暑期产业实践| 智能驾驶课题组:无人驾驶的关键技术和发展机遇

ON2018-09-02文章来源 8040comCATEGORY资讯

想象一下,所有的汽车都可以自动驾驶,将人们从方向盘前解放出来,并同时做到减少事故、降低拥堵,那是多么令人激动的图景啊!而智能驾驶技术的不断进步,正让这幅图景渐渐变为现实。近年来,智能驾驶成为热点话题,GOOGLE、特斯拉和百度等中外企业研发的无人汽车已经可以完成长距离自动驾驶,智能巡航、ADAS(高级驾驶辅助系统)等技术也应用在越来越多的汽车上,《中国制造2025》中将无人驾驶作为汽车产业未来转型升级的重要方向之一,智能驾驶产业正在高速发展期。

在此背景下,同学们以了解智能驾驶技术和发展机遇为目标,在上海无线通信研究中心各位导师的引导下,通过讲座学习、企业参观、查找资料等方式,从不同角度对中国智能驾驶产业链进行调研,增长常识和视野。

一、畅想未来智能车系统——上海无线通信研究中心讲座

2018年9月3日,在智能驾驶课题组产业实践活动开始第一天,上海无线通信研究中心副主任张武雄博士为同学们就无人车的发展背景和发展方向,呈上了一堂精彩的讲座,让同学们对无人汽车有了一个大体的概念,并对它的未来展开畅想。

首先,张博士指出,无人车技术能够带来更加安全、高效、舒适的驾驶体验已经成为业内共识,因而普遍对无人车有很高的期待,中外许多企业正加紧相关研究,并取得了一定进展。然而,目前的无人车还存在可靠性问题,其算法和系统灵敏度都有改进的空间。张博士认为,建设未来的智能车系统不单单依靠车辆本身,而是一系列设施与功能的集合体,即“无人车+5G车联网+智能路标+数据分析”。其中5G车联网是保障无人车安全、高效运行的关键一环,也是无线通信研究中心正在研究的方向。

5G车联网包括“5G”和“车联网”两个概念,其中5G通信是我国继4G后的下一代超高速通信,车联网是车车通信和车路通信系统。目前无线中心已经开发了5G车联网原型系统,并在威尼斯娱乐场【www.8040.com】进行测试。同学们之前就看到有无人车在学校行驶,听了讲座后才知道实验的内容和制导的方式,在好奇心得到部分满足的同时,产生了更强的想要去实验室一探究竟的愿望。张博士欣然同意,带领同学们来到信息学院5楼的车联网实验室,先容了研究工作,并回答同学们的提问。同学们问题的种类和内容不拘一格,令张博士十分开心。他说,研究者长期从事具体工作,思维往往受到局限,而同学们思路开阔,其中不乏富有创造力的好问题,能够给研究者以启发。

之前,同学们担心由于还是本科生,专业常识不足,不能为智能汽车的发展做出多少贡献。而经过张博士的说明,同学们意识到,正是因为大家还没有经验,因而具有想象力丰富、充满好奇心的优势、反而有可能看到专业人员习以为常而忽略的思维盲点,因而大家的报告是有价值的。同学们在这次讲座中不仅获取了关于5G车联网相关的概念和常识,更重要的是获得了产业实践调研的信心与动力,为产业实践开了一个好头。

二、初览大数据为人们交通出行提供的便利——上海交通信息中心调研

9月5日上午,同学们来到了徐汇区的上海交通信息中心。通过听报告同学们了解到,上海交通信息中心通过采集和利用交通大数据,为上海市民们的交通提供了极大的便利,并为人们的出行安全做出了巨大贡献。

上海交通信息中心由建立以来不断发展规模,成为上海市所有交通信息数据的汇聚地,是上海交通的关键枢纽。交通信息中心使用多种方法采集各个方面的交通数据,其中包括由电子摄像头采集的视频数据与车辆牌照信息、采用SCATS技术收集的路口车辆拥堵状况等,并由专业人员将所有数据筛选、汇总与利用,最终开发形成多个高价值的应用。如在道路交通方面,信息中心提供各个路段的路况,方便人们合理规划出行路线,大幅提高了人们的出行效率;在公共交通方面,信息中心采集在各个路段和站点公交车与地铁的人流量大小和拥挤程度,并将数据整合与挖掘,努力实现智慧公共交通。负责报告的人员结合可互动的平台,向同学们展示即时的数据采集和各项分析结果和指标,让同学们大为惊叹。

