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补盲固态 E1 登场,补全车载激光雷达新时代的最后拼图

田溪 2022-11-14 15:43:00 7485

智能汽车发展到现在,这一刻等了太久。

一直以来,「看不清、看不见」的感知难题束缚着高阶自动驾驶的演进,摄像头、毫米波雷达、超声波雷达……无论用哪种传感器组合,其一言难尽的最终实际表现,让人难以信服能担任自动驾驶汽车的「眼睛」。

激光雷达的加入缓解了从业者的焦虑,尤其是把体积做小、把价格做低后,其测得远、测得到、测得准的性能优势瞬间在量产汽车上发挥出来,并在 2021 年开启了一个上车「元年」。

不过,这时的激光雷达仍不完美,尤其是由于垂直视场角有限,仅有 25°左右,对于近处低矮物体的识别,仍存在大量的盲区。

在涉及交通安全的道路驾驶行为里,即使对于 ADAS 来说,半瞎就是全盲

因此,补盲激光雷达应运而生。

11 月 7 日,在激光雷达领域耕耘 8 年之久的速腾聚创在 Tech Day 上发布全固态补盲激光雷达 RS-LiDAR-E1(以下简称 E1),以自研芯片为核心,实现了从 FOV、测距到刷新帧率的更高性能,成为继长距激光雷达 M1 之后推出的又一款革命性产品,开启全面激光雷达车规量产的新时代

「M1+E1」,速腾聚创为从 ADAS 到 L4 提供完整车规级激光雷达感知解决方案,「远距+近距」的产品布局,完全覆盖高速、城区及泊车三大关键场景。

至此,智能汽车终于拥有了全能感知 

01

E1 登场,

 车规级激光雷达方案终于「完满」

E1 的到来正当其时。 

2022 年,特斯拉FSD在海外广泛应用,却迟迟不敢在中国市场开放,显然是因为在更复杂的中国交通场景条件下,摄像头方案开始暴露出感知上的不足。

以最典型的城市路口转弯为例,每逢此处极易遇到小电驴、小孩、宠物猫狗等突然窜到车前,此外,凸出的路沿、临时放置的锥形桶等静态物体在这里也十分常见,传统用在 ADAS 上的摄像头或远距激光雷达,主要用于前向感知,对于侧向低矮的物体存在识别盲区,易造成较大的安全隐患。

而在城区,还冷不丁地会出现极限加塞,等前向激光雷达或鱼眼相机检测到时,本车与并入车辆的贴合距离已经相当近,这时小则发生刮蹭,严重甚至引发侧翻。

车辆的并道、并线是出行场景中出现频率极高的场景,在车辆并线变道的过程中,后视镜出现的盲区也是我们在行车过程中的又一大安全隐患。

当然,为了防止后视镜盲区带来的驾驶威胁,如何最大程度的缩短后视镜的死角,扩大后视镜的驾驶视野,看得更清更远,也成为了行业亟待解决的问题。

由此可见,智能汽车要迈向更高阶的自动驾驶,急需高精度、大视场角的补盲,这是摄像头等传感器做不到的,补盲激光雷达无疑是最好的选择

目前,各家激光雷达厂商发布的补盲方案不一,速腾聚创 创始人兼 CEO 邱纯鑫博士在发布会上进一步提出,要真正做好「补盲」,需要激光雷达的水平视场足够广垂直视场足够宽刷新帧率足够高测距能力足够远

速腾聚创就是这么设计 E1 的。

(1)水平 FOV 为 120°

E1 水平 FOV 为 120°,在当前主流前视激光雷达水平 120°FOV 的基础上,仅需 2 颗即可实现 360°水平视场的无缝拼接。

而业内水平 FOV 不满足 120°的补盲激光雷达,如果采用同样数量的部署方案,就会存在误检和漏检;

