項目定點。

          即將于9月下旬正式上市的飛凡R7,搭載的是采埃孚的4D長距離成像雷達,該定點項目去年就已經公布。據當時官宣的信息,這款雷達擁有192個通道,分辨率是傳統汽車雷達的16倍,水平探測角度為±60°,最遠探測距離可以達350m。


          4D雷達量產元年開啟,但真正的硬仗才剛開始


          華域汽車4D雷達,圖片來源:華域汽車

          華域汽車電子分公司自主研發的4D成像毫米波雷達產品,則實現了對友道智途等商用車智駕客戶的小批量供貨。據了解,華域汽車此前已經規劃了兩款4D雷達,分別是LRR30和LRR40,其中前者采用了2片MMIC級聯,實現6發8收,后者采用了4級聯設計,實現12發16收。

          目前已經實現供貨的猜測是LRR30,該產品最多可以輸出1024點4D點云,并追蹤多達64個目標,最遠探測距離可達300m,官方稱識別180米遠的易拉罐或者190米外的橡膠輪胎都不在話下。LRR40最多可輸出3072點4D點云及128個目標,最遠探測距離可達350m。

          縱目科技第一代短距離4D毫米波雷達ZM-SDR1,也已經進入了量產階段,目前已知定點客戶有金康、美團、JAC等,預計今年出貨量在40W顆以上。該產品采用了雙模設計,可兼容高速ADAS應用和低速泊車應用,通過軟件手段實現長短距切換。比如在高速ADAS 場景中,實現80 - 100米范圍內的檢測,在低速 AVP 的模式下,可以進入另外一種模式,實現更近距離的檢測。


          4D雷達量產元年開啟,但真正的硬仗才剛開始


          木??萍?第三代4D成像雷達I79,圖片來源:木??萍?/p>

          另外,諸如保隆科技、福瑞泰克、幾何伙伴、川速微波、納瓦電子、木??萍迹c擊查看前述企業4D毫米波雷達申報2022金輯獎信息)、楚航科技、雷科防務等本土技術提供商也均在開展相關的技術研發,其中絕大部分企業的量產時間都定在今明兩年。

          例如福瑞泰克的4D毫米波雷達,據悉也已經獲得了項目定點,相關車型預計于年底量產上市。納瓦電子的6發8收成像雷達正在跟整車廠對接測試,12發16收成像雷達計劃今年年底實現量產,預計明年開始大批量應。蠻酷科技4D成像毫米波雷達計劃2022年完成開發,2023—2024年完成4D雷達產線建設,開始乘用車前裝項目量產,2024年正式投入量產。

          不難預見,2023年左右國產4D雷達將初步實現規?;慨a,正式迎來一波上車高峰。

          技術路線仍未統一

          如果從大陸集團2016年開始研發ARS540 4D成像雷達算起,業界探索這項技術已經有數年的時間,但直到現在4D雷達仍沒有實現規?;涞?,難度可見一斑。

          從傳統“3D” 雷達升級到4D成像雷達,看似只是多輸出了一個維度的感知數據,背后卻需要從提升主處理器性能和算法能力,以及優化天線性能、數量和排布等多個方面同時著手。

          過去很長一段時間,業界主要是通過增加天線數量來提高毫米波雷達的角分辨率。但不可否認,車上雷達的安裝空間往往是有限的,當天線進化到一定程度后沒辦法再增大,這時候必須依賴于處理器及軟件算法等能力的提升。而且提升目標識別能力及準確性作為雷達的終極訴求,實際上與雷達輸出信息量的豐富程度緊密相關,這對處理器的要求以及算法也在同步提升。

          為解決這些問題,目前行業出現了多種不同的技術路線:

          第一種,將標準雷達芯片進行2級聯、4級聯或者8級聯,以增加天線數量,形成多發多收通道。ABCD四巨頭以及華為、森思泰克、華域汽車等傳統零部件企業都是采用這種方案,且在處理器的選擇上多是以NXP、TI等外資廠商為主,當然國內也基本沒有很成熟的方案。


          4D雷達量產元年開啟,但真正的硬仗才剛開始


          成像雷達高性能MPUS32R45,圖片來源:NXP官網

          華域汽車的LRR30和LRR40就分別采用的是NXP的S32R294和S32R45,CubTEK亮相CES 2022的4D雷達采用的也是NXP的S32R45雷達處理器。作為一款專為成像雷達研發的高性能MPU,S32R45于今年初正式量產,今年上半年首次用于客戶量產,配合著專為L2+自動駕駛應用量身定制的16nm雷達處理器S32R41,NXP可以充分滿足L2+到L5不同級別自動駕駛研發需求。

