Erforschung zukünftiger autonomer Fahrtechnologie: 4D-Millimeterwellenradar

Die aktuelle Erkenntnis der Wahrnehmung selbstfahrender Autos ist untrennbar mit der Erfassung von Geräten wie Lidar, Bordkameras und Millimeterwellenradar verbunden, die im Fahrzeug installiert sind. Durch das Sammeln von Daten über die Verkehrsumgebung um das Fahrzeug können selbstfahrende Autos dies tun über menschliche Augen verfügen oder diese sogar übertreffen, um die Umwelt wahrzunehmen und dem Entscheidungs- und Planungsmodul genauere und umfassendere Umweltinformationen bereitzustellen, damit autonome Fahrzeuge sicher fahren können.

Das Stapeln von Sensorhardware kann einerseits dazu führen, dass selbstfahrende Autos sicherer auf der Straße fahren, andererseits kann ein einzelnes Hardwaregerät jedoch nicht alle erforderlichen Daten erfassen, und das in vielen Extremfällen Umgebungen und Hardware-Geräte werden beispielsweise bei extremen Wetterbedingungen wie starkem Nebel und starkem Regen große Abweichungen aufweisen. Das Millimeterwellenradar ist nicht in der Lage, die Höhe zu messen Es ist schwierig zu bestimmen, ob sich das stationäre Objekt vor Ihnen am Boden oder in der Luft befindet. Es können nur 2D-Flugzeugbilder erfasst werden. Selbst mit Hilfe von Deep Learning ist es immer noch unmöglich, den Abstand zwischen umgebenden Objekten genau zu messen Selbstfahrende Autos erfordern daher unterschiedliche Hardwaregeräte, um gleichzeitig zu funktionieren, sodass selbstfahrende Autos unter keinen Umständen weniger wahrnehmen können als die von Menschen. Das Aufkommen des 4D-Millimeterwellenradars wird revolutionäre Veränderungen im autonomen Fahren mit sich bringen.

Was ist 4D-Millimeterwellenradar?

Bei der autonomen Fahrwahrnehmung ist Millimeterwellenradar als einer der wichtigsten Sensoren beim autonomen Fahren ein entscheidendes Bindeglied. Da es jedoch nicht über die Fähigkeit verfügt, die Höhe zu messen, ist es schwierig zu beurteilen, ob sich das stationäre Objekt vor Ihnen auf dem Boden oder in der Luft befindet, wenn es auf Boden- oder Luftobjekte wie Kanaldeckel, Bodenschwellen, Überführungen oder Verkehrsschilder trifft usw. ist es unmöglich, die Höhendaten des Objekts genau zu messen. Das Aufkommen des 4D-Millimeterwellenradars wird dieses Problem ausgleichen. Das 4D-Millimeterwellenradar wird auch als bildgebendes Radar bezeichnet und bietet einen hohen Grad an Analyse des Ziels Die Abmessungen werden in herkömmliche Millimeterwellenradare integriert, um die Umgebung besser zu verstehen und abzubilden, wodurch die gemessenen Verkehrsdaten genauer werden.

Bereits im Jahr 2020 kündigte Tesla an, Tesla-Fahrzeuge mit einer 4D-Sensortechnologie auszustatten. Durch die 4D-Sensortechnologie wird der bestehende Arbeitsbereich verdreifacht, um mehr Verkehrsinformationen zu erhalten. 4D-Millimeterwellenradar kann die Konturen, Verhaltensweisen und Kategorien gemessener Ziele effektiv analysieren. Es kann sich an komplexere Straßen anpassen und kleinere Objekte, blockierte Objekte und die Überwachung stationärer oder horizontaler Objekte identifizieren, sodass es die Anforderungen von Fahrzeugen genau verstehen kann Unter welchen Umständen sollten die Bremsen betätigt werden? Im Vergleich zum 3D-Millimeterwellenradar, das nur drei Daten messen kann: Azimut, Höhe und Geschwindigkeit, kann das 4D-Millimeterwellenradar mehr Daten erfassen und somit zuverlässigere Informationen für die Entscheidungsfindung und Planung liefern.

4D-Millimeterwellenradarlösung

4D-Millimeterwellenradar wurde erstmals 2019 von einem israelischen Unternehmen vorgeschlagen. Anfang 2020 kündigte Waymo die Einführung eines 4D-Millimeterwellenradars im Wahrnehmungskit für autonomes Fahren der fünften Generation an. Im selben Jahr brachte Continental die erste 4D-Millimeterwellenradar-Massenproduktionslösung auf den Markt und gab an, dass BMW der erste Automobilhersteller sein würde, der diese einführte. Auf der 2021CES gewinnt auch das 4D-Millimeterwellenradar an Bedeutung. Viele Hersteller haben ihre Produkte vorgestellt oder 4D-Millimeterwellenradarlösungen aktualisiert.

Letztes Jahr stellte Aptiv seine autonome Fahrplattform L1~L3 der nächsten Generation vor und gab an, dass seine Sensorsuite 4D-Millimeterwellenradar umfasst; ZF gab an, dass es einen Produktionsauftrag für 4D-Millimeterwellenradar von der SAIC Group erhalten hat und es offiziell auf den Markt bringen wird Im Jahr 2022 bringt Bosch erstmals die Radar-Extrem-Version der 5. Generation, nämlich das 4D-Millimeterwellenradar, auf den chinesischen Markt.

