万能激光雷达是不可承受之重

作者: 岭纬科技发表时间:2021-08-17 10:59:57

现在自动驾驶是很热的,但是繁荣背后的问题也很多。当自动驾驶进一步深入时,一些刚得到解决或没有完全解决的新问题又会出现。

无激光雷达需要自动驾驶吗?

第一个问题是,在我研制激光雷达之前,业界已开始讨论自动驾驶到底需要不需要激光雷达?

在这一问题上,需要和不需要激光雷达的双方都有明确的态度。众所周知,特斯拉的马斯克,他也曾坚决反对使用激光雷达,并坚持以照相机加雷达为主的计划。但是从现实情况来看,目前绝大多数高阶(L3以上)自动驾驶企业,无论是在 demo还是在试运营期间,基本可以看到激光雷达的身影。

到最后,自动驾驶系统是否需要激光雷达?本人认为,有必要。更普遍的问题是,目前的传感器组合还不能支持level3以上的自动驾驶系统。

现在L2自动驾驶的主要传感器是什么?没有摄像机,主要的传感器是人,是驾驶员。怎么这样说?由于驾驶辅助系统仍然低于level2级(包括L2)。那谁才是真正负起驾驶辅助系统的责任呢?他是驾驶员因此,当看到一些辅助驾驶车辆发生事故时,无论是汽车制造厂还是科技公司,都会说车辆在法律上没有责任,因为责任的承担者是驾驶员。因此,驾驶员作为主要传感器,其能力远远超过当前所有传感器的组合。

那么level3以上怎么办?责任必须由车辆自己承担。此时,驾驶员无需承担任何责任,不再是传感器了。只有当车辆传感器无法工作,需要人工接管系统时,司机才能提供传感器功能。这就是说,level3以上的自动驾驶,汽车传感器要承担比现在更强大的责任。

因此,我直接问大家一个问题,现有的传感器组合是否能承受所有的感知能力?我不认为。

当然,将来是否一定要使用激光雷达呢?不见得,也许将来会有突破的技术出现,可能是V2X或4 D毫米波雷达雷达,或者特斯拉最近提出的激光视觉系统,新的传感器如果性能强、质量可靠、价格低廉,可能会取代现有的所有传感器。

不管怎样,自动驾驶需要将现有的传感器升级为更强大的传感器组合,这是我对第一个问题的回答。这种回答就是用 highlevel来比较。

但是在工作中,我们将更详细的讨论实际的表现。例如,与照相机、毫米波雷达相比,激光雷达各有哪些优缺点,那么在哪种应用场景下性能更好,它们之间是否有特定的互补性。

自动化驾驶需要什么激光雷达?

下一步,我们将讨论第二个问题,用哪种激光雷达呢?

现在绝大多数用户或从业人员,都会认为自动驾驶需要激光雷达,但无法使用,因为价格太贵。事实上,近两年来,激光雷达的价格已经有了数量级的下降,但是还不够,客户总是希望价格更低。

那价格是怎样降低的呢?一种说法是,当应用量大时,价格自然会下降。但是我觉得效果并不明显。本人认为,激光雷达价格下降,必然是技术和生产方式的突破,而不仅仅是应用的数量。唯有技术上的突破,才能使一个产品真正将价格降到数量级。有一个非常清楚的问题。自动化驾驶需要哪种激光雷达?首先要便宜。

另一个还需要激光雷达,有什么可以利用的呢?

现在我遇到的所有汽车厂或自动驾驶 robotaxi、自动驾驶物流、矿场客户都说,现在用激光雷达都挺不顺手的。

有很多方面的不顺,首先最直接的就是产品的稳定性和使用寿命。据我所知(也许不太全面),目前市场上绝大多数的激光雷达,如果一天能工作8到4小时,前一年使用的激光雷达都是高质量的。但是如果我是用户,会觉得这个东西没法用。任何一款汽车产品,特别是如此重要的激光雷达,都无法接受这种产品的质量和寿命周期。那是个大问题。

因此我们对产品的要求,应综合考虑性能参数。为何说是全面的考虑?在用户方面,激光雷达 FOV最好能达到360度覆盖,纵向可达到90度或180度,然后最短的探测距离是在10厘米以内,对10%的反射率进行检测时,最好是做到10厘米以内,检测距离要达到360度以上。

每个人都希望拥有一台万能激光雷达,但是我感觉到这种需求,或者说一种很大的期望,实际上对于激光雷达来说是不可承受的。一台激光雷达能打遍天下,反而抑制激光雷达的应用。

就像现在的照相机一样,我个人认为,在自动驾驶汽车里,至少会有6个8个,10个12个16个摄像头。是不是所有这些前方,侧面和后侧的照相机性能相同?是否要求完全相同的性能?没有。摄像机在不同位置所实现的功能决定了其性能的高低。

在这种情况下,为什么要让激光雷达在汽车上做一切事情呢?为何不在车里还安装 N个激光雷达,每一种激光雷达发挥最大的作用,有的激光雷达看得远,有的看得宽,有的看得清楚。想像一下,侧面的激光雷达要看那么远吗?没有必要,但是它对最近的探测距离要求很高。正面装的话,要看远一点,但是最近距离要求10厘米,要这么近吗?

