“耳目”之外,谁来充当无人驾驶系统的“小脑”?

发布日期:2022/7/6 17:27:51 浏览次数:1583来源:上海戴世智能科技有限公司

“Hands off(脱手)是汽车行业发展的必然趋势。”上海戴世智能科技有限公司副总经理&联合创始人陆海峰表示。


伴随越来越多的智能驾驶功能成为汽车的出厂标配,如何提升自动驾驶的安全度和精准度?用什么来支撑自动驾驶车辆的全局路径规划?这已经成为行业思考的共识性问题。


无人驾驶系统的“小脑”:高精度组合定位系统以限定场景中自动泊车的技术实现路径为例,依托于传感器系统回传的车周环境数据,处理中枢代替人脑向控制系统发出指令,并经由执行器实现,然而,随着泊车场景的拓展,道路复杂度不断增强,仅仅依靠传感器系统收集的数据并不足以支撑更高阶的行驶策略。


如果将地图导航及视觉传感器比作汽车的“耳目”,那么高精度组合定位系统则可以被看做无人驾驶系统的“小脑”,为汽车增加了“全局把控和平衡”的能力。高精度组合定位系统通常是基于GNSS获取定位卫星信号,辅以地面参考基准站的差分信号,再结合INS测量汽车自身三轴加速度与三周角速率并进行航迹推算,三管齐下,对汽车所在环境、路况、行驶轨迹等信息精准抓取。


正如前高德事业部总裁韦东所言,“离开了记忆,无论眼睛和思考速度(摄像头+雷达+控制系统)有多么发达,还是无法对事件有全局把控。”

GNSS+RTK+INS为何可以赋予汽车“全局把控”的能力?细看这三项元件,GNSS又被称为全球卫星导航系统,为用户提供全天候的三维坐标、速度、时空信息的无线电导航定位系统,比如中国的BeiDou、美国的GPS。


高精度的GNSS测量必须采用载波相位观测值,RTK定位技术就是基于载波相位观测值,可实时差分修正的动态定位技术,可以提供地球坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。


高精度差分卫星定位技术(GNSS+RTK)的效用高度依赖于无线信号和通信链路的通畅性,如果在城市内驾驶时遇到城市峡谷、高架桥、林荫路等信号不畅的场景,惯性导航系统(INS)就可以成为汽车“盲目”时的补充。


在无 GNSS 信号环境时,INS主要依靠惯导测量单元(IMU)中的三轴MEMS加速度传感器、三轴陀螺仪以及解算电路,基于DR算法输出汽车的定位和姿态数据,推算下一时刻的航位状态。


标定技术助力IMU达到极致性价


陆海峰表示,高精度IMU在性能需求上有一个特点,那就是“没有止境”。汽车行业之外,IMU还被应用于机器人自主移动等领域,比如基于视觉的即时定位与地图构建(VSLAM/VIO)不仅会基于摄像头获取RGB和深度地图信息,还会融合IMU传感器进行定位辅助。


戴世智能(DAISCH)的性能对比试验表明,如果采用Gyro零偏不稳定性为3.5°/h和6.3°/h的两种MEMS IMU配合双目视觉进行VSLAM建图,在严格控制其他变量的情况下,随着行走距离的增加(单圈约550m),不同样本的轨迹绘制表现大相径庭。


基于五十次重复试验对比的数据显示,零偏不稳定性为3.5°/h的样本A在精度和重复性上有显著优势,其误差在累积后表现出来的稳定性较好,在没有轮速类里程计辅助的场景下,依旧可以实现五米左右的箱形图分布。


陆海峰补充,虽然IMU的精度要求在理论上是“永无止境”的,但在汽车行业还需要讨论“Good Enough”,也就是成本和性能的平衡问题。


正如上文所言,IMU是基于DR算法输出汽车的定位和姿态数据的,而DR 算法的精度取决于 IMU中陀螺仪、MEMS加速度计的精度,由于解算模块的积分计算本身存在累积误差,会随时间增加而线性增长。此外,在实际应用中,高频振动也会降低INS组件中IMU硬件的可靠性和精度。


这正是车用场景下高精度IMU标定技术的要求越来越高的主要原因。基于高精度标准装备,戴世智能进行了大批量的数据采集、矩阵求解计算,最后回灌入IMU 处理芯片中。实验数据表明,经过标定后可以将零偏误差随温度的漂移降低到0.01dps,相较标定前提升了1-2个数量级;在传感器全量程内,标度因数误差范围则可以从3%缩小至0.3%,提升了1数量级;正交性误差也可以从1%缩小到0.01%,提升2个数量级。


从投资成本角度看,校准和不校准的成本投入相差不到30%,然而可以使惯性导航器件的精度有1-2个数量级的提升,陆海峰作出结论:“这对于整个工业界来说是合理的、也是值得投入的环节。”


IMU标定只是戴世智能对于产品严格要求的冰山一角。


陆海峰介绍,戴世智能会对所有器件做严苛的产品测试,比如在几十秒内进行快速升降温测试,列出温度循环曲线的对比图,考验高温度梯度场景下产品的形变、应力对零偏稳定性的影响,并对传感器校准调试到重合度符合标准之后再进行标定。也会对交付后的基础器件产品进行持续检验,确保产品全生命周期的稳定性和校准参数有效性。


