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UWB主動定位系統在自動駕駛中的應用實踐

發布時間:2019/1/30 0:00:00 瀏覽次數:1109

     自動駕駛的前世今生

     過去車輛都是手動擋,司機依靠手腳復雜配合,大腦反應及時、以及車和上路經驗積累才能把車開好、開穩、平順省油,駕駛員就是一個職業,具備一定身體素質要求才能勝任。隨著自動檔車輛大量出現,降低了手腳的復雜配合配合,解放了大腦反應度,開車變得輕松自在,駕駛員的門檻逐漸降低,越來越多的人可以勝任司機的職能?,F在駕駛輔助系統ADAS,包括有車道保持輔助系統、自動泊車輔助系統、剎車輔助系統、倒車輔助系統和行車輔助系統等。未來更多的傳感器加入車輛,提供更多的危險預警,開車就變得更自動化,高速路的自動巡航ACC等功能出現,大大降低開車的熟練度要求,解放了駕駛員的視線。更多AI算法加昂貴的激光雷達傳感器、毫米波雷達加到車上后,可以實現不再依靠人腦控制車輛,開始進入自動駕駛階段。

     關于自動駕駛的分級,目前國際上普遍認可的是SAE(國際汽車工程師協會)的標準,分為L0-L5,共六級,SAE在2018年6月份對該標準做了最新的修訂。L1之前是L0級,意味著完全為手動人工操作,系統最多只提供一些輔助的警告和信號,比如倒車時候的雷達提醒、行車時候的距離提醒;L1便有一些輔助功能介入駕駛操作,可稱為輔助駕駛。比如自適應巡航、自動緊急剎車等,系統開始對車輛有主動的操控行為;L2系統能自動駕駛車輛,但駕駛員要時刻保持注意力,隨時準備接管汽車的駕駛。L3的自動駕駛實現了較高程度的機器操作,駕駛員可以完全放棄操控,只有在少數情況下需要接管汽車;而L3與L4間存在著巨大的鴻溝,即方向盤完全消失。L3系統需要考慮人機協同,人類操作和機器操作的切換,L4則不考慮人類介入車輛的操作,到了最高的L5就實現了道路車輛的完全智能化。

     車輛實現自動駕駛就需要知道車輛在道路的精準位置信息,目前依靠GPS+RTK、慣導、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達、視頻視覺、UWB等,甚至需要更多道路信息,實現V-2X協同,確保車輛自動駕駛安全。但即使我們的技術可以實現真正意義上的自動駕駛,目前來看成本還是非常高的。若干車企宣布了2020-2021年左右實現L3自動駕駛車輛量產計劃,從目前來看,整套自動駕駛系統最便宜也要3萬美元以上,相當于一輛中級車的價格。自動駕駛四大核心技術分別為環境感知、高精度定位、路徑規劃、控制執行。其中環境感知技術是最基礎、最重要的一環。通過環境感知,可實時、可靠且準確的識別出車輛行駛路徑周邊對其安全行駛可能存在隱患的物體,為車輛的行為決策和路徑規劃提供可靠的信息源。隨著自動駕駛熱潮,眾多企業涌入環境感知技術產品的研究,目前已取得階段性進展。但成本過高、技術不成熟、國內外技術產品差距大仍是阻礙行業發展的主要因素。

     自動駕駛的商業應用

     包羅萬象的全能自動駕駛系統,就目前的技術條件來看還比較困難,包括傳統車企、技術公司、零部件供應商以及運營商在內的所有行業人士以及意識到,無人車面臨的商業化困境才開始。上月Waymo負責人說:在未來的幾十年內,自動駕駛汽車做不到無處不在,它會一直存在限制。在很長一段時間內,自動駕駛汽車都會需要司機的協助。目前存在的幾個難題:1、無人車的感知層做的不夠準2、決策能力由于路測公里數不足受限3、對執行控制層的把握不足4、缺乏合格的AI 芯片。

