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汽車製造

激光雷達:智能汽車的下一仗

星之球科技 來源:澎湃新聞·澎湃號·湃客2020-12-04 我要評論(0 )   

最近資本市場,新能源“三傻”在大鬧華爾街,互聯網上也十分熱鬧,馬斯克何小鵬兩(liang) 位創始人在社交平台上吵了起來。11月20日,在廣州車展上,小鵬汽車發布了一款“鵬翼版...

最近資本市場,新能源“三傻”在大鬧華爾街,互聯網上也十分熱鬧,馬斯克何小鵬兩(liang) 位創始人在社交平台上吵了起來。
11月20日,在廣州車展上,小鵬汽車發布了一款“鵬翼版”全新P7,其CEO何小鵬透露明年將推出全球首款搭載激光雷達的量產(chan) 智能汽車。當晚馬斯克就在Twitter上嘲諷小鵬汽車軟件模仿特斯拉,隨後何小鵬則在微博強硬回懟,聲稱要將特斯拉打得找不著東(dong) 。

去年馬斯克還吐槽“激光雷達就像人身上長了一堆闌尾,闌尾本身的存在基本是無意義(yi) 的”,“任何依賴激光雷達的公司都可能無疾而終”。按理說,激光雷達已經不在馬斯克的視野範圍內(nei) 了,為(wei) 何卻在這個(ge) 時候因為(wei) 激光雷達而親(qin) 自上陣懟小鵬汽車呢?
有趣的是,在汽車圈子之外的華為(wei) 也開始密集釋放關(guan) 於(yu) 量產(chan) 車規級激光雷達的消息。在今年廣州車展期間,華為(wei) 智能汽車解決(jue) 方案BU總裁王軍(jun) 接受媒體(ti) 采訪時表示,華為(wei) 的激光雷達已經成為(wei) 車企搶購的爆品,並考慮在近期做一個(ge) 激光雷達產(chan) 品的整體(ti) 發布。

為(wei) 何馬斯克要因為(wei) 激光雷達打口水仗,為(wei) 何巨頭們(men) 紛紛盯著激光雷達?這都要從(cong) 汽車的智能駕駛說起。

在《速度與(yu) 激情8》中,大反派查理茲(zi) ·塞隆為(wei) 了搶奪核武器發射裝置,用高科技黑入汽車智能駕駛係統,使得上千輛無人汽車組成了一支龐大的“僵屍車”軍(jun) 團,在街頭攔截俄國國防部長的專(zhuan) 車,汽車巨浪在街頭洶湧前進,畫麵震撼。
那智能駕駛究竟怎樣實現的呢?
簡單的說,就是給常規車加上智能駕駛模塊,再連上通信網絡。這個(ge) 模塊主要有三大核心功能:環境感知—計算決(jue) 策—控製執行,分別對應於(yu) 人的“眼睛-大腦-神經”。

它們(men) 的功能執行邏輯也很簡單,非常像人類:走在路上,首先眼睛發現對麵走來了一個(ge) 人,然後大腦去決(jue) 策怎麽(me) 躲避這個(ge) 人,最後是神經驅動肢體(ti) 去繞開這個(ge) 人。
智能汽車的眼睛主要是由攝像頭、激光雷達、高精度地圖、GPS定位等構成,主要負責收集車身周邊信息,確定車輛的位置。
智能汽車的大腦是在收到了眼睛傳(chuan) 來的數據信息後,通過計算芯片+感知算法,去識別交通狀況,然後分析計算出最優(you) 的路線。
智能汽車的神經是基於(yu) 大腦給出的決(jue) 策結果,對製動係統、轉向係統、電機係統等下達指令,控製車輛運行狀態,執行駕駛路線。
而馬斯克和何小鵬的爭(zheng) 論點在於(yu) :應該主要用什麽(me) 來當眼睛,激光雷達還是攝像頭?

視覺方案模仿的是人眼,主要是靠“看”,相當於(yu) 一個(ge) 二維照相機。雷達方案模仿的是蝙蝠,是立體(ti) 的“掃”,相當於(yu) 一個(ge) 三維照相機。

視覺方案的好處在於(yu) ,已經相對成熟。以攝像頭主導、配合毫米波雷達等低成本元件,構成純視覺計算,可以滿足當前L2級自動駕駛的需求,典型代表就是特斯拉。
但攝像頭拍下來的畢竟是二維圖像,相比三維信息更難挖掘,需要更強大的算法、大量數據的訓練和更長期的研發投入,並且會(hui) 存在精度、穩定性和視野等方麵的缺陷,暫時無法滿足L3級以上的自動駕駛要求。
雷達方案可以創建出清晰的3D圖像,通常看得更遠,看得更清晰,抗幹擾能力也更強,可以滿足L3級以上的自動駕駛要求,但成本也更高。通常以激光雷達主導,配合攝像頭、毫米波雷達等元件,典型代表為(wei) 穀歌Waymo、國內(nei) 的百度Apollo。