筚路蓝缕 戴世智能在高精度IMU领域的开创之路

2019年10月15日,水木资本向戴世智能投资数千万元,这一消息将创始于四年前,始终默默耕耘于高精度IMU技术领域的戴世智能带入投资圈的视野。


也正是在2019年,戴世智能成立了全资子公司上海戴世汽车,实现第一代智能生产线投产,第二代乘用车自动驾驶P-Box项目立项。自此,戴世智能进入从技术研发向产品规模化交付的转折点,代表中国企业在组合惯性导航技术自研领域开辟出一条新路。


2015年,距离无人驾驶领军企业Waymo明确自动驾驶的四种商业模式还有四年;Uber开始布局自动驾驶业务;百度在这一年成立了独立的无人驾驶事业部,距离其公布Apollo计划还有两年;距离滴滴组建自动驾驶公司仍有一年。


这一年,毕业于同济大学的卞江和陆海峰联合创立了上海戴世智能有限公司,专攻基于汽车ECU级别的惯性导航系统自研技术,用陆海峰的话来讲,就是不将注意力放在地图和视觉传感器等汽车“耳目”上,戴世智能转而将目光瞄准了无人驾驶系统的“小脑”。


2015年,中国车市仍处于ADAS辅助驾驶系统的导入期,组合惯导技术的军工领域规模是民用市场规模的三倍有余,民用领域的应用以百亿级市场的无人机行业为主。在这样的市场背景下,戴世智能自研的惯性导航技术如何变现,支撑初创公司走下去的路在何方?


据陆海峰描述,“白天开发产品,晚上接一些高精物理实验室的定制化业务”是切入汽车行业之前的常态,只有这样才可以维持公司运转所需的现金流。2016年,戴世智能将IMU、组合惯导和汽车ECU开发技术应用于无人机领域,推出业内首款无人机控制系统。


2016年之后,预计有万亿级市场的无人驾驶市场愈发火热,行业内外的重量级玩家入局,无人驾驶产业的诸多细分领域迎来投资风口,根据中国产业信息网预测,惯性导航产业增长空间广阔,2026年预计将达到481.7亿元,年复合增长率14.50%。


戴世智能紧随热度,于2018年推出业内首款高性能测试工具IFS系列,并向上汽乘用车、泛亚、徐工等企业进行产品交付。


2019年8月,陆海峰站上《创业英雄汇》的舞台,为戴世智能的惯性导航组合系统完全切入汽车市场添上了关键的一把火——水木资本管理合伙人唐劲草所表示“没有任何盈利压力的支持”:水木资本千万人民币的天使轮融资。


自此,戴世智能从筚路蓝缕的初创阶段步入了惯性导航系统领域的行业前列,2020年,戴世智能全自动化P-BOX(GNSS+RTK+INS的组合定位方式)组装标定生产线投产。


2022年,戴世智能推出新一代高性能、全功能、网联组合惯性导航系统IFS3000及桌面端软件系统,支持最高100Hz的更新率,精度直追光纤组合惯导系统,适用于自动驾驶开发、ADAS测试应用等领域。


针对矿山等复杂环境,戴世智能则是推出了可以经受激烈颠簸考验的IFS2100,具备GB3836、GB/T 4208防爆认证、满足矿山防爆安全标准,达到IP67 防尘防水等级,可经受-40~85℃的环境工作温度。此外,IFS2100的全航空铝机身能够经受严苛的电磁干扰,既保证散热需求,又能够抵御矿区辐射干扰。


2022年8月5日,戴世智能获得高精度汽车惯导领域软件开发过程A-SPICE L2级认证,是汽车高精度惯导领域率先获得此项认证的中国公司,标志着戴世智能的相关产品软件质量体系达到了国际领先水平。


从筚路蓝缕的自研产品初创阶段,到进入主流投资机构的视野之中。艰难创业的七载春秋不仅带给了戴世智能一个具备“优秀的汽车基因、强烈的创业热情、强大高效的执行力”的创业团队,也让公司的业务在组合惯性导航这一细分领域内得到了最大程度地拓展:


目前,戴世智能不仅为大载重无人机开发飞行控制器,为ADAS和主动安全系统研发真值设备,为无人矿车提供超高精度组合惯导,为末端配送车供应高精度IMU,为多家头部汽车厂商的L2+乘用车业务提供P-Box产品及配套服务。


汽车新四化、产业链国产化的浪潮浩浩汤汤,戴世智能不仅是众多技术型初创企业的缩影,也是处于初创阶段的小型企业面向未来的愿景:


从团队不足二十人、“蜗居”在紧邻同济大学的创业园区内;到团队拓展至百余人,子公司遍布上海、合肥、厦门等地。目前,在无人矿车、无人工程车辆、末端物流无人配送车、L3及以上乘用车、飞行汽车等无人驾驶的落地场景中,戴世智能都获得了业内标杆级知名客户的认可和项目订单。


正如陆海峰所言,新兴行业如雨后春笋不断涌现,先发未必早至,唯有打好坚实的基础,掌握核心技术和体系,才有可能成为未来的赢家。“厚植技术领域”的理念不仅陪伴戴世智能走过了筚路蓝缕的创业路,还将助力戴世智能率先打开惯性导航前装市场,实现成为定位领域标杆型企业的未来愿景。


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