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    楚航科技CTO张我弓:感知进化——毫米波雷达量产国产化

    2020-06-23 21:40:53 来源:盖世汽车 作者:佚名
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      2020年6月22日-23日,由南京经济技术开发区与盖世汽车联合主办的“2020第三届全球自动驾驶论坛”隆重召开。本次论坛重点围绕与自动驾驶规模化商用有关的核心技术、法律法规、技术评测、商业模式等话题展开探讨,下面是南京楚航科技CTO张我弓博士在本次论坛上的发言:

      
        

      南京楚航科技CTO  张我弓博士

      谢谢主持人的介绍,今天演讲的主题是“感知进化——毫米波雷达量产国产化”。

      我们公司总部在南京,合肥是研发中心,生产基地在安庆,上海有一个销售办公室,正在成立过程中。公司目前已经有85名员工,研发团队占比60%以上,客户项目及生产团队大概30%,管理运营团队10%,今年底还会招收大概10—20人之间的生产团队,所以到年底应该会扩展到100人团队规模。

      2018年,我们三个人在德国汽车之城斯图加特,一说奔驰、保时捷、博世、马勒这些知名的汽车公司都是在斯图加特。我们是2018年1月份注册于合肥,2018年5月份完成天使轮交割,2018月9月份公司正式启航,12月份77GHz角雷达A样件完成,2019年1鱼粉角雷达A样件上车功能测试完成,2019年5月南京总部成立,2019年10月角雷达B2样件迭代完毕并通过系统化的内部设计验证。2019年3月A轮交割,2019年10月份安庆工厂开始运营,大概有40多人的团队规模,2019年12月份角雷达C1样件迭代完毕并通过第三方系统化的设计验证。2020年4月份A+轮交割,70人团队搭建完毕。

      直接切入正题,大家可以看一下欧洲车载雷达是什么的研发过程,1970年代的10GHz毫米波雷达模组,别人已经在70年代思考雷达军转民上应该有什么样的应用。我们看到右手边的已经算是一个比较成型的,已经可以完成路试和一些基本功能的验证。

      因为我是从博世出来的,这是大家对博世雷达主线的了解,我后面也会围绕这个来讲。

      上下两张图片是我刚进博世的时候雷达的情况,LRR1和LRR2都是用二极管做的,英菲尼和博世是2009年的时候,到后来开始推出LRR3的前雷达和角雷达,是第三代雷达,现在市面上的是第四代雷达,只是基于第三代雷达的一个改进。

      下面是一则德国比较有名的关于汽车电子,尤其是雷达的一个网站,翻译过来就是博世出货了100万台雷达,大家要记住博世雷达从成立到现在中间也经历过好几次经济危机,包括现在的疫情,他从来没有停止过盈利。

      梳理一下欧洲的其他厂商干了什么事情,1999年德国交通部建议商用卡车安装AEB、ACC功能的毫米波雷达模组,每年交通大伤亡事故都是大卡车造成的,交通部说你们从70年代就开始研究了,建议安装一下,2000年就开始统计,统计出来发现大卡车伤亡事故比原来降低了70%。同样的,我国今年5月份通过了商用卡车法规的促进。

      在这个节点上看一下周围发生了什么事情?博世到LRR3的时候,发现这个成本太高,量小,我们要把成本降下去,性能同时还不能损失。2009年计划开始关闭,到2022年才全部关闭,这个缓冲是根据实际情况而来的,不是说今天按照法规出台,明天就要全部执行。

      2010年底的时候,博世拿着LRR3这个产品,去底特律信心满满地参加一个奖项,今年年度全世界所有的厂商对激光雷达贡献最大的厂商,博世信心满满去参加这个奖,结果去了之后拿了一个安慰奖回来,第一名被美国的一个公司得走了。博世非常不甘心,为什么呢?美国是一个纯粹单发单收的最简单的雷达把这个奖项拿走了,博世从那个时候意识到不行,要给中低价位的车子用。我们经常从劳斯莱斯从英国开过来了,当时的人全部过来围观,有时候布加迪威龙是从法国开过来。后来博世说不行,输了这个奖也不能输了市场,以大众为领头,才能看到我们现在3、4代雷达,完全没有冗余在里面。

      这个地方,我们其实了解到毫米波雷达,是2016年的时候77G的芯片在国内放开,博世到2019年量产第5代。大家可以先了解一下,国内落地之前,看一看欧洲这些国外的大厂是怎么来做它的商业化和落地化的。

