為什么一輛車需要搭載如此多的傳感器呢?直接的原因就是提升自動駕駛感知系統的準確度和精度,進而提高自動駕駛系統的安全性和魯棒性。
如果說人類駕駛員主要是通過雙眼來觀察周邊的路況,那么自動駕駛汽車則是通過安裝在車上的各種傳感器來感知道路環境信息。于自動駕駛汽車而言,傳感器就是它們的“眼睛”。
目前自動駕駛汽車上的環境感知傳感器主要有攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達幾種,然由于這些傳感器在性能上各有優劣在獲取車輛、行人以及紅綠燈等環境信息方面,攝像頭憑借其可以準確識別物體屬性的特點,擁有出色的表現,但在強光、雨雪、大霧等惡劣環境下,攝像頭的識別精度很容易受到影響,再加上基于攝像頭的ADAS解決方案,往往需要汽車具備強大的計算機視覺能力,如果后者達不到要求,攝像頭對環境的感知能力也將大打折扣;毫米波雷達雖然穿透力強,但成像效果較差;至于激光雷達,雖然分辨率高、探測距離遠,但在雨、雪、霧霾、沙塵暴等惡劣天氣中無法正常使用,且價格昂貴。隨著汽車自動駕駛水平越來越高,僅僅依靠單一傳感器已經無法滿足自動駕駛應對復雜場景與安全冗余的需求,多傳感器融合成為必然。
例如特斯拉的Autopilot 2. 0就搭載了8個攝像頭、1個毫米波雷達和12個超聲波雷達,而有著“L3級自動駕駛量產車型”之稱的全新奧迪A8,則搭載了多達24個傳感器,包括4 顆魚眼攝像頭、12 顆超聲波雷達、4 顆中距離毫米波雷達、1 顆長距離毫米波雷達、1 顆激光雷達、1 顆前視攝像頭。威馬的Living Pilot駕駛輔助系統也采用了20個傳感器,包括1個前置單目高清攝像頭、3個毫米波雷達、4個全景攝像頭和12個超聲波雷達。
為什么一輛車需要搭載如此多的傳感器呢?直接的原因就是提升自動駕駛感知系統的準確度和精度,進而提高自動駕駛系統的安全性和魯棒性。但這并不意味著自動駕駛汽車上的傳感器越多越好。
理論上來講,車上安裝的傳感器越多,車輛就更能夠有效地檢測出周圍環境中的風險和障礙物。但這也會帶來其他的問題,譬如成本,毋庸置疑車上多裝一個傳感器就會帶來一筆成本的增加,以及海量的數據處理問題,因為這些傳感器每天會產生大量的數據,這必然對芯片的處理能力提出更高的要求。
目前來看,隨著ADAS及自動駕駛對計算的要求在不斷提高,傳統的MCU算力已經難以滿足自動駕駛汽車的計算要求,當下行業開始越來越依賴CPU、GPU、FPGA、ASIC等AI芯片。尤其是FPGA,與CPU、GPU、ASIC相比,由于具備高度自適應的應變能力,再加上其高吞吐、低時延的優點,可以更好地滿足自動駕駛不同級別的功能要求。
“比如從時延上來講,使用了FPGA方案后,有12倍的提高,而能耗相對通用計算架構來說,FPGA方案可能只有通用計算架構的1/10。此外,FPGA方案還有一些額外的好處是通用計算架構無法提供的,比如非常強的時序,更高的安全性。另外基于FPGA平臺,我們還可以做一些定制化的開發,讓我們的算法更加高效。”日前,在賽靈思 XDF 大會亞洲站上小馬智行北京研發中心總經理李衡宇如是說。
在FPGA芯片的研發上,賽靈思一直走在行業的前沿。據悉,截至2018年賽靈思的自適應器件累計出貨量高達1.7億片,涵蓋29個汽車品牌的111款車型。基于已有成績,此次活動上賽靈思再度推出了兩款汽車級產品Zynq UltraScale MPSoC 7EV 和11 EG。據悉,與此前的產品相比,新產品提供了優異的可編程能力、性能和 I/O 功能,實現高速數據匯總、預處理和分配以及計算加速,能夠滿足L2 到 L4 級別的高級駕駛輔助系統和自動駕駛汽車的開發需求。
特別是可擴展性和高度的適應性,在賽靈思汽車戰略與客戶市場營銷總監Dan Isaacs看來尤為重要,他指出在自動駕駛不同的發展階段,對數據處理的要求是不同的,這就要求汽車的相關系統和器件都是具有可擴展性的,只有可擴展的有自適應性的產品才能更好地支持自動駕駛產品和技術不斷的迭代。
不僅如此,Dan Isaacs認為未來自動駕駛汽車內部的連接性是非常重要的,必須要有分布式的算法讓每個節點都有計算的能力,才能實現在自動駕駛當中不同功能的高性能的體現。李衡宇對此表示認同,在他看來,分布式系統讓每個節點都有計算能力和智能化,才是高效的系統,如果把所有的計算、所有的智能集中在一個中心節點或者是云端,其實并不是一個非常好的方案。
另外,此次活動中賽靈思還還發布了其新的Vitis統一軟件平臺,該平臺可以根據軟件或算法代碼自動適配和使用賽靈思硬件架構,將用戶從繁雜的硬件專業知識中解放出來。而對于硬件開發者來說,Vitis則可以通過軟硬件工程師在同一工具平臺上的協作,顯著提升工作效率,是賽靈思從器件向平臺企業戰略轉型的里程碑式產品之一。
值得一提的是,盡管賽靈思在ADAS和自動駕駛兩個領域有著豐富的研發經驗,然而Dan Isaacs認為,汽車產品要想實現完全的自動化,還有很長的路要走,現在很多的技術功能都處于早期,還有待繼續突破,特別是想在一個人口密度很高的地方實現自動駕駛,還有很多問題需要解決,需要在路上開展更多的測試來提高自動駕駛的性能。
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