          據悉,S32R41和S32R45與NXP的TEF82xx 77GHz雷達收發器結合使用時,可實現小于1°的角度分辨率,同時應用高級MIMO波形設計,支持多達192個虛擬天線通道同時工作。


          4D雷達量產元年開啟,但真正的硬仗才剛開始


          蠻酷4D成像毫米波雷達,圖片來源:蠻酷科技

          蠻酷科技(點擊查看蠻酷科技4D毫米波雷達申報2022金輯獎信息)目前則是以Zynq SoC處理器作為原型來設計算法,但最終計劃將其固化為專用的硬件加速器+國產中低端處理器+國產MMIC的純國產解決方案。華為的12發24收4D成像毫米波雷達據猜測采用的是自研芯片,即由4 片 3 發 6 收的收發器級聯而成。

          第二種,將多發多收天線集成在一顆芯片中,形成專用4D雷達成像芯片,采用這一技術路線的主要有Arbe、Vayyar、Uhnder國外玩家。國內已知在基于這種方式開發4D雷達的企業有威孚高科和經緯恒潤,兩家企業均是和Arbe合作。

          其中孚威高科的4D毫米波雷達產品已實現樣品銷售,正進入早期市場導入階段。經緯恒潤的4D雷達預計2023年實現配套量產應用,據悉該產品通過擴展MIMO體制的發射和接收通道數,構建了48路發射和48路接收通道,探測距離達到350m。另外,AutoX也曾宣布將把40萬套基于Arbe的超高分辨率毫米波雷達系統集成于其L4級RoboTaxi車隊中。

          第三種,在級聯方式上,通過獨特的虛擬孔徑成像軟件算法和天線設計實現高倍數虛擬MIMO,也即俗稱的“軟件定義雷達”,走這一路線的企業主要有傲酷、Mobileye等。其中傲酷已于去年被安霸收購,目前兩家公司正致力于實現4D成像雷達和視覺感知原始數據集的融合,甚至在未來進一步支持激光雷達的前融合。而在被安霸收購之前,傲酷還分別獲得了通用汽車、海拉等多家行業巨頭的戰略投資。

          第四種,使用超材料研發新型雷達架構,代表廠家有Metawave、WARLORD、龍勃透鏡等,但這方面目前相關的研發進展相對較少。

          整體來看,這幾種技術路線都有各自的優劣勢。多級聯方案目前來看已經相當成熟,也比較容易落地,但基于這一方案設計的成像雷達往往尺寸較大,算力、功耗等也難以持續。專用芯片往往能耗較高,價格也比較昂貴,并且需要突破信噪比低的局限性,目前真正應用的并不多。超材料方案量產難度更大,目前尚處于實驗室階段。


          4D雷達量產元年開啟,但真正的硬仗才剛開始


          圖片來源:安波福

          而由于這幾種方案背后都不乏行業權威力量的加持,這決定了未來4D毫米波雷達的演進將存在較大的不確定性,這不僅僅是不同技術路線之爭,還包括4D雷達本身的市場前景。

          雖然過去一段時間已經有不少車企和技術提供商宣布了4D雷達的研發及量產規劃,從大家公布的產品性能來看,也確實有較大飛躍,但業界對于4D雷達未來的市場前景仍然看法不一。

          目前比較樂觀的預測認為,4D毫米波雷達將從2022年開始小規模前裝導入,預計到2023年搭載量將突破百萬顆。另據中金公司測算,至2025年,中國車載4D成像雷達市場規模在悲觀、中性、樂觀情況下有望分別達到1.9億、3.6億、5.4億美元,2022~2025年的復合年均增長率分別達到34%、64%、88%。

          但也有業內人士認為,4D雷達在自動駕駛演進過程中的實際需求有多大,具體應用效果如何,能否真正全面替代傳統毫米波雷達,其實還有待市場進一步檢驗。這背后,車企對4D毫米波雷達的需求尚不明確,以及4D雷達本身面臨的技術挑戰、行業標準不完善、生態鏈不成熟等均是重要掣肘。

          另外從作為激光雷達“平替”的角度,不容忽略的是,即便升級到成像雷達,毫米波雷達的分辨率還是比不上激光雷達。而目前激光雷達也在快速降本,并且現階段來看,激光雷達的裝車速度其實已經跑贏了4D雷達。所以接下來4D雷達要想“逆襲”,降本速度可能得比激光雷達更快才行。

          綜上,雖然目前圍繞4D毫米波雷達的一切都在往好的方向發展,但真正的挑戰其實才剛剛開始,接下來等待4D雷達的還將是一場硬仗。


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