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萬(wàn)能激光雷達(dá)是不可承受之重

作者: 嶺緯科技發(fā)表時(shí)間:2021-08-17 10:59:57

現(xiàn)在自動(dòng)駕駛是很熱的,但是繁榮背后的問題也很多。當(dāng)自動(dòng)駕駛進(jìn)一步深入時(shí),一些剛得到解決或沒有完全解決的新問題又會(huì)出現(xiàn)。

無(wú)激光雷達(dá)需要自動(dòng)駕駛嗎?

第一個(gè)問題是,在我研制激光雷達(dá)之前,業(yè)界已開始討論自動(dòng)駕駛到底需要不需要激光雷達(dá)?

在這一問題上,需要和不需要激光雷達(dá)的雙方都有明確的態(tài)度。眾所周知,特斯拉的馬斯克,他也曾堅(jiān)決反對(duì)使用激光雷達(dá),并堅(jiān)持以照相機(jī)加雷達(dá)為主的計(jì)劃。但是從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看,目前絕大多數(shù)高階(L3以上)自動(dòng)駕駛企業(yè),無(wú)論是在 demo還是在試運(yùn)營(yíng)期間,基本可以看到激光雷達(dá)的身影。

到最后,自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是否需要激光雷達(dá)?本人認(rèn)為,有必要。更普遍的問題是,目前的傳感器組合還不能支持level3以上的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。

現(xiàn)在L2自動(dòng)駕駛的主要傳感器是什么?沒有攝像機(jī),主要的傳感器是人,是駕駛員。怎么這樣說?由于駕駛輔助系統(tǒng)仍然低于level2級(jí)(包括L2)。那誰(shuí)才是真正負(fù)起駕駛輔助系統(tǒng)的責(zé)任呢?他是駕駛員因此,當(dāng)看到一些輔助駕駛車輛發(fā)生事故時(shí),無(wú)論是汽車制造廠還是科技公司,都會(huì)說車輛在法律上沒有責(zé)任,因?yàn)樨?zé)任的承擔(dān)者是駕駛員。因此,駕駛員作為主要傳感器,其能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)前所有傳感器的組合。

那么level3以上怎么辦?責(zé)任必須由車輛自己承擔(dān)。此時(shí),駕駛員無(wú)需承擔(dān)任何責(zé)任,不再是傳感器了。只有當(dāng)車輛傳感器無(wú)法工作,需要人工接管系統(tǒng)時(shí),司機(jī)才能提供傳感器功能。這就是說,level3以上的自動(dòng)駕駛,汽車傳感器要承擔(dān)比現(xiàn)在更強(qiáng)大的責(zé)任。

因此,我直接問大家一個(gè)問題,現(xiàn)有的傳感器組合是否能承受所有的感知能力?我不認(rèn)為。

當(dāng)然,將來(lái)是否一定要使用激光雷達(dá)呢?不見得,也許將來(lái)會(huì)有突破的技術(shù)出現(xiàn),可能是V2X或4 D毫米波雷達(dá)雷達(dá),或者特斯拉最近提出的激光視覺系統(tǒng),新的傳感器如果性能強(qiáng)、質(zhì)量可靠、價(jià)格低廉,可能會(huì)取代現(xiàn)有的所有傳感器。

不管怎樣,自動(dòng)駕駛需要將現(xiàn)有的傳感器升級(jí)為更強(qiáng)大的傳感器組合,這是我對(duì)第一個(gè)問題的回答。這種回答就是用 highlevel來(lái)比較。

但是在工作中,我們將更詳細(xì)的討論實(shí)際的表現(xiàn)。例如,與照相機(jī)、毫米波雷達(dá)相比,激光雷達(dá)各有哪些優(yōu)缺點(diǎn),那么在哪種應(yīng)用場(chǎng)景下性能更好,它們之間是否有特定的互補(bǔ)性。

自動(dòng)化駕駛需要什么激光雷達(dá)?

下一步,我們將討論第二個(gè)問題,用哪種激光雷達(dá)呢?

現(xiàn)在絕大多數(shù)用戶或從業(yè)人員,都會(huì)認(rèn)為自動(dòng)駕駛需要激光雷達(dá),但無(wú)法使用,因?yàn)閮r(jià)格太貴。事實(shí)上,近兩年來(lái),激光雷達(dá)的價(jià)格已經(jīng)有了數(shù)量級(jí)的下降,但是還不夠,客戶總是希望價(jià)格更低。

那價(jià)格是怎樣降低的呢?一種說法是,當(dāng)應(yīng)用量大時(shí),價(jià)格自然會(huì)下降。但是我覺得效果并不明顯。本人認(rèn)為,激光雷達(dá)價(jià)格下降,必然是技術(shù)和生產(chǎn)方式的突破,而不僅僅是應(yīng)用的數(shù)量。唯有技術(shù)上的突破,才能使一個(gè)產(chǎn)品真正將價(jià)格降到數(shù)量級(jí)。有一個(gè)非常清楚的問題。自動(dòng)化駕駛需要哪種激光雷達(dá)?首先要便宜。

另一個(gè)還需要激光雷達(dá),有什么可以利用的呢?

