博世下一代传感器助力自动驾驶感知升级

　　作为自动驾驶辅助系统感知和控制层面上不可或缺的产品，同时也代表了博世在传感器方面看家本领的产品，第五代雷达、第三代多功能摄像头、第六代超声波传感器、第二代近距离摄像头以及域控制器等新型传感器产品前不久相继亮相于2019年博世智能出行大会和第二届中国国际进口博览会。

　　在感知和决策方面，博世基本涵盖了全系列的产品。如视觉方面做检测的单目和双目的前置摄像头；做近距离感知的环视、后视摄像头；探测物体相对距离、相对速度以及相对角位置的毫米波雷达；探测近距离物体的超声波传感器；以及对各传感器信号去做系统的融合、应用的控制器。

　　这五大产品也就形成了博世在驾驶员辅助系统感知和决策方面的产品“组合拳。”

　　俗话说，“眼观六路，耳听八方”。汽车要实现自动驾驶首先得看得见，看得清楚，看得远，更要看得懂。2019年，博世为车辆提供L2级别的高级驾驶员辅助系统解决方案，实现了该技术在商用领域的推广和应用。而博世的超声波传感器、雷达传感器和AI摄像头又是这些解决方案中必不可少的硬件。

　　博世的新一代传感器到底有“牛”？10月23日，博世底盘控制系统中国区驾驶员辅助业务单元产品经理雷鑫曾在2019博世智能出行大会现场“爆了不少料”。

　　让我来一一总结。

第五代雷达：对距离、速度和角位置探测的分辨率和精度更高

　　博世的第五代雷达家族实际上还分为三个系列：基础版、升级版和至尊版。

　　基础版雷达最远探测距离可以达到100米，整个视场角（FOV）可以达到150度，最好的角度分辨率是3度。在基础版当中，还有基础版的角雷达，可以实现对后方车辆两侧探测的功能，用于盲区探测、变道辅助、前方预警辅助、后方预警辅助等功能。

　　升级版雷达有三个产品，根据安装位置的不同可分为升级版角雷达、升级版前雷达和升级版近距离雷达。

　　升级版角雷达最远探测距离可以到160米，它在基础版的角雷达之上，还可以支持L2以上的功能如高速公路辅助（HWA）。升级版前雷达最远探测距离可以到210米，视场角是正负60度，最高角分辨率可以做到1度。它可以支持Euro-NCAP五星的要求，也可以支持高速公路辅助、交通拥堵辅助等功能。升级版近距离雷达最远探测距离可以到50米，视场角是正负75度，分辨率可以做到4度，可支持碰撞预警相关功能也可替代相关泊车功能。

　　至尊版雷达前视雷达最远探测距离可以到300米，视场角是正负60度，角分辨率可以做到1度，支持L3级以上功能。

　　雷鑫透露，博世的整个雷达系列产品在和车辆的通讯接口方面，可以支持CAN-FD、Flexray和以太网。其中，升级版近距离雷达和至尊版前雷达是专门面向于L4及L5自动驾驶所设计的雷达产品。整个雷达产品如果布置在车上，可以覆盖整个车辆360度无死角无盲区的范围。

　　除了更强大的感知功能以外，第五代雷达还有以下五大特点：

　　第一，在雷达频率的处理上采用了博世线性脉冲序列的调频方式，使得雷达对于距离和速度的探测有更高的分辨率，响应时间也更快。无论是前雷达还是角雷达，整个探测距离和视场角会变得更大。这样带来的好处是，通过前雷达实现的一些功能如自适应巡航（ACC）和自动紧急刹车（AEB）以及通过角雷达实现的功能如变道辅助（LCA）等都会有更好的性能；

　　第二，在安全方面，从第五代雷达开始整个硬件方面会有硬件安全模块，软件方面也会有一些软件安全模块进行一个集成，提高整个雷达产品的安全性；

　　第三，从物理特性来看，第五代雷达无论从功耗、重量、体积等都尽可能的做到最优。尤其是体积方面，第五代雷达的大小基本上是第四代雷达的一半，极大简化了对车辆造型尤其是前保险杠的要求；

　　第四，第五代雷达的点云数量会变得更为密集，尤其是在高程测量上，雷达会变得更加可靠。第五代雷达的点云密集度是第四代雷达的10倍左右，无论视场度还是对距离、速度、角位置的探测，都更上一层楼。视场角变得更宽，而对于速度、距离和位置的探测，分辨率会更高。

