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L4级自动驾驶硬件主要包含哪些单元?

2022-07-27 11:38:38
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  硬件系统是自动驾驶的核心模块之一,主流的L4级自动驾驶车辆的硬件大致分为四个重要单元:1传感器套件、2计算平台、3车辆及底盘、4车载网络;


  传感器


  车辆的传感器相当于人类驾驶员的眼睛,通常包含激光雷达、相机、毫米波雷达、组合导航等传感器,对周围环境做全方位的精准探测,采集路况和定位信息,为感知决策模块奠定可靠的先决基础。通俗来说“看得清、看得远、看得准”,才能保障车辆的安全。


  不同传感器有不同的功能和优劣势。


  激光雷达靠主动发射激光光束,接收物体的反射波,形成车周围环境的3D深度数据,它的探测距离远、精度高,最远探测距离能达到几百米甚至几公里,并且探测误差最小可以到几厘米。但激光雷达的短板在于无法识别颜色信息,且在大雨大雾等恶劣天气下,探测精度会受影响。


  宽动态范围相机采集图像,能精准识别色彩信息,探测交通指示牌、信号灯等,相机分辨率越高,物体轮廓和细节越丰富,宽动态范围能解决隧道、地下车库出入口等光照强度快速变化的场景痛点。但相机的成像是二维数据,在判断障碍物的尺寸和距离上有一定局限。

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  GNSS&IMU组合导航,负责提供车辆定位信息,能实现厘米级的定位精度,精度是普通地图app的几十倍。

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  毫米波雷达发出电磁波,探测周围环境,它受天气和环境的影响小,但相对于激光雷达,它的探测精度低,目标识别准确率不够高。


  因此,使用单一类别的传感器方案无法满足L4级自动驾驶的多场景需求,融合了多种传感器的方案才能实现更精确的环境探测和识别。


  以乘用车为例,通常L4级自动驾驶传感器方案包含约3个布局于车顶及左右侧的激光雷达、6-8个在车顶结构内的宽动态范围相机,及车顶部和尾部的组合导航。根据不同场景需求有一些方案还会增加超声波雷达、毫米波雷达的布局。


  计算平台


  计算平台相当于人类司机的大脑,通过部署在计算平台中的算法,处理并识别传感器采集的环境信息,做出实时、智能、安全的规划控制决策,并传递最终的驾驶指令。


  车用计算平台在稳定性、安全性、性能上比消费级电脑更优异;并且向高度集成化、小体积、低功耗的方向发展。


  车辆底盘


  车辆底盘主要指线控底盘,是车辆执行指令的硬件单元,完成线控标定后通过线控指令,车辆进行横向、纵向操作,即方向盘和油门刹车动作。


  车载网络


  车载网络是自动驾驶系统数据交互的桥梁,有着“血管”“血液”的功能,通过引入时间敏感性(TSN)网络,达到微秒级时间同步、数据冗余、防御黑客攻击的作用,确保数据传输稳定和网络安全。

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  整个硬件系统以车载网络为纽带,连接传感器、计算平台;首先,传感器获取环境信息(深度、色彩、位置、角度等),用于下游的感知等模块使用;之后,计算平台对环境信息做处理,进行感知、决策、规划控制,给车辆底盘系统下执行动作命令;最后,车辆底盘执行驱动轮子转动和方向转向、油门刹车等动作,实现自动驾驶。


  元戎启行的硬件优势


  元戎启行一体化传感套件有着比行业主流方案更贴合车身、更轻薄的设计造型,高度仅24。6cm,将车辆的风阻影响降低到仅7%,而传统方案的风阻影响达到20%。最新一代传感套件将7颗摄像头全部嵌于车顶盒内部,方案两侧的激光雷达最小可探测距离仅10厘米,解决车辆近距离盲区问题,结合算法实现150米精准感知、250米远距离感知。


  通过自主研发的推理引擎技术,元戎启行计算平台实现了对计算资源的优化,让自动驾驶算法可稳定高效地运行在整体功耗只有100瓦的小型计算平台上,将功耗降低到传统方案的20%,成本降低一半。体积也仅有砖块大小,可完全隐藏,把后备箱空间还给乘客,满足乘客的出行需求。


  在这一计算平台的驱动下,自动驾驶汽车在繁忙的城市路段也能安全稳定地行驶。通过对传感器套件的空气动力学改良、计算平台设计改良,我们大幅降低了自动驾驶系统的整体耗能和成本。通过真实测试,一辆原行驶里程约320公里的电动车,在增加元戎启行自动驾驶硬件后,仍可行驶超过300公里。而加装传统方案的车辆,行驶里程不到200公里。这样的优势,将大幅降低大规模车队运营的成本,也有利于后期自动驾驶车辆的前装量产。


  元戎启行的硬件系统具备优质的可靠性。严格按照ISO26262标准,打造从研发、测试,生产,维护的产品全生命周期闭环,在满足车规前提下,充分考虑失效、冗余,确保硬件稳定可靠。自研硬件产品从功能、可靠性、环境因素等方面进行验证,通过了约400项专业测试,保障自动驾驶车辆在极端环境下,也能安全、稳定运行。


  自动驾驶硬件发展展望


  随着行业的发展,传感器、算力IC的车规化,自动驾驶方案将向前装靠拢,同时也会推进新车规出台,以覆盖多样的车辆传感器和庞大代码量增加。未来还会有各种传感器类型迭代,如红外相机,融合视觉的激光雷达,4D毫米波雷达等;同时如何让计算平台达到小体积,低功耗,高性能的理想状态,是行业内普遍关注的议题,也是元戎启行硬件模块不断追求的目标。