从传统雷达的国产替代,到4D毫米波雷达的国产超越!_每日热闻

来源:盖世汽车时间:2023-05-29 08:40:46

从L4到L2+,从高调到求稳,智能驾驶正走向一条更加务实的“量产”路。人们不再大谈特谈那些不能落地的概念,反而主机厂、供应链,甚至是消费者,都越来越看重最终的落地与体验。


【资料图】

一个明显现象是,“性价比”受到了极大关注。比如眼下,4D毫米波成像雷达有了和激光雷达平分秋色的态势,且价格又具备一定优势,因而主机厂也不再执着扎堆激光雷达。这给了4D毫米波雷达更多机会。

自去年下半年以来国内雷达厂商传出4D毫米波雷达获得定点的消息盖世汽车也获悉纳瓦电子的4D毫米波雷达拿下了两家主机厂的定点项目不论从资本还是定点情况来看,4D毫米波雷达的风口都已经来了

4D毫米波雷达后来居上

相较传统毫米波雷达,4D毫米波雷达在速度、距离和水平角的基础上增加了俯仰角(高度)信息,角分辨率和精度可以更高,如此一来,便能够准确识别通用障碍物,进而区分目标物体。

与激光雷达一样,4D毫米波雷达也能够生成目标物体的点云图。正因如此,业内不乏有“4D毫米波雷达可以取激光雷达而代之”的观点。“在L2L4进阶的过程中高性能的4D毫米波雷达能够覆盖一部分32线64线激光雷达的作用纳瓦电子执行总裁李建林如是说

由于4D毫米波雷达继承了传统雷达的全天候、不受天气影响等特性,在某些应用中,其性能表现要优于激光雷达,体积也可以做到更加轻量化。但李建林也指出,更高级别的智能驾驶系统,其本身需要多传感器的融合感知。

这和NXP的观点不谋而合。对于L3及以上智能驾驶功能的实现,摄像头、毫米波雷达和激光雷达并不存在“谁替代谁”的关系,三者之间更多是相互补充,相互冗余,相互配合,从而确保最高的驾驶安全性。

不可否认的是,未来4D毫米波雷达的性能将越来越逼近激光雷达。一方面,通过前端射频芯片MMIC级联创造更多的天线虚拟通道,提供点云数据的能力增强,识别物体的能力就会更加精准;另一方面,行业正试图从天线领域找到进一步提高分辨率的办法。

要知道,4D毫米波雷达的分辨率归根究底取决于天线孔径,也就是天线接收或发射信号的有效面积大小。近年来,随着新的雷达方法论的出现,一些研究机构开始尝试利用数学或信号处理技术,在维持雷达体积不变的前提下,突破天线孔径的限制。

图片来源:纳瓦电子

不过,李建林直言,“作为一个车用部件,雷达体积不能无限扩大,雷达体积过大就会给安装带来麻烦。”如何更合理且可行地提高雷达分辨率,是行业的一个重要课题。基于此,纳瓦电子推出了“3D空气波导天线”的解决方案。

和3D光刻(可直接光刻3D堆叠芯片)的方法有些类似,3D空气波导天线利用三维空间提升射频前端虚拟通道的孔径,可以达到增强分辨率的目的。这既满足了4D毫米波雷达对小型化的设计要求,又从根本上提高了雷达自身的分辨率。

同时基于空气介质,该技术可以提供更小的插入损耗。

从具体产品来看,NOVA77G-4D-S和NOVA77G-4D-IR车规级雷达有6T8R双级联和12T16R四级联两种架构,可以覆盖角雷达和前向雷达,最远探测距离320米,角度分辨率在1.6°以内,测距精度0.1m。同时其点云输出等效多线激光雷达,可识别180米外10cm高的类易拉罐等静止物体。

图片来源:纳瓦电子

可以这样说,纳瓦电子取得今天这样一份成绩,绝不是一蹴而就的。

成立于2013年的纳瓦,2015年便成立了智能驾驶毫米波雷达研发中心,并先后推出多款角雷达和前向雷达量产产品,还布局了面向L2级以上高阶智能驾驶应用的4D毫米波雷达。基于NXP、TI、加特兰三大芯片平台,纳瓦电子已和多家主机厂达成合作。

国产超越的“种子选手”

相比传统毫米波雷达领域对“ABCD”(奥托立夫Autoliv、博世Bosch、大陆Continental、德尔福Delphi)的追赶与替代,在4D毫米波雷达领域,大家谈及更多的是国产超越。

得益于国内智能驾驶产业快速发展,毫米波雷达技术的迭代与升级按下加速键。而高阶智能驾驶渗透率的不断提高,势必将催生大量的雷达需求。这其中,4D毫米波雷达尚处于起步阶段,本土厂商要想抢跑超越,并非没有可能。

但李建林认为这个“超越”并不意味着外资(品牌)做不出来,或是外资不行了。而是本土厂商在产品性能、产品推出时间以及供应链成本等方面,会比在中国市场的外资同行更有优势。