而想避免误检和漏检,则需要额外在两侧各多加 1 颗,这意味着补盲激光雷达的数量 2 颗,陡增到 4 颗,成本分分钟翻倍。

举例来说,如果两边各安装一颗水平 FOV 小于 120°的补盲激光雷达,配合主激光雷达 120°的水平 FOV,则左右各自还存在感知盲区夹角,恰好横跨主激光雷达和补盲激光雷达之间的感知空白区,那么该车就会被自动驾驶系统识别「分割」成两个物体。

此时,补盲激光雷达不仅没发挥「补盲」作用,反而对智能汽车产生了误导。

同样的,由于主激光雷达和补盲激光雷达视场融合存在盲区,在超车场景下,当本车快速从卡车左侧行驶时,会让自动驾驶系统误以为卡车是侧向来车。

在车辆掉头过程中,水平 FOV 小于 120° 的补盲激光雷达劣势也十分明显,盲区夹角内,容易对待汇入车道的对向来车出现漏检。

最糟糕的情况当属体积小的物体例如小孩、外卖骑手,直接出现在上述夹角盲区内,将通通不被识别到,极易酿成安全事故。

可以看到,一颗补盲激光雷达的水平 FOV,如果达不到能够在同侧与主激光雷达视场角覆盖 180°的能力,那么装补盲激光雷达并不比不装的方案更好,甚至有可能是「减分」操作,所谓「补盲不全面等于没补盲」。

(2)垂直 FOV 90°

垂直 FOV 同样至关重要,汽车在行车和泊车过程中需要「看到」小到锥形桶、大到覆盖成人高度的范围,以确定可通行范围。

例如在一个狭小空间中进行泊车,左右停有其他车辆或存在墙壁等障碍物,这时就需要十分精确的位置感知,以防刮蹭到周围物体。

拥有精确测距能力的补盲激光雷达有助于解决泊车难题,不过要真正做好,对垂直 FOV 提出较高要求。

这是因为在泊入狭窄车位过程中,低矮的障碍物、直立的墙柱、移动的人等,都可能成为感知视野盲区,造成一定碰撞风险,而只有垂直 FOV 够大,汽车才能「看清」周身环境,相应进行方向盘调节,以便顺利泊入。

行车环境可以类比泊车,例如左右转时候经常遇到后向快速切入的二轮车或奔跑的行人,这实际上也是另一种对汽车在「狭窄空间」中识别障碍物能力的考验。

如果补盲激光雷达垂直 FOV 不足90°,以 80° 垂直 FOV 为例,雷达位置安装在车身离地 1m 的位置,为了尽量覆盖矮小物体,避免汽车压到小孩、宠物猫狗等,就要将地面盲区缩减到 15cm,而这时雷达水平上方的视野则易缺失,也就说此时有一辆车在横向驶过,激光雷达并不能识别到车辆,酿成事故。

同理反之,要保证雷达水平上方的视野,就无法捕捉到近距离目标的完整点云,换句话说,如果激光雷达垂直 FOV 不足将陷入「两难困境」不能同时保护小孩、宠物和成人

E1 则不需要这样纠结,其垂直 FOV 设计为 90°,感知范围兼顾地面盲区与侧向视野。

当 E1 部署于车身两侧,90°垂直 FOV 能够在视场下沿尽可能贴近车身,能将感知区域的地面盲区压缩到 15 厘米,同时还能保留 8°以上的上扬,从而完整检出两侧途经车辆的全貌,保证感知算法有效检出。

邱纯鑫博士介绍,E1 能显示 3m 外的小轿车完整点云以及 5m 外成年人的完整点云。

(3)超高帧率 25Hz

在动态感知环境下,激光雷达的刷新帧率和测距也十分重要,有助于车辆提前预判交通行为,为后续做安全应对方案留足时间。

试想这样一个画面:汽车在城市路上高速行驶,前方拐弯处突然出现一辆小电驴横穿马路,且轨迹十分不确定,此时若没有及时地识别,并进行制动,很大概率直接撞上,造成交通惨剧。