現(xiàn)在我遇到的所有汽車廠或自動(dòng)駕駛 robotaxi、自動(dòng)駕駛物流、礦場(chǎng)客戶都說,現(xiàn)在用激光雷達(dá)都挺不順手的。

有很多方面的不順,首先最直接的就是產(chǎn)品的穩(wěn)定性和使用壽命。據(jù)我所知(也許不太全面),目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)的激光雷達(dá),如果一天能工作8到4小時(shí),前一年使用的激光雷達(dá)都是高質(zhì)量的。但是如果我是用戶,會(huì)覺得這個(gè)東西沒法用。任何一款汽車產(chǎn)品,特別是如此重要的激光雷達(dá),都無(wú)法接受這種產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命周期。那是個(gè)大問題。

因此我們對(duì)產(chǎn)品的要求,應(yīng)綜合考慮性能參數(shù)。為何說是全面的考慮?在用戶方面,激光雷達(dá) FOV最好能達(dá)到360度覆蓋,縱向可達(dá)到90度或180度,然后最短的探測(cè)距離是在10厘米以內(nèi),對(duì)10%的反射率進(jìn)行檢測(cè)時(shí),最好是做到10厘米以內(nèi),檢測(cè)距離要達(dá)到360度以上。

每個(gè)人都希望擁有一臺(tái)萬(wàn)能激光雷達(dá),但是我感覺到這種需求,或者說一種很大的期望,實(shí)際上對(duì)于激光雷達(dá)來(lái)說是不可承受的。一臺(tái)激光雷達(dá)能打遍天下,反而抑制激光雷達(dá)的應(yīng)用。

就像現(xiàn)在的照相機(jī)一樣,我個(gè)人認(rèn)為,在自動(dòng)駕駛汽車?yán)?,至少?huì)有6個(gè)8個(gè),10個(gè)12個(gè)16個(gè)攝像頭。是不是所有這些前方,側(cè)面和后側(cè)的照相機(jī)性能相同?是否要求完全相同的性能?沒有。攝像機(jī)在不同位置所實(shí)現(xiàn)的功能決定了其性能的高低。

在這種情況下,為什么要讓激光雷達(dá)在汽車上做一切事情呢?為何不在車?yán)镞€安裝 N個(gè)激光雷達(dá),每一種激光雷達(dá)發(fā)揮最大的作用,有的激光雷達(dá)看得遠(yuǎn),有的看得寬,有的看得清楚。想像一下,側(cè)面的激光雷達(dá)要看那么遠(yuǎn)嗎?沒有必要,但是它對(duì)最近的探測(cè)距離要求很高。正面裝的話,要看遠(yuǎn)一點(diǎn),但是最近距離要求10厘米,要這么近嗎?

假如我們能夠在這些方面達(dá)成平衡,或許我們的選擇將更加靈活。對(duì)制造商的激光雷達(dá)來(lái)說,壓力也會(huì)小很多,因?yàn)樗恍枰峁┤f(wàn)能激光雷達(dá),靠一招鮮就能打天下。這里有一些關(guān)于第二個(gè)問題的想法。

如何應(yīng)用激光雷達(dá)進(jìn)行自動(dòng)駕駛?

三是激光雷達(dá)如何應(yīng)用于自動(dòng)駕駛領(lǐng)域?我將從兩個(gè)方面對(duì)此進(jìn)行闡述。

首先,激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用場(chǎng)景是什么?如今L3要考慮的是高速公路上的 HighwayPilot,這對(duì)激光雷達(dá)有一些更高的要求。例如,希望道路上的不規(guī)則物體,無(wú)論是輪胎、小盒、石塊什么,都可以在較遠(yuǎn)的距離用激光雷達(dá)探測(cè)到。即使在高速公路上,當(dāng)一輛車離得很近的旁邊有一輛 cut in車進(jìn)來(lái)時(shí),通過較寬的 FOV能否盡早識(shí)別車輛。

再者,現(xiàn)在代客泊車也是非常熱門的應(yīng)用。對(duì)于激光雷達(dá),那一代客泊車的需求是怎樣的呢?雖然不用看那么遠(yuǎn),而且對(duì)于隊(duì)內(nèi)激光雷達(dá)的幀頻要求也沒有那么高,但是它希望能最大限度地發(fā)現(xiàn)一些最近的障礙。并且當(dāng)停車場(chǎng)光照條件不理想時(shí),會(huì)檢測(cè)到收費(fèi)口護(hù)欄、行人和其它障礙物。

下一步要做城市道路,后面要做無(wú)結(jié)構(gòu)的道路。我們可以看到各種場(chǎng)景,如行人、三輪車、推童車的行人、推著輪椅的人,這些對(duì)于激光雷達(dá)的需求又是怎樣的呢?下一步更加困難的是,對(duì)于非結(jié)構(gòu)化道路,鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路甚至沒有公路,坑坑洼洼,這種應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)我們的激光雷達(dá)有什么要求?

