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解密2023年三大汽车传感器趋势!

时间: 2024-03-12 17:38:38 |   作者: 汽车排放气体分析仪

“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,能轻松实现不同程度的无人驾驶。

产品特性

  “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,能轻松实现不同程度的无人驾驶。”Yole Intelligence的分析师Pierrick Boulay介绍说。

  传感器在高级驾驶辅助系统(ADAS)和无人驾驶系统(AD)中已经很普遍,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。

  EE Times Europe:慢慢的变多的传感器被部署在车辆中,以提升汽车的主动安全性能,但传感器的数量不可能无限增加。伴随着更多短程、中程和远程应用传感器的出现,未来的传感器类别是否会更加具体?

  Pierrick Boulay:的确,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,车载激光雷达大多数都用在远程应用,我们大家都希望未来能看到短程激光雷达应用在高速自动变道、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旁边的环境,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,能实现不同程度的无人驾驶。

  EETE: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。而热敏、可见光成像和夜视摄像头的技术和市场趋势是什么?

  Boulay:由于热像仪成本高、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,但它们慢慢的开始在Waymo、Cruise 和 Zoox等AV(Autonomous Vehicles,无人驾驶汽车)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的新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做相关操作,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,我们还能够最终靠提升摄像头的参数,来抵消光线闪烁带来的影响。

  EETE:可见光摄像头可能没办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很有效。我们会在汽车上看到热像仪慢慢的变多地参与协同工作吗?

  Boulay:诚然,可见光摄像头在光线不足或恶劣天气下的效果不佳,而远红外(FIR)或短波红外(SWIR)摄像头能解决这个问题。但目前这些摄像头的价格仍然太贵了,而且要进一步改进性能,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。摄像头能大大的提升分辨率、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——这将需要更加多摄像头和更多样化的摄像头类型。

  EETE: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力是什么?

  Boulay:部署雷达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。未解决这一问题,OEM厂商慢慢的变多地采用前角雷达。另一驱动因素与舱内感应有关,雷达将用于儿童存在检验测试,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。

  EETE:谁在引领潮流?科技巨头是否会通过大规模投资来改变游戏规则?是否会出现新的挑战者?

  Boulay:领先的企业有大陆集团、博世、海拉(现为Forvia)、电装、Aptiv和Veoneer。这六家企业拥有约80%的市场占有率,并还有一些新玩家正在崛起,比如Arbe、Vayyar、Uhnder和Metawave。他们专注于开发可提供更佳角度分辨率的成像雷达,从而能更好地感知物体。

  Boulay:除了集成之外,RF(射频)性能也有根本性的演变。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,外观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AI算法的原因。

  Boulay:首先,LiDAR内部的组件类型正在发生明显的变化。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,来提升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。

  Boulay:在LiDAR市场上,真正能够向OEM交付产品的玩家寥寥无几。法雷奥是一个明显的领导者,自2018年以来它与奥迪一起进行大规模量产。除了法雷奥之外,我们也注意到来自中国的禾赛科技、速腾聚创,这三家公司目前在市场上占主导地位。另外,包括Innovusion、大陆和华为在内的其他公司也在小批量提供LiDAR,而Luminar和Innoviz目前仍未量产。

  EETE:在2020-2021年期间,LiDAR是融资轮次和融资金额方面的主导类别。今天的情况如何?

  Boulay:2021年,投资的人对LiDAR公司的投资总额超过26亿美元,但这一数字在2022年降低了10倍以上。我们大家都认为,投资者正在更谨慎地考虑投资对象。他们盼望能投资于合适的勇于探索商业模式的公司,这一些企业的技术不仅能保持低成本,还能实现大批量生产,并且要满足汽车对的LiDAR需求。与此同时,投资者正在寻找能够真正向OEM交付LiDAR的公司。

  Boulay:是的,很明显。如果我们观察汽车摄像头和雷达市场,其中四至五家厂商约占据75%的市场占有率。从中长期来看,我们预计LiDAR领域也会出现类似的动态。Velodyne/Ouster等LiDAR制造商之间的整合将继续,或者Tier-1公司将收购LiDAR公司。其他公司将消失,或将重点转向工业应用,以更快地盈利。

  Boulay:需要降低LiDAR传感器的成本,以实现无人驾驶功能,但成本也与产量有关。如今,LiDAR传感器的产量太低,而提高产量对大幅度降低成本至关重要。此外,还有必要进行更多的开发,才能在恶劣天气下实现无人驾驶。最近,Waymo发布了一段视频,视频展示的是——下雨天,Robotaxis可以在没有安全驾驶员的情况下实现无人驾驶。因此,汽车实现无人驾驶是可能的,而汽车从业者还需要做更多的工作。这将与传感器硬件和相关的感知软件有关。

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