     因此為自動駕駛技術的應用限定一個區域,也許是工程師們踩過無數坑后得出的最符合嘗試且最節省成本的方法。在一些細分領域,自動駕駛卻可以率先實現落地,例如固定路線低速行駛的環衛車、港口的集裝箱貨車、封閉小區的物流車、室內停車庫,以及園區的接駁車等場景。在垂直領域深耕,以及與行業寡頭進行合作,是推進自動駕駛技術快速落地的趨勢,國內自動駕駛先驅百度、馭勢、智行者、文遠知行、AutoX等企業都在嘗試,當然成本也是限制規模商業的進程。目前,AutoX已在美國加州推出無人駕駛生鮮遞送服務:AutoX Autonomous Delivery。在此項服務的初始試運營區域,從用戶叫車到無人車到達,配送完成只需要十幾分鐘。

     自動駕駛現有車輛定位的痛點:

     1. 高速行駛

     室外高速移動可以依靠GPS/BEIDOU定位,一些區域靠RTK精準定位。移動站通過對所采集到的衛星數據和接收到的數據鏈進行實時載波相位差分處理(歷時不足一秒),得出厘米級的定位結果。車輛速到達到120KM/H后,每秒移動33米,100MS為3.3米,加之GPS的數據傳輸時延較高,需要DSRC/V-2X等技術車路協同。才能支持滿足自動駕駛安全需要。

     2. 密集場景

     大型停車場等車輛聚集密集場景,眾多車輛進出停車場,需要對所有車輛實時定位和路徑規劃調度導航,才能保證有序不混亂。此時沒有GPS/BEIDOU 信號,WIFI/BLE等定位技術是適合尋車等簡單業務,傳統UWB定位系統無法適應大量車輛的定位調度及服務器位置信息處理導致的時延,導致自動駕駛依然有較大缺陷與隱患。

     3. 高低位置

     立交橋、涵洞、隧道等場景下,由于無法收到GPS/BEIDOU 信號,且現在某些場景,如立交橋需要定位區分上下層,現有技術難以滿足這樣的精度要求,無法對車輛定位,需要其他方式的定位手段,尤其是需要無盲區定位,確保車輛平滑穩定的自動行駛。

     尋ME主動定位解決方案

     精位科技基于UWB技術的深厚底層研究以及豐富的應用實踐經驗,提出了UWB可以在自動駕駛特殊場景發揮絕對作用,設備網絡成本比其他類似功能的傳感器價格低,定位精度更高。為此改變了傳統UWB的被動定位方式拓撲結構,克服被動定位系統在自動駕駛應用中的幾個致命問題,顛覆性提出了尋ME主動定位系統,實現了以下功能:

     1. 廣播式發射,分布式解算

     2. 定位系統無容量限制�Զ���ʻ2.png

     3. 定位響應時延大大縮短

     4. 拓撲結構等同GPS/BEIDOU

     5. 實現UWB定位與GPS/北斗定位無盲區的切換

     6. 精位UWB芯片即將量產,批量化后等同于藍牙WiFi芯片價格

     7. 車輛在實際環境測試定位精度小于5CM

     8. 開發基于UWB位置信息的云管理系統,系統實時管理車閘、地鎖、車位空閑燈、路徑導航、車輛調度廣告促銷信息的發布等

     9. 后期基站可以實現全無線的同步連接

     應用范疇及技術成熟度

     1. RTLS實時定位是UWB的最基本性能,基于車輛和停車場的位置信息,輔助以超聲波傳感器,就能滿足AVP實現,以及AEB/LDW位置偏移告警等基本ADAS功能。



     2. 這是真實環境下,激光雷達測試點( 選取了25個測試點,深藍色)與UWB連續定位曲線(淺藍色線)的,可以看出吻合的非常好,測試精度小于5CM,完全符合車輛駕駛的需要,目前在進行更大范圍外場/更多功能測試。



     精位芯片規劃(“精位一號” UWB芯片)

     精位科技從2012年就推出國內第一套UWB高精度實時定位系統,多次刷新UWB指標,率先提出主動定位并實現商用。在此基礎上開發設計了國內第一個UWB芯片--精位一號JR3401 ,同時推出相應的終端和基站配套模組,提供定位平臺,滿足合作伙伴順利及時開發出自己定位系統。芯片產品2018年12月即將下線商用。

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