by 俞岳
| 北云已占領高精度組合導航高地。
文 | 車東西
作者 | 俞岳
編輯 | 曉寒
自動駕駛正加速在汽車行業(yè)普及，高等級自動駕駛的量產早已箭在弦上。
在硬件層面，讓車輛知道“我”在哪、“我”要去哪的高精定位模塊已經成為量產自動駕駛的核心傳感器之一。擁有適應各種場景的精準、穩(wěn)定的定位能力，才能實現安全、好用的自動駕駛。
不過，多年以來汽車行業(yè)高精度定位模塊存在著成本過高、集成度低、合規(guī)模塊和芯片少等多種問題，制約著自動駕駛的量產、研發(fā)進程，影響著智能汽車和自動駕駛的研發(fā)、量產進程。
隨著國內高精度定位行業(yè)的快速崛起，這一現象有望很快得到解決。近日，中國國際電視臺（CGTN）的一條新聞引起行業(yè)關注，位于長沙的北云科技在節(jié)目中亮相了貼片式組合導航模塊M1，在不輸萬元級組合導航整機性能的同時，具備非常高的集成度，30*40mm的大小可以整合進自動駕駛計算域控制器等設備中。在高精度定位行業(yè)，算是一款越級產品。
▲CGTN采訪北云科技
據了解，M1組合導航模塊之所以能夠實現高性能與高集成度的統一，原因共有兩個，其一是M1基于北云科技自研的RTK SOC芯片開發(fā)，集成了基帶、射頻等功能，尺寸為17*17mm。其二是深耦合組合導航算法的加持，可以降低對IMU等級的要求，在較低成本下，實現萬元級組合導航產品的性能表現。
而目前高精度組合導航市場中，大多以整機形態(tài)為主，高性能的貼片式組合導航模塊的出現，為智能汽車提供了一個全新的選擇。與此同時，由于組合導航模塊成本的不斷下探，將加速智能汽車的普及和高等級自動駕駛技術的量產進程。
在自動駕駛應用中，組合導航高精度定位系統能夠實現厘米級定位精度。當車輛在城市峽谷、隧道、高架立交及濃霧雨雪沙塵天氣和堵車、霓虹燈夜市、車道線磨損、開闊無特征點等路段時，激光雷達和攝像頭的感知會受到明顯影響。在這樣的惡劣場景下，組合導航高精度定位系統就能夠充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，幫助車輛實現更穩(wěn)定的自動駕駛表現。
北云科技近期推出的M1高精度組合導航模塊，在性能上能夠比肩海外大廠的萬元級產品。同時，通過自研芯片、深耦合算法、貼片式封裝設計以及優(yōu)秀的成本控制，成為智能汽車前裝量產應用的更好選擇。
其中，最值得關注的是M1采用了貼片式封裝。得益于北云科技自研RTK芯片的批產應用，M1組合導航模塊在集成度上實現了新跨越，做到30mm*40mm的超小尺寸，和小型手表表盤的大小相仿。
▲北云M1高精度組合導航模塊
據介紹，這種高集成度的貼片式產品設計具有兩大優(yōu)勢，其一是可靠性更高，其二是節(jié)約車內線束。
M1可以直接提供給Tier 1和主機廠，更小的體積和貼片式方案，意味著集成組合導航的整個自動駕駛解決方案將擁有更高的集成度，可以減少外部通信帶來的延遲和不穩(wěn)定性。
同時，這種集成方案將減少線束的使用。此前整機形態(tài)的組合導航，需要電源、信號等多種線束接入使用。而當前汽車行業(yè)正在從ECU分布式架構，逐漸轉向域控制器架構，未來還將形成整車中央計算架構，減少線束是生產過程的大趨勢。
此前有媒體報道稱，特斯拉首款車型Model S擁有長達3公里的線束，而最新量產的Model Y車型，整車線束僅有大約100米。線束用量的大幅減少，不但減少整車重量，還大幅降低了自動化生產中人工的參與和后期維護難度。
M1不但在體積上做到了超小尺寸，同時在北云科技自研RTK芯片和深耦合算法的加持下， M1在定位性能上也擁有卓越的表現。
在定位精度上，M1經過RTK解算的水平定位精度能夠達到0.8cm+1ppm（定位精度為8mm，離基站距離每公里帶來的偏差不超過1mm）。
在隧道、地下停車場等GNSS信號完全中斷的場景中，M1的組合定位精度可以達到行駛里程的0.1%（RMS）。
同時M1在成本上也實現了非常好的控制。
