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【系列报告】汽车智能化行业深度报告(之三)

科米罗新能源2021-06-04 06:47:41

汽车智能化原理初探

在汽车智能化演进路线中,人类对于汽车驾驶操作的完成,从功能层对硬件进行分类,传感层是眼,处理层是脑,执行层是手。

 传感层包括车载摄像头等视觉系传感器和车载毫米波雷达、车载激光雷达和车载超声波雷达等雷达系传感器——我们认为,无论是渐进式创新路线还是破坏式创新路线,依赖单一传感器均不可能实现完整功能,多传感器融合是必然趋势。

 处理层包括自动控制算法与传统模式识别算法和人工神经网络两种解决方案——我们认为渐进式创新路线中,处理层的主流算法是自动控制算法与传统模式识别算法相结合使用,从算法层面来看,其本质是过程驱动;从硬件层面来看,将会用到大量的微控制器处理单元(Micro Control Unit,简称为 MCU)和数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称为 DSP)以及专用的图像模式识别芯片等。在破坏式创新路线中,处理层的主流算法为路径规划算法、高精度地图定位、人工神经网络和深度学习算法等,从算法层面来看,其本质是数据驱动;从硬件层面来看,未来将会诞生新一代的计算平台,比如基于 GPU 和FPGA 的新一代运算平台等。

 执行层根据前装市场和后装市场的不同,可以分为预警和报警类等被动安全执行和主动安全执行——我们判断在汽车智能化演进的过程中,前装市场和后装市场在功能上最主要的差异来自于是否可以完成对于汽车控制功能的接管。后装市场由于只与汽车CAN总线中获取信息进行集成,因此只能读取车辆信息,而不能控制汽车电子设备,在执行层更多地是提供预警和报警类等被动安全执行措施,无法在危机时接管汽车的驾驶操作;前装市场由于可以接入汽车的CAN 总线并且与汽车电子设备进行整体集成,在执行层可以提供执行类的主动安全,在危机时可以完成对于汽车驾驶的接管。我们认为无论是渐进式创新路线还是破坏式创新路线,要真正实现系统对于汽车驾驶操作的控制权接管,前装市场几乎是唯一的选择。

1 .传感层——多传感器融合是必然趋势

传感层包括车载摄像头等视觉系传感器和车载毫米波雷达、车载激光雷达与车载超声波雷达等雷达系传感器。

 车载摄像头之类的视觉系传感器具有可识别图像、成本相对低廉的优点,但是缺点为受光线和天气干扰严重。

 车载毫米波雷达具有探测精度高、探测距离远(最高可达 250 米到 300 米)、不受天气干扰的优点,但是缺点为无法呈现图像和识别物品的具体形状。

 车载超声波雷达具有结构简单、成本低廉的优点,但是缺点为工作频率低,由于存在多普勒效应,在汽车高速运行时精度不够,因此主要应用场景为汽车低速运行时的倒车雷达检测。

 车载激光雷达具有精度高,可 3D 即时测绘环境的优点,缺点为数据量太大,对于处理器的要求颇高,并且目前成本依然居高不下,但是依然是破坏式创新演进路线中最为重要的主传感器。

我们认为,仅仅依靠单一的传感器设备实现自动辅助驾驶和无人驾驶是不可能完成的任务,由于汽车的控制与驾驶安全直接相关,为了保证检测和控制的准确性和精确度,多传感器输入的数据必须有所融合,甚至有所冗余才可在准确性和精确度上有所保证。

2. 处理层——算法决定芯片,芯片支撑算法,两者相辅相成

处理层包括自动控制算法与传统模式识别算法和人工神经网络两种解决方案,我们认为上述两种解决方案分别对应着渐进式创新和破坏式创新两条路线。

在渐进式创新路线中,处理层的主流算法是自动控制算法与传统模式识别算法相结合使用,从算法层面来看,为过程驱动;从硬件层面来看,将会用到大量的微控制器处理单元(Micro Control Unit,简称为 MCU)和数字信号处理器(Digital SignalProcessor,简称为 DSP)以及专用的图像模式识别芯片等。

以汽车电子控制芯片领域巨头英飞凌为例,英飞凌的车载毫米波雷达处理器根据毫米波雷达传感回来的数据,在经过变频、解调之后,依据传统的模式识别分类算法,在车辆即将发生碰撞时,输出对于汽车的控制信号,完成必要的刹车和制动操作。

在破坏式创新路线中,处理层的主流算法为路径规划算法、高精度地图定位、人工神经网络和深度学习算法,从算法层面来看,为数据驱动;从硬件层面来看,将会诞生新一代的计算平台,比如基于 GPU 和 FPGA 的新一代运算平台等。

以英伟达最新一代的无人驾驶汽车计算平台为例,英伟达最新一代的计算平台主要是基于卷积神经网络的算法,测试算法的直接输入数据为像素级的车载摄像头录像的路况信息,输出数据为方向盘的控制信号,英伟达首先在云端通过大规模的数据训练得到了训练好的卷积神经网络,之后将上述卷积神经网络的参数部署到了无人驾驶汽车的计算平台中,根据英伟达的实验结果,用训练好的卷积神经网络完成无人驾驶汽车的操作,结果好的出奇。

3. 执行层——前装市场和后装市场的本质区别

执行层根据前装市场和后装市场的不同,可以分为预警和报警类等被动安全执行和主动安全执行,我们认为前装市场和后装市场对于能否接管汽车驾驶的操作存在本质的不同——前装市场和后装市场在执行层中最主要的差异来自于是否可以完成对于汽车控制功能的接管。

 后装市场由于只与汽车 CAN 总线进行集成,因此只能读取车辆信息,而不能控制汽车电子设备,在执行层更多地是提供预警和报警类等被动安全执行措施,即无法在危机时接管汽车的驾驶操作。

 前装市场由于可以接入汽车的 CAN 总线并且与汽车电子设备进行整体集成,在执行层可以提供执行类的主动安全操作,即在危机时可以完成对于汽车驾驶的接管。

我们认为无论是渐进式创新路线还是破坏式创新路线,要真正实现系统对于汽车驾驶操作的控制权接管,前装市场几乎是唯一的选择。