Wie herkömmliches Radar erfährt das 4D-Millimeterwellenradar bei Arbeiten unter extremen Wetterbedingungen keine großen Abweichungen und kann nach Vergrößerung des Höhenwinkels Punktwolkenbilder erzeugen, was bedeutet, dass das 4D-Millimeterwellenradar nicht nur die Entfernung erkennen kann, Es können auch die relative Geschwindigkeit und der Azimutwinkel zum Objekt erfasst werden, ebenso wie die vertikale Höhe des Objekts vor ihm sowie stationärer und sich seitlich bewegender Objekte vor ihm, was die Mängel des herkömmlichen Radars bei der Erkennung statischer Ziele ausgleicht . Derzeit gibt es zwei technische Hauptlösungen für 4D-Millimeterwellenradar:

• Eine davon ist die unabhängige Forschung und Entwicklung von Mehrkanal-Array-Hochfrequenzchipsätzen, Radarprozessorchips und Nachbearbeitungssoftwarealgorithmen auf Basis künstlicher Intelligenz durch 4D-Millimeterwellenradarunternehmen.
• Die andere ist eine Lösung, die auf herkömmlichen Radarchip-Anbietern basiert und extreme Multi-Chip-Verbindungen oder Softwarealgorithmen verwendet, um eine dichte Punktwolkenausgabe und -erkennung zu erreichen. ​

Das Hauptmerkmal des 4D-Millimeterwellenradars ist, dass die Winkelauflösung des vorderen 4D-Millimeterwellenradars einen Azimutwinkel von 1 Grad und einen Elevationswinkel von 2 Grad erreichen kann Radar ist mit einer automatischen Erkennung von Straßeninformationen ausgestattet. Beim Autofahren können Sie die Umrisse von Objekten um das Fahrzeug herum direkt erkennen. Wenn beispielsweise Straßeninformationen relativ umfangreich sind, beispielsweise wenn Fußgänger und Fahrzeuge zusammenkommen, kann das 4D-Millimeterwellenradar Fußgänger und Fahrzeuge direkt identifizieren und die Bewegung der entsprechenden Objekte bestimmen (ob sie sich bewegen und in welche Richtung sie sich bewegen). ).

4D-Millimeterwellenradar kann auch geometrische Formen erkennen, beispielsweise die Länge und Breite von Tunneln in Tunnelszenen. Das Aufkommen des 4D-Millimeterwellenradars hat die Leistungsmängel des herkömmlichen Millimeterwellenradars gezielt wettgemacht. Es erhöht nicht nur die 3D-Dimension, sondern führt auch zu umfassenden Verbesserungen der Erkennungsgenauigkeit, Empfindlichkeit, Auflösung und Leistung Es wird erwartet, dass das Millimeterwellenradar aufgrund seiner höheren Sicherheit zu einem der Kernsensoren in autonomen Fahrsystemen wird.

Der zukünftige Entwicklungstrend des 4D-Millimeterwellenradars

Laut Analyse von Brancheninsidern steht die groß angelegte Implementierung des 4D-Millimeterwellenradars bald bevor. Im Hinblick auf die Vermarktung wird die aktuelle Technologie immer ausgereifter und es gibt viele innovative Algorithmen im Produktisierungsprozess. Viele Automobilhersteller haben bereits Anforderungen für die Ausstattung neuer Fahrzeuge, darunter automatisches Parken und autonomes Fahren der Stufe L3. Tatsächlich wurden seit letztem Jahr viele 4D-Millimeterwellenradarprodukte für Straßentests installiert Bereiten Sie sich auf die Massenproduktion vor.

NXP gab beispielsweise bekannt, dass der branchenweit erste dedizierte 16-nm-Millimeterwellen-Radarprozessor S32R45 ab der ersten Jahreshälfte erstmals für die Massenproduktion von Kunden eingesetzt wird. Auch Mobileye, eine Tochtergesellschaft von Intel, fördert aktiv die Entwicklung und Anwendung von 4D-Millimeterwellenradar. Amnon Shashua, CEO von Mobileye, betonte in seiner diesjährigen CES-Rede die Anwendungsszenarien des 4D-bildgebenden Millimeterwellenradars in Automobilen.

Er sagte: „Bis 2025 wollen wir, außer an der Vorderseite des Autos, nur noch Millimeterwellenradar und nicht anderswo Lidar.“ Im Plan von Mobileye werden bis 2025 Millimeterwellenradar-/Lidar-basierte Systeme in der Verbraucherklasse eingeführt Bei der autonomen Fahrzeuglösung ist das Auto mit einem Radar-LiDAR-Subsystem ausgestattet. Um autonome Fahraufgaben zu erfüllen, muss das Fahrzeug lediglich mit einem nach vorne gerichteten Lidar und einem 360-Grad-Millimeterwellenradar ausgestattet sein.

Autonome Fahrtechnologie kann sich nicht darauf verlassen, dass ein einzelner Sensor die Welt dominiert und zum Branchenkonsens wird. Nach dem aktuellen Marktverständnis für autonomes Fahren gibt es keinen einheitlichen Sensor, da der Markt viele Segmente und unterschiedliche Ebenen des autonomen Fahrens aufweist. Letztendlich ist es sehr wahrscheinlich, dass Kameras und Radare nebeneinander existieren Ihre Vor- und Nachteile ergänzen sich sehr gut. Das Besondere ist Lidar. Nach Ansicht des Autors besteht eine große Chance, dass 4D-Millimeterwellenradarlösungen den Einsatz von Lidar reduzieren oder ersetzen können. Das 4D-Millimeterwellenradar befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium, aber der Autor geht davon aus, dass seine Leistung in Zukunft erheblich verbessert wird und es unter idealen Umständen schließlich Lidar ersetzen kann.

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