      今天在座的都是参加自动驾驶论坛的,前面三个应用只是挑了几个,不详细介绍了。其实这个小黑盒子还可以干很多事情,比如说可以生命探测,可以免接触的实时提取你的呼吸,甚至是心率。还有一个手势识别的功能,前面发的IPAD也有这个功能。

      危险液面高度检测,包括智慧安防,现在安防企业主要用的是摄像头的视觉方案为主,但是如果一个人要入室抢劫或者入室盗窃,你只能说警察叔叔来调查的时候说我们有一个监控,并不能起到预防的作用。如果有毫米波雷达的话,它对动态物体特别敏感,只要无人区里面在相应的时间段内出现动态目标,就可以直接报警,甚至这个时候再打开摄像头,摄像头的工作效率也更高一些,这也是毫米波雷达的应用。

      包括正在跟无人机大厂合作中,也取得比较好的进展。

      毫米波雷达不仅限于用在车载,但是我们是从车载入手,为什么呢?大家在谈毫米波雷达的时候,都没有想明白这个产品到底是用在什么行业,其实是有千差万别的。如果只是谈一个原型机,但是这个原型机能不能满足特定电子需求呢?显然不可能。真正当我们谈到产品的时候,产品一定是根据各个行业标准进行系统化的数据收集和严格的生产流程来开发出来的一个东西。

      一般的,我们把所有的产品级别分为消费级、工业级、车规级、军工级、宇航级等等。

      消费级,就像华为的手机或者其他的手机,三个月至少要出一个Plus,六个月至少要出一个Por版,对迭代要求特别大。

      工业级,可能涉及大规模人身安全和群体损失,专业市场对产品迭代速度密谋要求。

      车规级,所有准入的汽车电子产品或零部件,非常可能涉及大规模人身安全和群体损失,专业市场对产品迭代速度及成本也有很高的要求。这个跟消费级电子对比,大家可以从一个事实中看出来,三星手机爆炸的事情,我相信在座的各位都知道这个新闻,三星手机爆炸之后,我相信还是有很多人买三星。但是时候高田事件,他在破产之前,安全气囊占全球市场份额85%,在他填充安全气囊的时候有两起误触发引起的爆炸,因为惰性气体质量严重不过关,这是一个质量管理的问题。但是就是因为这两起爆炸死了三个人,三个月后日本政府让他破产了。当时高田在欧洲还有很多小的公司,专门为高田做电子工作这部分,这跟主事故没有任何关系,大家因为你为高田做过东西,所以也倒闭了。

      为什么大家强调自动驾驶的时候,都有一个主次,但是一个都不可或缺,这就是为什么我们拖家带口,带着必胜的信心或者说一定要做下去的信心在国内做下去,因为不管是ADAS,还是自动驾驶,都需要毫米波雷达。

      军工级和宇航级,大家知道军工级和宇航级的研发是不计成本的,我只要性能。

      举一个典型的案例,给了一笔订单说要交3台机器,他做了30台,可能十几台都是不行的,有那么几台可以用,挑出来大概5台可以出货,一台卖个500—600万,这就是一个典型的军工产品成功的案例。车规级在中间,既对成本有要求,又对性能有要求,还是一个重要的中间件,你所有做的一切都不是为了装样子给你的终极客户看,而是说必须要这么走。

      技术只能向下兼容,成本只能向上兼容。

      现在讲一些具体的。虽然24GHz,还是77GHz,还是79GHz,这个有点老生常谈,当时博世说我们一定做77GHz的时候,当时内部的人是反对的,因为24GHz当时是很好的。当时我问了我们部门老大,车在地上跑,连基站都够不着,怎么跟宇航级的通讯重合,要找一个借口呢?他说就是因为24GHz门槛太低,如果我们不把这个门槛弄起来的话,中国人拷贝就容易了。现在我们不需要什么借口了,你早晚也会面对一个24GHz想想怎么从市场淡出的过程。并不是抨击现在做24GHz的友商,这只是一个大趋势。

      另外,想落地这个东西的话,其实刚才也是叶总提到的,不管是营运客车安全技术标准,还是新车下线测试的标准来看,因为我们有一个合伙人原来在保时捷公司给大众和保时捷专门做车身焊点的碰撞,要选择好几个焊点,碰撞完之后分可以提高半颗星。工信部和发改委从国家层面在引导这个市场,但是如果新车下线测试,是跟专业市场相关,在引导消费者、教育消费者。