补盲激光雷达确实能够做到识别,不过是在发生事故前识别还是在事故后识别就是另一回事了,毕竟不提刷新帧率的感知无异于「耍流氓」。

E1 支持超过 25Hz 的超高刷新帧率,媲美摄像头,比毫米波雷达更优,可以在 40ms 内完成目标位置感知,能更快捕捉目标运动速度与方向,并增加感知算法对细小物体的检出率。

从这一角度来说,E1 已经超越 M1 的 10-20Hz 的性能,与业内 10Hz 的补盲激光雷达相比,能在车速为 36km/h 的情况下,刹车点提前 3m,有效提高智能驾驶安全性。

E1 的高刷新帧率也能在加塞时发挥作用,更快掌握车周身动态,以应对早晚高峰时期的车辆博弈。

(4)测距能力 30m@10% 反射率

测距能力也是衡量激光雷达优劣的重要指标。补盲激光雷达虽不必和前视激光雷达较量动辄 200m 的测距,但测距越远,毫无疑问将为车流预测、应急响应腾挪出更多的时间。

E1 能达到 30m@10%,最远测距超过 100m,这种能力在车辆无保护左转、汇入车流、变道换线等场景下,显得尤为重要。

如果激光雷达只能做到 20m@10%,如此短的距离让汽车不容易探测到横向目标,给系统的响应时间也不够,不慎易发生刮蹭或冲撞。

E1 基于 30m@10% 的测距能力,能够提前感应到目标,进而制动或者避让,避免事故发生。

此外,30 米的测距能力更可以完整探测 6 车道外的切向来车,有效覆盖双向 12 车道十字路口场景,适合国内绝大部分城市道路。

从各项参数来说,E1 无疑是速腾聚创继 M1 之后推出的又一款革命性产品。

(5) 组成最优 360° 激光雷达感知方案

当我们将 E1 与 M1 组合,一套 360° 无盲区的车规级激光雷达方案就在眼前,M1 负责远距离大范围感知、E1 负责无死角补盲,激光雷达感知能力充分驾驭城区驾驶、高速驾驶、智能泊车中各类功能需求和 CornerCase。




M1 与 E1 的组合优势,不但体现在感知能力上,更体现在成本上,两款雷达水平 FoV 120°的匹配,可以实现组合数量最优搭配,实现成本极致激光雷达部署方案

同时,由于最优方案使用的激光雷达数量更少,这不仅便于部署方案设计,还缩减了汽车产线上激光雷达安装与融合标定的生产制造成本。

当两款激光雷达均来自同一家供应商,对于车企项目开发对接而言,将极大地降低了感知系统研发的沟通成本。这,对于已经定点 M 系列产品的十多家车企而言,E1 无疑是最优的选择。

在已经成熟的长距主雷达 M1 的基础上,推出高性能补盲雷达 E1,速腾聚创为自动驾驶行业提供了一整套成熟的车规级激光雷达感知方案。

02

芯片化、纯固态:

可以装进口袋的激光雷达

众所周知,在机械式激光雷达中,性能往往与体积成正比。

激光雷达要做到更高的分辨率,就必须增大线数,也就意味着要纵向堆叠更多的元器件,激光雷达的外观也就越臃肿,那么如此强悍的 E1 体积有多大呢?