北云科技在衛(wèi)星導航領域擁有深厚的技術積累，憑借著在駕考車載領域數年上十萬量級的大規(guī)模應用驗證，擁有大量數據優(yōu)化算法。
從自研的Alita基帶芯片、Ripley射頻芯片迭代到M1采用的RTK SOC芯片Elsa，集成度不斷提高，算法性能不斷提升，在制造成本上也成倍降低。在芯片設計方案中，北云還集成了深耦合組合導航算法，無需額外算力進行組合導航解算，減少了計算單元的使用，進一步節(jié)省了成本。
此外，針對高精度組合導航模塊中成本占用較高的IMU部分，北云通過深耦合組合導航算法，在降低IMU等級的情況下，可實現高成本IMU的同等性能。此外，北云還將采用自研IMU的方式，進一步大幅降低IMU模塊的成本。
總結來看，北云通過RTK芯片、深耦合組合導航算法和IMU的自研，不斷提高產品的集成度，既實現了產品的高性能，還對成本實現了非常好的控制。當前在自動駕駛賽道上，無論是整車廠還是自動駕駛公司，北云M1組合導航模塊的出現恰到及時。
在產品層面，北云高精度組合導航模塊M1具備高集成度、高性能以及低成本這三大優(yōu)勢。而在技術層面，北云高精度組合導航模塊M1采用了深耦合技術，實現了更高的穩(wěn)定性表現。
深耦合技術就是利用IMU原始數據輔助GNSS芯片對衛(wèi)星信號捕獲跟蹤，提高觀測量精度和連續(xù)性，減少觀測量中斷和跳變，從而有效提高組合導航精度和可靠性，還可有效抑制信號干擾和欺騙。在城市峽谷、立交高架等惡劣環(huán)境下，定位精度及穩(wěn)定性可提升4-5倍，顯著優(yōu)于松耦合算法。
實際測試發(fā)現，使用深耦合技術的北云組合導航系統，能夠相比原始觀測量精度提升2～5倍。
從GNSS跟蹤環(huán)路多普勒測量結果可以看到，北云科技的組合導航系統由于采用了深耦合技術，多普勒表現和實際情況基本重合，而使用非深耦合算法的設備，定位表現時好時壞，不太穩(wěn)定。
另一個高架環(huán)島環(huán)境下，深耦合定位相比松耦合定位，誤差能夠減小4～5倍。
北云科技在長沙街頭對比測試了自研產品和其他松耦合產品。測試路段長度接近1.6公里，總共用時9分鐘。
測試發(fā)現，松耦合產品水平偏差RMS達到3.7米，豎直偏差RMS也達到了1.8米。而使用深耦合技術的產品水平偏差RMS僅有0.7米，豎直偏差RMS僅0.3米。
同時，松耦合產品的水平定位偏差峰值達到13.9米，豎直定位偏差峰值達到了3.8米。而深耦合技術的北云組合導航系統水平偏差峰值為1.7米，豎直偏差峰值為0.6米。
也就是說，在高架橋這樣的復雜環(huán)境下，松耦合技術的組合導航產品幾乎已經不能用，但使用深耦合技術的產品依然表現穩(wěn)定。
另一個測試場景為沒有衛(wèi)星信號的地下停車場場景。搭載北云組合導航系統的車輛同樣擁有非常高的可用性，水平RMS誤差僅有0.126%，水平峰值誤差也僅有0.196%。
在可見的未來，城市道路點對點L2級自動駕駛就是重點發(fā)展方向之一。保證各種場景下的穩(wěn)定定位，就是實現這項功能的重要前提，尤其是在城市峽谷、高架橋、停車場這樣的干擾環(huán)境下，能有高穩(wěn)定性的表現，正是自動駕駛行業(yè)亟待解決的問題。
然而，深耦合的研發(fā)并非簡單。深耦合算法的實現，需要RTK芯片基帶功能的參與，是否擁有RTK芯片的自研能力，對能否實現深耦合算法至關重要。當前市面上罕有國內產品走深耦合路線，原因就是技術壁壘較高，需要掌握RTK芯片的研發(fā)能力。
▲北云科技自研基帶芯片、射頻芯片、SOC芯片
談到為什么要自研RTK芯片，北云的工程師給出了三個原因。其一是能夠降低組合導航模塊的成本；其二是能夠根據北云算法團隊的需求實現更高程度的定制化，在性能、功耗、體積、架構、產品設計方面做到更好；其三，作為高精度定位核心部件制造商，掌握自研芯片是走向更高發(fā)展平臺的重要基石。
北云科技的工程師介紹說：“行業(yè)內單獨出售多頻高精度定位芯片的廠商屈指可數，而單獨出售專用基帶芯片的國內廠商幾乎沒有。如果用通用FPGA芯片與ARM芯片，固然可以實現基帶信號處理與RTK解算，但是有諸多問題。首先是FPGA并非專用芯片，因此計算效率不高，其次功耗、體積、成本都成為了不可控因素。”