      市场也在教育消费者赶紧切入到这个行业来,这也是之前好多大佬们也介绍市场、ADAS的普及,为什么攀升,也有这个问题在。

      博世现在依然是毫米波雷达全球占有率第一的厂商,中国和欧美有用户上的区别。为什么角雷达能够先起来?开门预警这个功能在欧洲并不是需要的,因为欧洲的人口没有这么多,他们觉得这个功能很莫名其妙,但是国内没有这个功能不行。你一开车门,旁边有外卖小哥,或者顶到人了,都是经常发生的事情。这个功能是国内汽车厂商研发的新宠,这个功能对毫米波雷达模组有一个差异化在,这个差异化就需要市场长期的教育。

      政策法规上是平行推进的。

      前向雷达涉及到责任划分。

      这是我回来两年观察到业内的一些左因右果,主机厂想我就买一个雷达,中国消费者有这个习惯,我就买这个便宜的就好。但是博世在ADAS方面的收入,大部分来自于和他的底盘绑定的,是作为一套整体方案把毫米波雷达嵌入进去的。

      这个太多了,挑几个说,比如说过于信任国外的产品,这个我们有亲身体验。

      这是第二代毫米波雷达,把我们的雷达换成他们的雷达,你可以看看这是新车,这个外面有明显的磕碰,还是采取传统的打胶的形式,有溢胶,而且这个胶非常不均匀。国内的主机厂可能也没有占到更多的便宜,花了很多钱。

      南京楚航科技在这两年的落地和探索当中,总结出来什么策略呢?因为我们对这个黑盒子里面所有的东西都很了解,我们很明确地知道当你的雷达在集成化,在追求小或者集成度高的情况下,肯定是要不可避免地牺牲一些性能,但是这些牺牲的性能是不是关键客户所在乎的?这个需要真正懂雷达的人去匹配的。我们不光有乘用车的角雷达和前向雷达的开发,还有一个ARM的平台,这个雷达就是要做得小,才能装到专门的地方,而且有固定的功能。

      我们的终极目标,不管这个雷达是想装到哪里?我们来给你做咨询,来给你做定制,这是我们的信心。

      为什么抨击拿着芯片供应商的开发板,去掉一些东西,接到自己的系统。你想想你改动的话,一个设计失误,到产线会发现到底要烧多少钱进去,你是要骗你的客户,还是要骗你的市场?这个时候,雷达的眼睛和雷达的大脑,以及通讯方面的东西,包括以太网,包括电源管理模块,看起来很简单,但是想把几个模块真正做好,攒出来成为一个系统集成在一起。这个也不是说难,道理一说很简单,但是真正这样做的可能不是太多。

      这是关于天线,南京楚航科技能够提供这三个,不管是仿真的测试,还是有源测试,还是无源测试,这是一定要做的。

      一个原型搭起来之后信号到底好不好?而且是和天线集成在一起,它出来到底好不好?这是我们有一个第三方实验室,我通过它知道我前方的数据是打通的。大家在考虑同一个问题的时候,一定要把理论和实践都结合起来,最后才能反映在产品上,才能展示出某种效果。我们调试的精度是比较高的,线性调频度只有千分之一的抖动。平坦率也相当高,800兆带宽内只有正负1度的抖动。

      你要做一个产品出来,为什么要说车规级有A样、B样、C样、D样,每个不同阶段的样品要不同的测试,而且要做第三方测试,一直到现在为止,我们的样件在一年零两个月的时间类迭了7版。

      在测试里面,我们做了环境测试、电磁测试等等。

      我们是根据不管是国标也好,还是其他的标准也好,我们是严格按照每个样件都需要做DV测试,都做了摸底。

      我们对标是博世第5代雷达,壳体都是塑料的,做散热的时候要做热模拟,跟实际对比,到底多少小时之后这个温度是稳定,这样的散热是不是有效。

      安装,因为我们定义的就是TL1,所以肯定要跟不同的主机厂进行安装,我们有专门为这个适配一款我们自己的支架。

      软件上面也是,我们的软件架构都是按照奥德赛(音)的标准来做的,奥德赛就是精准研发,功能完了之后打包,打包接口明确,看似这么简单的一个要求,软件方面的行动也是缓慢的,欧洲虽然做了几年,但是那些大厂做得也不好。我们的软件都做到层次分明、模块化研发的程度。