(1)E1:体积只有手机一半

邱纯鑫博士在发布会上卖了个关子,表示 E1 就在现场,让观众猜猜具体在什么地方。

当所有人一脸茫然时,他不紧不慢地从裤兜里掏出一个硬盘大小的物体。

「是的,这就是 E1,不到手机一半的尺寸,厚度也仅为两个 iPhone13 叠起来大小。」话音未毕,场内一片欢呼。

事实上,这正得益于速腾聚创对于 E1 极致的架构设计。

(2)自研芯片

E1 搭配速腾聚创面向全固态激光雷达平台的首款自研芯片和二维电子扫描策略,集成了发射、接收和信号处理三大核心芯片。

具体来说,E1 的接收端芯片采用先进的 3D 堆叠工艺,将 SPAD 阵列和高性能 SoC 集成到一颗芯片,从而极大地简化了系统链路,可以直接处理生成点云。

在发射端芯片,E1 则采用二维可寻址面阵 VCSEL 技术,支持灵活的扫描模式,极大地提高能量利用率。

正是基于芯片化的全固态架构,E1 能够做到超薄的机身设计,以便车企将其集成,方便地安装在后翼子板、车门或车头等位置。

(3)芯片化带来高可靠性与低成本

除了大大减小了体积,芯片化带来的另两个优势更为车企所看重:高可靠性和低成本

前者不言而喻,由于内部无任何运动部件,E1 作为补盲激光雷达的寿命和可靠性大大增强。

而在成本端,如前文所说,E1 在电路设计上明显简化,且由于零部件数量少,物料成本下降,而在生产工序上,芯片化减少了多个中间步骤,自动化程度高,进一步减少了加工成本。

最后由于仅需 2 颗 E1 配合主激光雷达,就能实现 360°感知,速腾聚创交付给车企的整体感知解决方案经济性十足。

体积小、成本低、还好用,这正切中了车企的核心痛点。

要知道,车企苦侧向传感器不足久矣,摄像头、毫米波雷达等做环视存在感知精度低、感知能力弱的劣势,而主激光雷达垂直视场角十分有限,即使不考虑经济成本安装多颗在车身周围,也发挥不出太多优势。

以上种种困难以及大量「前车之鉴」的自动驾驶事故,让车企难以放开手脚从 ADAS 升级到 L4。

补盲激光雷达的适时出现解决了性能方面的问题,但同时也新增了成本,倘若售价太高,也会打消车企将其量产「上车」的念头。

这就要求补盲激光雷达厂商再走一遍主激光雷达走过的路——「自我压榨」,极致成本实现极致性能,速腾聚创显然做到了这一点。

邱纯鑫博士表示,一辆智能汽车上的补盲激光雷达综合成本,也就是激光雷达的单价乘以一辆车上使用的颗数,不能高于一颗主激光雷达的成本。

此前,M1 的批量交付价格被曝已经降至 500-1000 美元之间,按此计算,E1 大规模量产后,价格可能下探到 250-500 美元之间,未来甚至有望追平毫米波雷达的价格。

03

成熟的方案背后,

规模优势带动下的成熟体系

当所有信息高密度输出后,E1 只剩下最后一个悬念:什么时候 SOP?

邱纯鑫博士的回答简单而直接,2023 年下半年。也就是说,E1 从发布到量产只需要不到一年时间。

相比之下,M1 最早于 2017 年发布,2021 年 6 月才实现首个定点客户的 SOP。

对比补盲激光雷达厂商同行,速腾聚创也是进展靠前的,E1 凭何创下这一速度?

(1)车规测试验证能力

首要是做好充分验证。

2020 年,速腾聚创筹建行业领先的专业车载激光雷达实验室,在超过 200 套测试设备的支持下,拥有激光雷达全环境应用场景的模拟测试能力,可以自主进行超过 120 项测试。

值得一提的是,这也是业内唯一获得 CNAS 认可的速腾聚创车载激光雷达专业实验室。

得益于大量的定点订单,M1 经历十余家不同车企测试标准体系的反复锤炼,快速成为一款成熟可靠的车规产品

过去两年,M1 在这里累计完成了超过 36000 小时高温耐久测试、超过 24000 小时高温高湿测试、超过 21000 小时的循环温度冲击测试以及超过 40000 小时的独立器件测试等车规级可靠性测试项目,堪称行业之最。

在海量的测试与迭代中,速腾聚创成为业内首个解决了高线束激光雷达窗口加热、胶水老化导致的产品质量问题、MEMS 振镜抗冲击等难题的科技企业,并于业内首次完成扫描器件的 AEC-Q10X 认证