假如我们能够在这些方面达成平衡,或许我们的选择将更加灵活。对制造商的激光雷达来说,压力也会小很多,因为他不需要提供万能激光雷达,靠一招鲜就能打天下。这里有一些关于第二个问题的想法。

如何应用激光雷达进行自动驾驶?

三是激光雷达如何应用于自动驾驶领域?我将从两个方面对此进行阐述。

首先,激光雷达在自动驾驶中的应用场景是什么?如今L3要考虑的是高速公路上的 HighwayPilot,这对激光雷达有一些更高的要求。例如,希望道路上的不规则物体,无论是轮胎、小盒、石块什么,都可以在较远的距离用激光雷达探测到。即使在高速公路上,当一辆车离得很近的旁边有一辆 cut in车进来时,通过较宽的 FOV能否尽早识别车辆。

再者,现在代客泊车也是非常热门的应用。对于激光雷达,那一代客泊车的需求是怎样的呢?虽然不用看那么远,而且对于队内激光雷达的帧频要求也没有那么高,但是它希望能最大限度地发现一些最近的障碍。并且当停车场光照条件不理想时,会检测到收费口护栏、行人和其它障碍物。

下一步要做城市道路,后面要做无结构的道路。我们可以看到各种场景,如行人、三轮车、推童车的行人、推着轮椅的人,这些对于激光雷达的需求又是怎样的呢?下一步更加困难的是,对于非结构化道路,乡镇道路甚至没有公路,坑坑洼洼,这种应用场景对我们的激光雷达有什么要求?

因此我觉得,对于不同的应用场景要求,对于激光雷达的性能指标,应用的方法也会不一样。

只考虑前向激光雷达,如何安装应用?目前有较常见的几种应用方式,见的机械旋转式激光雷达最多,因为它充分发挥了视野360度的优势,所以绝大多数或几乎100%安装在车顶上。但是这种安装位置,给整车造型带来了挑战和一些新的问题。

除顶部安装外,有些激光雷达的 FOV尺寸可能并不大。所处的位置也可以分为高中低三个不同位置,低的可以放在前格栅保险杠的位置,中的可以放在风挡后面,高的也可以放在车顶。虽然不同的安装位置有不同的优点,但是这些缺点都很明显。

但是每个位置并不只是简单的安装就可以了,相反,对于任何地点,我们都会做很多的讨论。比方说高中生低三个职位,我们要有很多创意性点子。由于安装在不同的高度上,盲区的视角将完全不同,这也将影响最大探测距离。同理,不同位置的激光雷达清洗也有不同的要求。

另外,如果将雷达安装在风挡内,则会遇到一个问题,那就是风挡玻璃对激光雷达的折射和反射的衰减。

这类问题,在我们真正做项目或沟通时,需要投入大量的人力和客户一起进行模拟,完成利与弊的详细分析,以达到最佳的安装方式。

这确实是个挑战,但是相对来说,如果我们和客户之间能够做到非常透明、深入的沟通,这个问题在短期实际上是比较容易解决的。

怎样才能提供性能稳定且可靠的激光雷达?

四、主要是站在激光雷达供应商的角度来看问题,我们如何才能提供市场上需要的、能大规模快速生产、性能稳定、质量可靠的产品?

对这一问题,我认为这不是纯生产问题。在研究和开发过程中必须首先进行系统设计,是生产通用产品,还是针对客户应用,或者是市场上某一特定应用的开发。

根据我对市场的理解,我个人认为,在某个特定的应用场景下开发激光雷达产品,也许是更合适的方案。但是这类产品,不能闭门造车,也不能看友商在做什么,因为每个客户应用场景要求的产品,激光雷达的性能并不相同。

因此,此时的需求,系统设计实际上来源于市场,来自于客户。这样做要花很多时间倾听市场需求并分析客户需求。

特别是现在,我们的客户和我们正在摸着石头过河。而且我觉得,研发完成后对生产的挑战是,原来是机械旋转技术,现在有了 MENS和 fresh两种,接下来就是不同技术路线的激光雷达产品,到目前为止还比较少。

而我个人也没有看到现成的、成熟的激光雷达自动化生产线,这样的照相机不能和照相机相比较,十分成熟。对激光雷达公司而言,可以选择的供应商不多。我公司的生产选择专业公司外包。外包时,我们找不到现成的自动生产线来制造激光雷达,因为这是一种非常精密的光电一体化设备,它要求极高的分辨率,扫描速度非常快,光路设计及在生产过程中很难进行纳米光路对准。我公司现已为我们定制了一些生产设备。