报告后,同学们与研究部门的人员就听报告时产生的一些疑问进行了交流。当谈到无人驾驶的问题,研究人员表示目前无人驾驶处在技术的转型阶段,有待解决的问题还很多,目前信息中心计划在未来给无人驾驶车辆一张“二代身份证”,以便更加高效和安全地监管无人车。

在上海交通信息中心的走访调研中,同学们了解了交通数据的采集和处理流程,深刻地体会到了在信息时代大数据的合理利用能为人们的安全和生活效率带来极大便利;同时也了解到对于智能驾驶技术的落地,人们还有很多的难关需要攻克。

三、探索车载毫米波雷达和芯片的研发——上海矽杰微电子有限企业调研

9月5日下午,参观完上海市交通信息中心,同学们来到了位于嘉定区的上海矽杰微电子有限企业。志在“打造中国ADAS/IoT心(芯)”、“助力中国ADAS/IoT领域引领世界”的上海矽杰微电子有限企业前身是上海微技术工业研究院的RFIC部门,于2016年获得专业基金企业投资后,独立运营。矽杰微电子专注于毫米波雷达芯片开发,根植于汽车城嘉定,由国家千人计划专家领头开发了具有国内自主常识产权的第一颗高度集成24GHz雷达SOC,同时正致力于开发一系列的24GHz和77GHz的高集成度产品,努力为新一代传感器及互联网技术的发展贡献自己的力量。

矽杰的朱欣恩副总先容,毫米波雷达由于其探测精度高、天线及器件体积小、抗干扰性能强、不受雨雪雾天气因素影响的优点,已经成为目前汽车辅助驾驶以及无人驾驶系统的主流解决方案之一。矽杰微电子的毫米波雷达产品应用范围涵盖了汽车雷达、安防系统、无人机等多个应用领域。然而,矽杰尽管已经在24GHz毫米波雷达上取得了成功,但是仍与兼具远测距和高分辨率特点的下一代79GHz毫米波雷达产品存在不小的距离。朱总坦言,无论在技术研发还是制造工艺上,想要实现这一突破并不容易,考虑上功率和损耗问题则难上加难。随后,朱总带领大家来到了矽杰位于上海微技术工业研究院的实验室中。在这里,大家得以身临其境地体验毫米波雷达的研究过程,见到了许多成品芯片。同学们也亲自上阵,亲手检测毫米波雷达的实际效果。

然而,无论是生产雷达的精密仪器、检测雷达性能的仪表还是切割机之下的晶圆都不是国产的现实使大家的内心受到了极大的触动,也体会到矽杰正在经历的瓶颈与磨难,其中的辛酸苦辣和无奈是远远不能从书本中读出的。这次经历勉励大家,要想做好中国自己的无人驾驶,就必须有中国自己的先进技术、先进芯片、先进毫米波雷达。这就要求大家首先要从小处做起,从学校做起,从实验室做起,利用模电和电磁学等所学常识,积极实践,努力为“中国心(芯)”贡献自己的一份力量。

四、认识电子显示技术的应用——中科领航汽车电子有限企业调研

9月5日下午,同学们前往的第三家企业是同样位于嘉定的中科领航企业,以车用液晶仪表为主要研究方向。到达企业后,接待人员带领同学们来到产品陈列室,向同学们先容企业的大体情况和已经研发的产品。通过他的先容,同学们了解到液晶仪表相对传统指针式仪表具有布局灵活、内容醒目、风格可以调整、展示信息量大的优势。

液晶仪表的研发存在诸多挑战。首先是系统的可靠性——如果仪表突然死机,会给行车带来极大危险。研究人员为了最大限度上杜绝这种情况的发生,从程序的编写到硬件的设计,处处以安全为重。成品仪表盘经过了各种测试,以确保其在不同温度、干扰环境下长时间工作也不会失灵。其次是实时性,其对汽车情况变化的反馈是否迅速。中科领航的仪表更新信息频率在20Hz以上,完全满足汽车驾驶员对信息及时性的需求。最后,产品要在不同光照条件下保持显示的清晰度,这点是通过光线传感器和算法实现仪表亮度的调整。

随后的提问环节中,同学们询问了液晶仪表进一步的提升空间有哪些。中科领航的员工表示由于芯片处理速度的提升,他们现在有机会进一步提高信息采集、处理频率,同时支撑3D效果的显示。大家也询问了直接在挡风玻璃上投影仪表信息的可行性,接待人员表示这在技术上是可行的,但由于受环境光、不同车型玻璃弧度区别等因素影响大,还有很多不确定性,离商业普及有一定距离,还有待更多研究和测试。