　　第五，在和车辆的接口方面会多样化。目前整个车的总线接口，CAN-FD、Flexray、以太网等第五代雷达都是支持的。

　　“第五代雷达基本上能够比较精确还原整个道路特征，其次对于移动物体的检测，尤其是对于卡车来看，第五代雷达可以用多数个点去还原这种特征，这也是第五代雷达一个显著的提升点，”雷鑫说。

第三代智能摄像头：真的是多功能

　　作为前视探测的另外一个重要产品，第三代多功能摄像头，也叫智能摄像头，确实是多功能的。

　　第一，它可以实现对交通标志的识别，可以实现路标辅助、交通灯辅助这些功能；第二，它可以实现对城市城间行人、自行车的自动紧急制动，满足Euro-NCAP的要求；第三，它可以实现智能大灯的控制；第四，它还可以实现对车道线的检测，做到任意边界的车道线的检测，通过对车道线的检测，实现对于车道保持辅助、偏离预警、紧急车道保持等功能；第五，它可以实现自适应巡航。第六，也是比较重要的一点，是它的数据和雷达数据可以深度融合，极大提升交通拥堵辅助、高速公路辅助等性能。

　　从技术特点和亮点来看，第三代智能摄像头有定制化的光学系统，有一个大的视场角（可以做到正负50度），还有定制的算法来做整个LED的闪烁抑制。

　　通过LED灯闪烁抑制曝光算法所拍出来的图片，会看到对于一个圈里有一个100的限速标志，基本上可以做到完整的识别。否则可能在某些情况下会有一些数字的丢失

　　在光学系统上，第三代智能摄像头采用了RCCG的颜色模式，这种模式使得视频输出流的色彩更接近于真实的色彩情况。同时它还会做一些光学畸变的验证，让它和真实情况的偏差变得更小，并且把主要的视觉范围集中到摄像头的中间提高检测能力。

　　另一方面，第三代智能摄像头采用了前沿的光学算法，如嵌入式深度学习算法以及密集光流法。

　　在整个硬件芯片性能上，第三代智能摄像头采用了博世的高性能片上系统。相对于传统的算法可以大量减少运算代码数量、降低功耗但同时又能保证运算和性能保持一致。

　　除了第三代智能摄像头之外，博世还有一些专门面向L4、L5级自动驾驶的摄像头产品。这些摄像头产品只会输出一些原始的视频数据，交给后面的域控制器进行一些计算，去做进一步的处理。面向L4、L5的产品有单目也有双目。单目当中，有远距离单目、近距离单目，还有专门针对于交通灯的单目摄像头。

　　这些产品的特点是：第一，功耗特别低。单目产品只有1.9瓦的功耗，而双目产品只有3.8瓦的功耗；第二，在摄像头sensor head中采用了上面提到过的LED灯的闪烁抑制的曝光方法，使得对LED灯的检测变得更强；第三，视场角普遍做得较大一些，能够满足对于近距离、中距离、远距离和LED灯的探测。

　　第六代超声波传感器：重点在失聪检测，探测更快，鲁棒性更高

　　第六代超声波传感器是近距离低速探测两大产品之一，共有三个类型：6.0、6.1和6.5。在物体探测方面最近可以做到3厘米，对于整个有效范围的探测可以做到15厘米到5.5米。整个功能安全等级，无论是传感器本身还是控制器，都可以做到ASIL B功能要求。

　　第六代超声波传感器非常重要的一个特点是失聪检测。

　　超声波传感器一般安装在车辆的前后保险杠上。在一些严酷工况下，比如被雨雪或泥巴覆盖的时候，硬件本身没有坏，但检测会出问题。失聪检测通过阻抗检测的原理会有一些信号给出去，提醒车辆做一些降级。

　　另一方面，第六代超声波传感器有一个自适应阈值的特点，它的整个触发的阈值，不再是一个调试后的固定阈值，而是随时按照周围的湿度、温度、环境噪声的变化而变化，这样会使超声波在保证敏感的前提下，又能够做到高准确的探测。

　　在数字信号处理方面，第六代超声波传感器通过把数字信号和信号编码加在了一起，通过一个线性频率，使每个超声波发出的频率都不太一样，相当于每个超声波都有一个自己的身份认证码，这样极大提高了超声波的抗干扰能力，使得传感器可以做到多收多发，不仅抗干扰能力提升了，整个系统的刷新时间也会变得更快。