從自研核心芯片，到部署深耦合技術，北云將硬件技術、軟件技術、算法技術相結合，從而實現頂級性能水準。在國內市場中，北云M1組合導航模塊的出現，可以說是彌補了行業(yè)的一大空白。
在產品、技術實現重大突破后，北云M1也正加速量產步伐。
光在全國30余個省市400多個城市的上千個駕考場地中，每天就有數萬臺北云產品在全天候持續(xù)運行。這些車輛已經累積了數千萬公里的運行里程，為北云科技提供了大量實測數據訓練優(yōu)化穩(wěn)定算法，保證了M1量產的性能和穩(wěn)定性。
在產品上車前，最關鍵的一步就是車規(guī)級認證。當前北云科技已經通過了IATF 16949認證，同時產品設計滿足ISO 26262、ASPICE、AEC-Q等車規(guī)與安全認證要求。
同時，北云科技此前的高精度組合導航整機X1、X2憑借著在客戶方組織的國內外主流組合導航產品比測中的突出性能表現，已經應用于多個L4級自動駕駛車型，許多城市的Robotaxi上已運行著北云的產品。
▲從整機到貼片式模塊，體積不斷縮小，集成度、性能、穩(wěn)定性不斷提高
在自動駕駛行業(yè)內，自動駕駛行業(yè)的頭部玩家之一長沙智能駕駛研究院（希迪智駕）就率先采用了北云科技的產品。
據介紹，目前希迪智駕的礦區(qū)無人卡車、無人物流車以及無人清掃車已使用了北云科技的產品。
在談到為什么要選用北云科技的產品時，希迪智駕表示有三大原因。其一，在2019年引入北云組合導航產品的時候，北云能夠根據公司的需求，給予定制化的服務，甚至還能針對性改進產品的算法。其二，北云的高精度組合導航相比海外相同性能的產品，價格大幅降低。第三，同時北云的產品在定位精度、穩(wěn)定性表現上都達到了領先水平。
并且，正因為組合導航產品價格的大幅降低，希迪智駕的規(guī)模量產進程正加速推進。
據介紹，此前希迪智駕采用海外大廠的組合導航方案，僅組合導航模塊的成本就占整個自動駕駛方案的20%左右。如果不控制組合導航的成本，規(guī)模量產會非常困難。
而如今，采用北云科技的X1組合導航模塊之后，其成本占整個自動駕駛方案的成本降到了10%以下，加速希迪智駕的量產進程。對于集成度更高的M1組合導航模塊來說，能夠直接集成進入自動駕駛域控制器，自動駕駛公司能夠更好地控制成本。
希迪智駕的工程師對北云產品的性能表現同樣贊不絕口。希迪智駕的研發(fā)人員表示，在開闊路段下，北云產品的表現與市面上頂級產品相比基本沒有差別。特別是在干擾條件下，北云產品重新捕獲衛(wèi)星的時間比較短，輸出的定位數據非常平滑，符合真實的行駛軌跡。
當前，北云科技團隊中大部分為研發(fā)人員。在希迪智駕眼中，北云科技是一家年輕化的技術型公司。雙方在合作過程中，北云科技能夠第一時間給予積極反饋，最終能夠解決問題，整個團隊的拼勁很足。
據北云科技透露，公司已在高精度定位芯片上累計投資入了數億元資金，目前其采用行業(yè)內頂級工藝制程的新一代RTK+組合導航芯片即將面世，這款預命名為Alice的芯片推出后，M1組合導航模塊的集成度將進一步大幅提高，體積將更小、成本更低。北云持續(xù)、成熟和領先的技術路線，使得它能夠緊密配合和推進智能汽車的量產迭代進程。
未來，智能汽車將成為出行的核心，當前中、美、歐三大汽車市場都在積極研發(fā)自動駕駛技術，搶占市場先機。在智能汽車產業(yè)中，正是需要更多像北云科技這樣的技術型企業(yè)，攻克量產自動駕駛背后的一個個核心技術，從而推動整個自動駕駛行業(yè)不斷前進。
北云科技在汽車領域的奮力前行，是中國芯片行業(yè)的一個縮影。當前汽車芯片的國產化率不到5%，未來有很大的增長空間。中國新能源汽車、智能駕駛已經走在全球前列，相信以北云科技為代表的國產汽車芯片公司，能夠在智能汽車快速演進的時代浪潮中迅猛發(fā)展，成長為享譽國際的知名企業(yè)。
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