      另外我想跟大家普及一下,我的信号从射频前端接收之后,直接出来采样,就是我的原始数据,要经过数字信号处理,数字信号处理出来之后,你会第一时间知道它的速度、距离、角度。

      后面一步就是数据处理,一个物体可能反馈很多点,但是我应用的时候就只要综合一个点,这是所谓的跟踪凝聚,后端超分辨的高级算法都在这个里面。大家习惯说雷达的点云,其实是在数字信号处理之后出来的数据。

      再往下是功能模组,比如说这个车就是一个点,那个人就是一个点,当我知道这个点之后拿它来做什么的?我是来做触发还是点油门?这是功能模组。国内做应用的,因为前面这一端黑盒子里面的东西不知道,所以他基本上是买国外的雷达来做功能。

      之后我们肯定要有一个测试的环节,这是我们第一辆测试的车,角雷达还装在外面。这辆车叫大白,看起来很憨态可掬,但是关键时刻又能挺身而出。包括上面有一些差分雷达和GPS进行校准。

      中间看到蓝色这一团就是探测车的点云,稍微离它远一点的疏松的那一段就是马路牙子。先看左边的,有一排简易攻防。时不时闪动白色的信号就是我们说的地面杂波,实际上不是杂波,跟速度来看,它和带有相对速度的目标能很清晰地分开。当目标车辆一直待在盲区的时候,上面盲区的质量一定是比较高的。到这个盲点探测,这是装到我们的测试车上,目标车辆过去,它亮灯,目标车辆过去之后灯熄灭。我们是采用了大量的数据,每个功能都要不断地优化,才能适应场景。有的时候是按照临时摆的路障什么的,我们通过花坛或者隧道的时候,这个是不报警的。但是有的特征目标不一样,有的是摆几个塑料的不规则摆放。

      除此之外,还有高里程路试规划,这是我们规划的一个测试路线。

      聊这么多,要落地的话最终是要冲着生产去的,在此期间把我们的厂房打造起来,这是安庆我们的生产基地,大概年产能是40—45万,我们现在已经可以开始接受订单了。

      除了这一排比较熟悉的感觉流水线似的生产机器之外,中间是生产标定线,每个通道直接出来的时候,项目差是有不一样的,科研院所或者普通的研究机构该怎么办?他就买一个转台一度一度去转,这在大规模生产是不可想象的,因为我们年产45万,不可能每个人拿一台雷达去不停地转。这个投了大概700多万进去。

      这是我们的9001和16949的认证,这是第一个从线上从头到尾跑下来的产品,我们生产团队很高兴,他们拍的照片。

      这个地方我讲一些具体的,比如说这是一个角雷达,我们和自动驾驶的自动泊车,帮他们做一些预演。这种场景下探测一个泊车车位,对于毫米波雷达不受雨水、光照的影响,这是一个很好的补充。

      这是第二个场景,中间都是实实在在的距离。

      这个地方我想展示一下前向雷达的B样件,把它当成交通雷达,放在路中间看它的性能怎么样。

      可以看到波形是300米,实时跟踪是不是也能达到300米?顶上的车是14.5/每秒,我们硬件和软件是可以很好地结合起来的,也是国内第一家可以把探测距离做到300米的。

      这是来向的,因为这条路不是快速路,所以一般的小车也会在150—200米之间稳定跟踪。

      下面讲一下一开始提到的毫米波雷达在其他领域方面的应用,生命体征探测,这方面国内的政策法规也在制定,所以这方面的市场也会很大。

      手势识别,在IPAD里面已经集成了毫米波雷达,其实就是用的AlphaGo的那个芯片。

      危险液面高度检测。

      智慧安防。

      无人机定高,大疆已经有产品往市场推出了。

      这个地方,深呼吸、憋气15秒,再吐气,可以很明显地看到,正常的呼吸大概是2—3秒之间,大概15秒的时候突然呼吸了一下,只有进气,没有出气,这个频率就是一半,到憋不住了又突然回去。大家对这个黑盒子的理解,不要只局限于车载,还包括车内和其他民用的场景,都是可以用到的。

      另外,小雷达,这个其实对生产制造来说,一个是成本有需求,集成度越高,生产工艺越少。这里面都是有讲究的。现在这个小黑盒子大家看出来已经满足车载的安装需求了,但是我们根据客户的需求,我们还可以把它做得更小,在性能不打折扣的情况下。

      这就是我们的平台。

      今天的演讲就到这里,谢谢大家的关注!

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      https://auto.gasgoo.com/NewsTopic/251.html

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