自動(dòng)駕駛汽車(chē)的關(guān)鍵元器件：傳感器和處理器

　　自動(dòng)駕駛汽車(chē)正在通過(guò)提供前所未有的個(gè)人移動(dòng)性體驗來(lái)改變我們的生活。事實(shí)上，它們代表了車(chē)輛未來(lái)定義的轉變。為了確保自動(dòng)駕駛汽車(chē)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雜的新技術(shù)。此外，隨著(zhù)數據連接和動(dòng)力總成的電氣化趨勢，自動(dòng)駕駛將推動(dòng)突破性的半導體技術(shù)發(fā)展。這與超高性能和高可靠性的傳感，處理和通信的強制性要求相結合，代表了當今和未來(lái)技術(shù)創(chuàng )新的絕佳機會(huì )。

　　圖1：自動(dòng)駕駛汽車(chē)為技術(shù)創(chuàng )新提供了大量機會(huì )。

　　傳感器

　　在組件方面，激光雷達，雷達和攝像頭系統是自動(dòng)駕駛安全操作所需的傳感器套件中最基本要素。而且，雖然雷達和激光雷達所服務(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)鍵應用中需要冗余系統，它們很可能在自動(dòng)駕駛系統中共存一段時(shí)間。

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

　　隨著(zhù)配備攝像頭的車(chē)輛變得越來(lái)越普遍，它們將成為收集道路狀況，交通擁堵，安全隱患，停車(chē)位等關(guān)鍵數據的重要來(lái)源。

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

　　目前基于現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)和圖形處理單元(GPU)開(kāi)發(fā)了許多圖像識別系統，這些系統非常適合視覺(jué)處理算法所需的高性能并行計算。最成功的汽車(chē)視覺(jué)處理解決方案之一是Mobileye EyeQ系列，這是一種專(zhuān)用的硬件加速器專(zhuān)用集成電路(ASIC)。在發(fā)布ADAS應用程序之前，Mobileye在現實(shí)條件下進(jìn)行了廣泛的測試。這使得能夠在連續幾代芯片上不斷改進(jìn)算法和硅。認識到Mobileye占據的戰略地位，英特爾于2017年8月以超過(guò)150億美元的價(jià)格收購了該公司。

　　激光雷達能夠生成與車(chē)輛相關(guān)的非常精確的物體映射，使其成為自動(dòng)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(chē)道標記，以及跟蹤車(chē)輛附近的其他物體。激光雷達傳感器發(fā)射激光脈沖并檢測反向散射或反射的光能，然后根據經(jīng)過(guò)的時(shí)間計算到物體的距離。早期的自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)平臺使用掃描激光雷達系統，該系統采用旋轉鏡組件來(lái)引導激光脈沖。雖然它們在很好的范圍內表現良好，但它們太笨重且制造成本太高。

　　激光雷達創(chuàng )新主要致力于減小系統的尺寸和成本，同時(shí)保持所需的高水平檢測范圍和分辨率。這導致了固態(tài)激光雷達系統的發(fā)展，可大大降低系統的復雜性，從而降低了系統的尺寸和成本。開(kāi)發(fā)固態(tài)激光雷達的挑戰是實(shí)現高動(dòng)態(tài)范圍和分辨率。這反過(guò)來(lái)又推動(dòng)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，有數十家初創(chuàng )公司正在開(kāi)發(fā)用于自動(dòng)駕駛的固態(tài)激光雷達解決方案，包括LeddarTech，Innoviz，Luminar和Quanergy等等諸多公司。

　　汽車(chē)雷達在21世紀初首次應用于自適應巡航控制系統，因此，它是自動(dòng)駕駛應用中更成熟的傳感技術(shù)之一。雖然激光雷達提供更寬的視野和更高的精度，但傳統雷達不易受到視覺(jué)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頻段的高頻雷達可改善遠程性能，并且對非金屬物體具有高反射率，這對于檢測行人和動(dòng)物至關(guān)重要。信號處理算法的進(jìn)步使得高分辨率雷達系統成為可能，并且RF CMOS技術(shù)的應用將允許更高的功能集成。這些可實(shí)現更緊湊的系統設計，如恩智浦半導體和德州儀器最近推出的汽車(chē)雷達片上系統(SoC)解決方案。

　　處理器

　　自動(dòng)駕駛系統開(kāi)發(fā)的很大一部分集中在“虛擬駕駛員”或車(chē)輛大腦的優(yōu)化上。虛擬驅動(dòng)系統包括機器學(xué)習算法和連接到車(chē)輛的傳感，制動(dòng)和通信子系統的中間件。該技術(shù)是自動(dòng)駕駛功能的核心;實(shí)際上，一個(gè)可能的未來(lái)場(chǎng)景將讓領(lǐng)先的自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)人員將他們的虛擬驅動(dòng)程序軟件堆棧授權給傳感器，執行器和數據通信協(xié)議的標準接口，從而將其集成到車(chē)輛制造商的平臺上。然而，這需要開(kāi)發(fā)可以與控制系統分離的工業(yè)標準和更成熟的傳感技術(shù)。