这个优势,是技术上高了一点,时间上快个两三年,供应链成本的集约度比对方更高一些。因此它不是单纯的某一维度超越,更多代表了一个综合性超越。也是因为这个原因,国内头部的毫米波雷达厂商纷纷杀入4D毫米波雷达赛道,以图更多的增长机会。

图片来源:纳瓦电子

如果把角雷达看作是小学阶段,国内已有多家厂商具备了可以规模交付的能力;而前向雷达相当于中学阶段,角雷达做不好,要想把前向雷达做好是不可能的。按照同样的逻辑,如果前向雷达没有做好,在4D毫米波雷达的设计研发当中必定会遇到更多困难。

李建林强调称,不管是“ABCD”,还是其他任何一家雷达厂商,都得一步一步向上进阶。国内具备4D毫米波雷达量产能力的企业并不多。我们跑在前面的,要比同行领先了2~3年。

当然要实现国产超越,不仅要从技术上突围,还要在前瞻性理念上保持领先,让外资成为跟随者。这里就不得不提到纳瓦率先提出的“4D雷达域系统”的概念。

图片来源:纳瓦电子

简单理解,随着3R的智驾系统开始向单车5R的标配方向发展,4D毫米波雷达势必将加快上车。当4D毫米波雷达前端生成的点云数据多了,后端所需的处理能力就要增强。这时,高算力的4D雷达就可以作为管理雷达,对车上其他4颗毫米波雷达进行统筹管理。

过去,毫米波雷达都是各自为政,最多做到两两融合,这对既要管理智驾系统又要负责各传感器融合的域控器来说,有着较高的门槛要求。而基于域系统,4D毫米波雷达可以对多颗雷达的点云数据进行预处理,进而与视觉、激光雷达形成更好地融合,最终实现360°全车感知。

一定程度上,可以减少域控制器算力的浪费;另外,把五路雷达的数据收发合并为一路,也可以缓解域控本身的通讯压力,达到更高的实时性。

更重要的是,各类传感器数据只有深度融合,才能有效解决长尾难题。就像轻舟智航CEO于骞说的那样,L4 智能驾驶最难实现的部分,在于最后1%的“corner case”。这其实也是现阶段前融合感知面临的一项任务挑战。

做“好雷达”需先修炼内功

尽管如此,要真正做好一款4D毫米波雷达并不是一件容易的事。

在李建林看来,雷达是一个系统,它所反映的都是系统级问题。具体的设计挑战,最终要回到天线设计、波形设计、雷达算法的本质上。

而要说最难的地方,莫过于获得稳定且可靠的雷达信号。雷达信号是仅次于射频前端、后端算法的第三个雷达“大件儿”,是指通过嵌入不同的信号处理算法,提取从前端采集到的中频信号,获得所需的目标信息。

换句话说,如果得不到可靠的雷达信号,就无从谈起高质量点云数据,以及后续的聚类跟踪和目标分类等。作为微波雷达行业的一员老兵,李建林直言,这对纳瓦来说并不复杂。纳瓦电子对于雷达信号的处理实际上已经非常成熟。

“如果厂商对雷达有着深刻理解,又是从事过微波通信的,坦率说,难点其实在于工程化。也就是一代一代做迭代,一代一代解决bug。往往工程化的时间越久,迭代越多,雷达的质量也会更好一些。”他补充说。

图片来源:纳瓦电子

除了技术和经验的多年沉淀,纳瓦电子在雷达的生产制造上,同样是丝毫不懈怠。4D毫米波雷达的生产制造更复杂,所以在测试校准上下更多功夫,才能得到的一次性直通率。”李建林透露目前纳瓦4D毫米波雷达的一次性直通率接近98%,属于业内较高水准

所谓的“一次性直通率”,是指雷达从加工到组装成品一次性标定通过的比率,直接决定了产品的稳定性、可靠性和成本的高低。尤其对一款车规级雷达来说,规模量产的一致性十分重要。另外,雷达在出货前,还要通过震动、老化等全面的检测。

据悉,为了确保万无一失,纳瓦电子会加强出货前的检测,甚至二次全检。

截至目前,纳瓦电子位于上海嘉定江桥的生产制造中心已进入大规模生产阶段,两条全自动化毫米波雷达生产线,配备了ERP、MES系统,年产能108万台,总年产值可达4亿元以上。

未来,纳瓦电子将践行“双中心”战略,在上海和安徽两地同步提升雷达产能,最终建设完成1800万的年产能目标,这个数字有望覆盖300万辆以上的车用需求。预计在明年,纳瓦新的产线将迎来大规模投产。

写在最后

市场研究机构Yole Développement预测,全球毫米波雷达市场将从2022年的18亿美元,增加到2025年的30亿美元。而中国智能驾驶技术领先全球,势必会迎来最残酷的赛事。

“纳瓦必须锁住整个4D毫米波雷达市场30%左右的占有率。”作为国内头部毫米波雷达企业,纳瓦电子致力于成为本土TOP1。一如在采访过程中,李建林始终强调的“机会是留给有准备的人”。只有那些拥有足够技术储备和沉淀的公司,才能从容应对如今这个快速变化的市场环境。行业内卷加剧,唯有不停奔跑。

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