自動駕駛汽車的關(guān)鍵元器件：傳感器和處理器

　　自動駕駛汽車正在通過提供前所未有的個(gè)人移動性體驗(yàn)來改變我們的生活。事實(shí)上，它們代表了車輛未來定義的轉(zhuǎn)變。為了確保自動駕駛汽車的安全，提供安全，高效和愉快的旅行方式，需要云端和邊緣都需要復(fù)雜的新技術(shù)。此外，隨著數(shù)據(jù)連接和動力總成的電氣化趨勢，自動駕駛將推動突破性的半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展。這與超高性能和高可靠性的傳感，處理和通信的強(qiáng)制性要求相結(jié)合，代表了當(dāng)今和未來技術(shù)創(chuàng)新的絕佳機(jī)會。

　　圖1：自動駕駛汽車為技術(shù)創(chuàng)新提供了大量機(jī)會。

　　傳感器

　　在組件方面，激光雷達(dá)，雷達(dá)和攝像頭系統(tǒng)是自動駕駛安全操作所需的傳感器套件中最基本要素。而且，雖然雷達(dá)和激光雷達(dá)所服務(wù)的功能有很大的重疊，但由于傳感器融合的優(yōu)勢以及在安全關(guān)鍵應(yīng)用中需要冗余系統(tǒng)，它們很可能在自動駕駛系統(tǒng)中共存一段時(shí)間。

　　基于攝像頭的傳感已經(jīng)在許多乘用車上可以提供自動緊急制動，自適應(yīng)巡航控制和車道偏離警告等功能。在無人駕駛中，攝像機(jī)將與其他傳感技術(shù)結(jié)合使用，以生成車輛周圍環(huán)境的詳細(xì)3D表示。雖然雷達(dá)可以測量物體的相對位置和速度，而激光雷達(dá)可以產(chǎn)生精確的物體3D映射，但基于攝像頭的傳感系統(tǒng)利用豐富的視覺信息來完成它的圖像：包括另一輛車，大型卡車或公共汽車，自行車，行人，甚至路牌等。

　　隨著配備攝像頭的車輛變得越來越普遍，它們將成為收集道路狀況，交通擁堵，安全隱患，停車位等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的重要來源。

　　圖像傳感器，圖像處理算法和高性能計(jì)算硬件的進(jìn)步使得先進(jìn)的駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動駕駛系統(tǒng)中使用基于攝像頭的傳感技術(shù)，這些仍將是未來自動駕駛發(fā)展的關(guān)鍵創(chuàng)新領(lǐng)域。

　　目前基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和圖形處理單元(GPU)開發(fā)了許多圖像識別系統(tǒng)，這些系統(tǒng)非常適合視覺處理算法所需的高性能并行計(jì)算。最成功的汽車視覺處理解決方案之一是Mobileye EyeQ系列，這是一種專用的硬件加速器專用集成電路(ASIC)。在發(fā)布ADAS應(yīng)用程序之前，Mobileye在現(xiàn)實(shí)條件下進(jìn)行了廣泛的測試。這使得能夠在連續(xù)幾代芯片上不斷改進(jìn)算法和硅。認(rèn)識到Mobileye占據(jù)的戰(zhàn)略地位，英特爾于2017年8月以超過150億美元的價(jià)格收購了該公司。

　　激光雷達(dá)能夠生成與車輛相關(guān)的非常精確的物體映射，使其成為自動駕駛的關(guān)鍵傳感技術(shù)。它可用于檢測道路特征，例如路緣和車道標(biāo)記，以及跟蹤車輛附近的其他物體。激光雷達(dá)傳感器發(fā)射激光脈沖并檢測反向散射或反射的光能，然后根據(jù)經(jīng)過的時(shí)間計(jì)算到物體的距離。早期的自動駕駛開發(fā)平臺使用掃描激光雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)鏡組件來引導(dǎo)激光脈沖。雖然它們在很好的范圍內(nèi)表現(xiàn)良好，但它們太笨重且制造成本太高。

　　激光雷達(dá)創(chuàng)新主要致力于減小系統(tǒng)的尺寸和成本，同時(shí)保持所需的高水平檢測范圍和分辨率。這導(dǎo)致了固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展，可大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，從而降低了系統(tǒng)的尺寸和成本。開發(fā)固態(tài)激光雷達(dá)的挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)高動態(tài)范圍和分辨率。這反過來又推動了激光發(fā)射器，光學(xué)，光電探測器和信號處理的創(chuàng)新，包括InGaAs光電探測器，使用MEMS技術(shù)的虛擬光束控制和先進(jìn)的信號處理算法。因此，有數(shù)十家初創(chuàng)公司正在開發(fā)用于自動駕駛的固態(tài)激光雷達(dá)解決方案，包括LeddarTech，Innoviz，Luminar和Quanergy等等諸多公司。

　　汽車?yán)走_(dá)在21世紀(jì)初首次應(yīng)用于自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，因此，它是自動駕駛應(yīng)用中更成熟的傳感技術(shù)之一。雖然激光雷達(dá)提供更寬的視野和更高的精度，但傳統(tǒng)雷達(dá)不易受到視覺干擾，如煙霧，霧和眩光等。盡管相對成熟，但仍有創(chuàng)新空間。77 GHz頻段的高頻雷達(dá)可改善遠(yuǎn)程性能，并且對非金屬物體具有高反射率，這對于檢測行人和動物至關(guān)重要。信號處理算法的進(jìn)步使得高分辨率雷達(dá)系統(tǒng)成為可能，并且RF CMOS技術(shù)的應(yīng)用將允許更高的功能集成。這些可實(shí)現(xiàn)更緊湊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如恩智浦半導(dǎo)體和德州儀器最近推出的汽車?yán)走_(dá)片上系統(tǒng)(SoC)解決方案。

　　處理器

　　自動駕駛系統(tǒng)開發(fā)的很大一部分集中在“虛擬駕駛員”或車輛大腦的優(yōu)化上。虛擬驅(qū)動系統(tǒng)包括機(jī)器學(xué)習(xí)算法和連接到車輛的傳感，制動和通信子系統(tǒng)的中間件。該技術(shù)是自動駕駛功能的核心;實(shí)際上，一個(gè)可能的未來場景將讓領(lǐng)先的自動駕駛開發(fā)人員將他們的虛擬驅(qū)動程序軟件堆棧授權(quán)給傳感器，執(zhí)行器和數(shù)據(jù)通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)接口，從而將其集成到車輛制造商的平臺上。然而，這需要開發(fā)可以與控制系統(tǒng)分離的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和更成熟的傳感技術(shù)。