因此我覺得,對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)景要求,對(duì)于激光雷達(dá)的性能指標(biāo),應(yīng)用的方法也會(huì)不一樣。

只考慮前向激光雷達(dá),如何安裝應(yīng)用?目前有較常見的幾種應(yīng)用方式,見的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)最多,因?yàn)樗浞职l(fā)揮了視野360度的優(yōu)勢(shì),所以絕大多數(shù)或幾乎100%安裝在車頂上。但是這種安裝位置,給整車造型帶來(lái)了挑戰(zhàn)和一些新的問題。

除頂部安裝外,有些激光雷達(dá)的 FOV尺寸可能并不大。所處的位置也可以分為高中低三個(gè)不同位置,低的可以放在前格柵保險(xiǎn)杠的位置,中的可以放在風(fēng)擋后面,高的也可以放在車頂。雖然不同的安裝位置有不同的優(yōu)點(diǎn),但是這些缺點(diǎn)都很明顯。

但是每個(gè)位置并不只是簡(jiǎn)單的安裝就可以了,相反,對(duì)于任何地點(diǎn),我們都會(huì)做很多的討論。比方說高中生低三個(gè)職位,我們要有很多創(chuàng)意性點(diǎn)子。由于安裝在不同的高度上,盲區(qū)的視角將完全不同,這也將影響最大探測(cè)距離。同理,不同位置的激光雷達(dá)清洗也有不同的要求。

另外,如果將雷達(dá)安裝在風(fēng)擋內(nèi),則會(huì)遇到一個(gè)問題,那就是風(fēng)擋玻璃對(duì)激光雷達(dá)的折射和反射的衰減。

這類問題,在我們真正做項(xiàng)目或溝通時(shí),需要投入大量的人力和客戶一起進(jìn)行模擬,完成利與弊的詳細(xì)分析,以達(dá)到最佳的安裝方式。

這確實(shí)是個(gè)挑戰(zhàn),但是相對(duì)來(lái)說,如果我們和客戶之間能夠做到非常透明、深入的溝通,這個(gè)問題在短期實(shí)際上是比較容易解決的。

怎樣才能提供性能穩(wěn)定且可靠的激光雷達(dá)?

四、主要是站在激光雷達(dá)供應(yīng)商的角度來(lái)看問題,我們?nèi)绾尾拍芴峁┦袌?chǎng)上需要的、能大規(guī)??焖偕a(chǎn)、性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的產(chǎn)品?

對(duì)這一問題,我認(rèn)為這不是純生產(chǎn)問題。在研究和開發(fā)過程中必須首先進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),是生產(chǎn)通用產(chǎn)品,還是針對(duì)客戶應(yīng)用,或者是市場(chǎng)上某一特定應(yīng)用的開發(fā)。

根據(jù)我對(duì)市場(chǎng)的理解,我個(gè)人認(rèn)為,在某個(gè)特定的應(yīng)用場(chǎng)景下開發(fā)激光雷達(dá)產(chǎn)品,也許是更合適的方案。但是這類產(chǎn)品,不能閉門造車,也不能看友商在做什么,因?yàn)槊總€(gè)客戶應(yīng)用場(chǎng)景要求的產(chǎn)品,激光雷達(dá)的性能并不相同。

因此,此時(shí)的需求,系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)際上來(lái)源于市場(chǎng),來(lái)自于客戶。這樣做要花很多時(shí)間傾聽市場(chǎng)需求并分析客戶需求。

特別是現(xiàn)在,我們的客戶和我們正在摸著石頭過河。而且我覺得,研發(fā)完成后對(duì)生產(chǎn)的挑戰(zhàn)是,原來(lái)是機(jī)械旋轉(zhuǎn)技術(shù),現(xiàn)在有了 MENS和 fresh兩種,接下來(lái)就是不同技術(shù)路線的激光雷達(dá)產(chǎn)品,到目前為止還比較少。

而我個(gè)人也沒有看到現(xiàn)成的、成熟的激光雷達(dá)自動(dòng)化生產(chǎn)線,這樣的照相機(jī)不能和照相機(jī)相比較,十分成熟。對(duì)激光雷達(dá)公司而言,可以選擇的供應(yīng)商不多。我公司的生產(chǎn)選擇專業(yè)公司外包。外包時(shí),我們找不到現(xiàn)成的自動(dòng)生產(chǎn)線來(lái)制造激光雷達(dá),因?yàn)檫@是一種非常精密的光電一體化設(shè)備,它要求極高的分辨率,掃描速度非???,光路設(shè)計(jì)及在生產(chǎn)過程中很難進(jìn)行納米光路對(duì)準(zhǔn)。我公司現(xiàn)已為我們定制了一些生產(chǎn)設(shè)備。