歐洲提出了車輛的強制性安全功能:為什麼雷達感測器是該計劃不可或缺的一部分?

雷達傳感器已在先進駕駛輔助系統中廣泛應用,比如說主動式定速巡航控制及自動緊急煞車。

「根據國家公路交通安全管理局的研究,2016年有37,461名美國人在公路上因汽車事故而死亡,其中94%是由於人為疏失。」

在汽車產業,光達相對較高成本限制了它在高量產、低成本車輛中的應用。另一方面,光學鏡頭在光線較差的情況下表現不佳,並且無法天然地確定目標的範圍。超聲波感測器價格便宜,但範圍非常有限。雷達相對便宜,可以在非常惡劣的光線和天氣條件下同時偵測及確認多個目標的範圍、速度和到達角度。

雷達已成為自動駕駛系統中的關鍵技術之一。如今一些自駕車,像是Zoox,配備了超過10個雷達,在所有天氣條件下提供360度環繞感應能力。與地面或空中監測雷達不同,汽車雷達嚴格要求具有小尺寸、短距離及低功率,因此它們可以整成在車輛保險桿或擋風玻璃後方,並在具有豐富多徑的高度動態的傳播環境中運行。

現今的高性能雷達已經演變成為一種成像感測器,能夠在多個維度中視覺化整個環境,且不會犧牲任何隱私問題。儘管雷達在汽車領域是成熟技術,但雷達訊號處理仍存在一些挑戰:由於感測器位於車輛保險桿後面,而產生的多徑反射,由於其他汽車雷達傳感器在相同頻段操作,所產生的互相干擾的偵測。

在許多情況下,角度分辨率變得必要,因為目標無法在範圍和速度域中都得到足夠的解析。在高度動態的情況下,例如在高速公路上,距離自駕車100公尺到200公尺的地方有兩輛汽車,兩條車道之間的橫向間距約為3:75公尺,需要更好的分辨率。為了區分此情況下的反應,需要約1:1的角度分辨率。

事實上,歐洲新車評估計劃已經規定,車輛必須具有判斷偵測到的障礙物是否應該越過,像是人孔蓋、汽水罐等、或是越過,像是高架路標等、繞行,或在最壞情況下,透過剎車避免的能力,作為主動安全性定義的一部分。

在應用層面上,雖然毫米波雷達已經被廣泛應用於量產汽車中的主動安全功能,如自動緊急制動及前方防碰撞系統,但如今在自動駕駛的應用被忽略了。近來,特斯拉宣佈將於2022年從其半自動駕駛系統Autopilot中移除雷達感測器。

在CVPR 2021研討會上,特斯拉的AI主管Andrej Karpathy解釋了他們的理由,他提出了雷達故障的三個典型情景,包括前車急減速導致失去追蹤,橋樑下錯誤的轉彎提示,以及錯失側向靜止車輛偵測。

自從四維雷達問世後,我們相信深度雷達感知的時代已經到來。傳統的汽車雷達在俯仰角解析度方面很低,因此返回的是二維點雲。新世代高解析度雷達在方位及俯仰角都實現了更高的角度解析度。由於它可以測量三維位置和都卜勒速度,因此在市場上總是被稱為四維雷達。

四維雷達具有檢測範圍遠,可上看300公尺、全天候運作、低功耗和低成本等優點。另一個好處是,四維雷達能夠追踪不在車輛正前方的物體,從而更有效地偵測盲點,以及從側面和後方接近的車輛。四維雷達成本低於光達,並且使用壽命更長,因為它不像光達那樣依賴機械及旋轉部件。