　　“所以第六代的超声波会有更快的探测、更高的鲁棒性。在第六代里面，我们USS6.5这个探头也是针对L4、L5设计的传感器，”雷鑫说。

第二代近距离摄像头：让泊车辅助更靠谱

　　第二代近距离摄像头则是博世在近距离低速探测产品中的另外一个重要产品，分为两种：一种自带ECU，一种不带ECU。

　　第一种不需要额外控制器，ECU就含在摄像头里面。其中还分基础版和升级版。基础版只提供VGA成像，做一个NTSC的输出，并提供130度的宽视场角。升级版可以有轨迹覆盖线、物体覆盖线，还有分区、全景检测，对于拖车的检测。

　　另外一种就是所谓的“卫星”摄像头：只输出视频图像，不自带ECU。其中也分三个版本：分别搭载基础版、增强版或升级版的控制器。

　　控制器的一大特点是，一方面可以去接摄像头，另一方面可以接超声波传感器，做深度数据融合，满足未来泊车时候的需求。不同版本的控制器对于最大可接的超声波传感器的数量和摄像头的数量不一样。如基础版可接12个超声波传感器和2个摄像头，加强版是12个超声波传感器和4个摄像头，升级版是24个超声波传感器和6个摄像头，且可以做到3D环视的效果。

　　近距离摄像头从硬件来讲，分辨率可以做到200万像素左右，采用宽角度水平视场角。在功能安全方面，整个环视近距离探测的摄像头都可以做到ASIL B。探测性能方面，可以做到车道线探测，通过3D场景重建之后，实现3D的效果。在数据融合方面，可以与超声波数据去做深度融合来支持一些更为高级的泊车功能。

　　雷鑫表示，泊车功能正在由单纯的只通过超声波来实现全自动泊车慢慢过渡到用最好的超声波传感器、最好的环视摄像头去做一个深度融合，提高对整个性能和鲁棒性的要求。

　　“这种探测会使我们有更好、更可靠的泊车区域检测，拓宽我们在自动泊车的应用场景，可以支持车位线泊车，可以有更准确的物体探测，哪怕是在低光照的情况下。最终可以实现自由空间的探测，支持未来家庭区域泊车，甚至智能型的代客泊车的一些需求，”他说。

域控制器DASy：集中式整车架构核心组件，提供更高算力、存储力和带宽

　　自动驾驶在往更高级别功能扩展的时候，集中式控制是一个趋势，也是行业内公认的方法。集中式控制对控制器在算力、存储力、带宽等方面都提出了更高的要求。博世的DASy域控制器正是针对这一需求应运而生的。

　　在驾驶辅助及自动驾驶过程中，DASy会收集并融合多种技术数据（例如雷达、摄像头、激光雷达、超声波传感器和高度复杂的功能算法）。利用这些数据，DASy可以生成车辆周围360度的高精度环境模型。集成的驾驶功能会基于周围环境来确定合适的驾驶策略。

　　目前博世有两种DASy域控制器产品：一个是1.0基础版，它可以实现高速公路辅助，来支持对5个雷达和1个摄像头的数据融合。另外一个是未来的DASy2.0版本，可以处理视频信号，也可以增加一些对于人工智能和CNN的硬件加速器在里面，支持L3级以上的一些需求。

　　未来发展空间：探测性能、功耗、尺寸

　　雷鑫在与小编交流的时候透露，第五代雷达主要是在欧洲生产，但未来肯定要慢慢实现国产，不过关键零部件还会放在欧洲生产。

　　对于各类感知传感器未来的发展趋势，雷鑫表示，主要是在探测性能、功耗和尺寸三大方面还有很多可以优化的空间。看得准、功耗低（尤其是考虑在电动车上的使用）、尺寸小，谁能做的更好，就看各家的本事了。

　　“第五代雷达可以做到这么薄这么宽，意味着里面的一些电子方面要做集成，电磁兼容等。但做小并不容易。很小的电磁能看到300米，还是技术本身，原理是电磁波。后面装一个很大的电磁波自然能探测到很远，但也要考虑能量怎么处理，高效能量不去浪费，”他说。

　　正如雷鑫所说，自动驾驶是一个复杂的系统中的系统。它基本上包括感知、决策、定位、执行。除此之外，在整个系统的架构、安全、网络安全，包括法规的一些验证，时间的验证发布方面，还有更多的工作。未来，自动驾驶对感知会有更高的要求，它不仅希望感知的产品是可靠的，同时它要求高性能必须冗余。

　　博世的下一代感知传感器器产品看得更远，看得更清楚，看得更懂，这能让更高级别自动驾驶的实现事半功倍。

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