电子车载显示在L1,L2和L3级的智能驾驶中有广阔的应用空间,由于显示信息量大,在无人驾驶汽车的研制和测试过程中也能发挥作用。通过在中科领航的调研,同学们增长了对车载显示技术的认识,意识到了液晶仪表能给驾驶员带来的方便,以及未来车载显示的发展方向和进步空间,可谓收获满满。

五、了解智能汽车测试标准——走访上海机动车检测中心

9月5日傍晚,同学们的最后一站是上海机动车检测中心。首先,两位企业人员为同学们带来了一场详细生动的讲座,他们从整车检测与零部件检测两个方面为大家讲述了网联汽车测试的运作流程。

在整车测试方面,企业运用自动驾驶机器人系统操作检测车辆,使用地面差分基站对车辆进行高精度的定位,启用假人和目标车牵引系统降低碰撞损失,建造交通设施完善且封闭的典型道路场景作为试验场地。在展示了已有的建树后,企业人员开始为大家先容其中的难点与企业做出的突破。如GST地盘车技术、智能型新能源汽车综合测试基地等。在演讲中,智能汽车测试中蕴含的高科技和新理念让同学们应接不暇,激发了同学们的兴趣与热情。

在零部件检测方面,企业人员主要先容了对于毫米波雷达和激光雷达的检测。检测室通过对雷达产生的光斑大小、发散角、发射功率、重复频率等物理参数,检验雷达对距离、角度、速度的判断是否准确。这两种雷达检测对精度要求极高,是一项十分精密、前沿的技术,令同学们叹为观止。

了解理论常识后,企业人员带领大家参观了毫米波雷达检测室。在室内,同学们可以明显感知到四周的声音因吸光图层而减弱,在仔细观察了室内的转台与接收器的布置后,同学们体会到了测试毫米波雷达的不易。随后大家在企业内部参观了一圈,沿途看到许多在整车测试中撞毁的车辆,据企业人员透露,每天大约有20台检测车辆会发生事故,由此可见智能汽车检测任重而道远。

在参观了上海汽车检测中心后,同学们对网联汽车测试有了较为清晰直观的认识,对于国内智能汽车整车检测的现状与需要突破的问题亦有大致的了解,雷达检测室的近距离参观也带给同学们特别的体验。此次学习旅程令同学们受益匪浅。

六、总结收获

9月14日上午,在信息学院举办了“智慧城市”方向的课题组的答辩,请到了五位相关领域内的专家老师担任评委。答辩分为两个环节:10分钟的成果汇报环节和5分钟的解答提问环节。智能驾驶方向的四个小组选择了不同的调研方向,分别作了精彩的汇报:第一组展示了高级辅助驾驶系统(ADAS)关键技术的原理与挑战,并以避免碰撞或预碰撞系统为例详细先容了其背后的卡尔曼滤波算法,可谓干货满满。第二组研究了无人车物流配送的相关问题,分析比较了国内外的发展状况,指出了该方向未来的发展机遇,第三组则将目光放在智能车的推广上,设计了智能停车的商业模式和能自由布局的新型车体。第四组先容V2X、DSRC和LTE-V2X这几种车联网通讯的模式,并做了技术对比,还涉及了边缘计算的原理。

专家老师们对同学们的汇报给予积极评价,认为同学们能在有限的时间内获得如此成果实属不易,有的概念是他们也不曾了解或考虑过的,总结报告有实际的意义。同时,老师们也对同学们工作的不足提出引导意见,如报告的详略取舍、问卷调查的样本标注、优劣势的归纳总结等,都有继续提高的空间。老师的建议对同学们修改完善总结帮助很大。

通过产业实践,组员们深刻体会到了一个课题从数据搜集到发现问题,开展调研,再到发现问题,最终提出解决方案的完整过程,给了同学们讨论交流,培养合作能力的机会,这是弥足珍贵的。智能驾驶领域已经有了很多发展、而前方还有更多的机会与挑战,有待同学们们立志成才,去不断探索和研究,这对大家是一种激励。

引导老师:上海无线通信研究中心张武雄、房卫东、许晖、施淳

撰稿:齐正坤、汪博石、张修豪、曲原辰

摄影:吴嘉轩

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