据 RoboSense 实验室负责人透露,速腾聚创在 2022 年底前将有 11 款车型完成车规级可靠性验证,进入 SOP 量产阶段。

激光雷达交付不仅要保质,还要做好充分的制造规划,为车企保量。

如果说充分验证是从 0 到 1,那么充分生产准备则是从 1 到 100。

(2)大规模量产能力

2021 年 3 月,速腾聚创建成国内首条车规级固态激光雷达产线。而在发布会上,速腾聚创又宣布已与立讯精密成立合资智造企业 Luxsense(立腾创新)

极少出席公开活动的 Luxshare(立讯)董事长王来春女士,Luxshare(立讯)副总裁、立景创新科技总经理孟岩等高层领导出席 RoboSense Tech Day 活动现场,并与 RoboSense(速腾聚创)创始人兼 CEO 邱纯鑫博士、RoboSense(速腾聚创)联合创始人兼执行总裁邱纯潮等共同为 Luxsense(立腾创新)揭幕。

活动现场,王来春女士表示:

「在汽车领域所有的前沿应用技术里,激光雷达行业是中国企业少有的、能在全球范围内取得领先地位的行业,立讯非常乐意和速腾一起合作,共同助力产业进一步发展。在当前的生态来看,未来我们还有更多的可能。」

据介绍,速腾聚创智造集群一期投资超 10 亿元,厂房面积超 5.5 万平方米,先后搭建近 20 条自动化产线,并同步自主开发高度智能的生产软件,可达到「每 12 秒生产一台激光雷达」的顶级效率,实现了「深圳-东莞-广州」「三位一体」的百万级产能保障

这意味着速腾聚创不仅能快速响应急剧扩张的市场需求,更保证了研发成果与核心技术快速落地。

从研发到测试,再到制造,可以看到,速腾聚创正全线布局,一体化打通规模化量产体系。

(3)超豪华朋友圈:获 50+车型定点订单,产业资本合作伙伴首次亮相

与此同时,更大的蓝图正在徐徐展开。

截至目前,速腾聚创已经公开的客户包括数十家车企以及自动驾驶公司:

  • 车企:Lucid、北汽、路特斯、小鹏、上汽智己、长城、极氪、领克、广汽埃安、比亚迪、一汽红旗、奇瑞、零跑、东风、威马;

  • 自动驾驶小马智行、元戎启行、Momenta、嬴彻科技、智加科技、挚途科技等。

截至今年,速腾聚创 M 系列产品在全球范围内揽获头部车企超 50 款车型定点订单。

到今年底,速腾聚创将有 11 款车型项目进入 SOP。

活动现场,RoboSense(速腾聚创)产业资本合作伙伴首次集体亮相,包括阿里巴巴旗下菜鸟网络、北汽集团、比亚迪集团、德赛西威、广汽集团、湖北小米长江产业基金、吉利控股集团、上汽集团、香港立讯有限公司、宇通集团等。

从客户到产业投资方,都堪称激光雷达史上,最豪华的朋友圈阵容。

04

「远距+近距」的激光雷达产品布局

速腾聚创仍是引领者

汽车产业智能化变革波澜壮阔,激光雷达厂商无疑是其中最显眼的明星。

从早期推出应用在 Robotaxi 上的机械式激光雷达,到为了实现车规级和降成本做成半固态,再到如今为了达到全场景感知推出的补盲纯固态激光雷达,相关参与者通过极致探索,赋予智能汽车越发强大的「眼睛」。

作为深扎行业 8 年之久的老兵,速腾聚创持续扮演引领者的角色。

这一次速腾聚集创最新发布的补盲激光雷达 E1 与长距激光雷达 M1 组合,第一次形成了成熟的 360° 激光雷达硬件方案,这意味着智能汽车已经打通「任督二脉」,视野全开,再没有任何盲区。

这意味着,硬件层为智能驾驶从 ADAS 到 L4 升级铺平道路,主机厂可以在速腾聚创「M1+E1」组合硬件方案下,持续迭代软件能力,最终一步步走向 L4 自动驾驶

这是智能汽车全新的一页,而你我都在见证。













本文为汽车之心原创文章,作者:田溪,如需转载,请联系授权。违规转载法律必究。
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