根據結構,激光雷達分為(wei) 機械式、固態式和混合固態式三種,可以說是傳(chuan) 統版、高配版和市場版三種路線。
機械式激光雷達當前技術最為(wei) 成熟,通過機械旋轉360°掃描的方式收集信息,所以轉得越快,收集的信息越多。但因為(wei) 裏麵機械部件太多,調試裝配複雜,生產(chan) 周期長,成本很難降低,並且機械部件在真實路況下比較容易損壞,難以符合車規的要求。
固態式激光雷達屬於(yu) “高富帥”版,分為(wei) OPA和Flash兩(liang) 種,都不需要機械部件,但當前技術都不成熟。前者技術原理和戰鬥機的相控陣雷達類似,量產(chan) 成本很高。後者原理是快閃,可以一次性完成對整個(ge) 場景的3D繪製。兩(liang) 者都是明日之星,現在汽車還高攀不上。
當前,混合固態激光雷達是最有希望快速落地的方案,它把所有的機械部件集成到單個(ge) 芯片上,通過電路來控製旋轉,所以雷達本身不需要大幅旋轉,真實路況下不容易損壞,量產(chan) 能力大幅提高,在芯片摩爾定律助力下,未來量產(chan) 成本有望降低至數百美元。

隨著未來自動駕駛技術的進一步普及,激光雷達市場規模將會(hui) 進一步擴大。谘詢機構Yole預計,2025年全球激光雷達出貨量約470萬(wan) 個(ge) ,銷售額約61.9億(yi) 美元。

激光雷達看起來這麽(me) 美,為(wei) 何各家車企卻並不見得對此有多狂熱呢?

說白了,現在車上裝激光雷達,賬還是有點算不過來。
馬斯克曾說“激光雷達,免費他都不用”,他想從(cong) 算法上解決(jue) 視覺信息的處理問題。
他的理由也很簡單,馬斯克認為(wei) 車和道路都是為(wei) 人類設計的,人的視覺加大腦處理信息的模式可以安全行駛,那麽(me) 自動駕駛也可以做到。雷達是人都不具有的感官,幹嘛要裝,這不是正常人拄拐杖,多此一舉(ju) 嗎?
但更可能讓馬斯克看不上的原因是當前激光雷達成本高昂,是視覺解決(jue) 方案的十倍以上。以Velodyne的激光雷達為(wei) 例,16線束的激光雷達需要約4千美元,64線束的更是高達8萬(wan) 美元,相比之下,攝像頭自動駕駛的硬件成本才幾百美元。
一個(ge) 激光雷達價(jia) 格頂的上兩(liang) 輛Model3,這種燒錢玩意,馬斯克自然不感冒。

小鵬則在考慮打安全牌來和特斯拉競爭(zheng) 。小鵬聲稱之後要采用攝像頭+毫米波雷達+超聲波雷達+激光雷達的融合方式來搞自動駕駛,簡單來說就是加滿裝備跑得更快更穩更安全。
可即使激光雷達能滿足L3以上級別的自動駕駛要求,高昂的成本,小鵬汽車又該如何應對呢?
小鵬自己的答案是其一直在培養(yang) 自己的供應商,通過提升訂單量可以大幅降低製造成本,也可以增強自己的議價(jia) 能力。但除了這個(ge) 答案之外,顯然華為(wei) 的入局是一個(ge) 不可忽視的外部變量。
就在小鵬和特斯拉互懟之際,華為(wei) 也透露在研究激光雷達,目標是短期內(nei) 開發出100線的產(chan) 品,並在未來將成本降至200美元,甚至100美元。華為(wei) 輪值董事長徐直軍(jun) 還聲稱,“特斯拉現在能做到的事情,我們(men) 都能做到”,正在將華為(wei) 的兵團作戰應用於(yu) 激光雷達。

簡單的說,小鵬直接挑戰低價(jia) 激光雷達可能有點懸,但華為(wei) 的入局讓這場爭(zheng) 論出現變局。
此外,今年8月大疆宣布可以量產(chan) 千元級別車用激光雷達,適用於(yu) L3、L4級別自動駕駛。Horizon和Tele-15的價(jia) 格分別隻要6499和9000元,相比於(yu) Velodyne的幾萬(wan) 、幾十萬(wan) 元已經非常便宜了,這可能也是小鵬的底氣來源。

如果未來一兩(liang) 年激光雷達價(jia) 格大幅下降,“免費也不用”的特斯拉仍然繼續堅持自己的視覺方案,可能真夠馬斯克喝一壺的。
當然激光雷達也不是完美的,應用中也存在著不足。比如大霧和大雨會(hui) 減弱激光信號的強度,精度會(hui) 下降,並且現在的激光雷達的點雲(yun) 是基於(yu) 幾何呈現的,雖然能分辨出形狀,但卻不能辨別顏色和紋理等,這意味著激光雷達還無法區分紙袋和石頭的不同。
激光雷達配合其他傳(chuan) 感器的整體(ti) 方案可能才是應用方向。

在智能駕駛產(chan) 業(ye) 鏈的三個(ge) 層麵中,環境感知主要對應的是攝像頭、雷達(包括超聲波、毫米波、激光雷達);計算決(jue) 策主要對應的是計算芯片、感知算法、高精地圖、通信技術等方麵;而控製執行則是製動係統、轉向係統、電機係統等方麵。

海外廠商存在先發優(you) 勢,國產(chan) 勢力也正逐步崛起。美國Velodyne一馬當先,今年已經成功上市,國內(nei) 市場也在百花齊放,競相準備IPO。
智能汽車是硬件+軟件的結合,當前世界的頭號玩家就是中美兩(liang) 國。特斯拉與(yu) 中國新勢力的競爭(zheng) ,也是中美硬件、軟件科技人才的競爭(zheng) ,也是美國開放合作和中國大兵團作戰的競爭(zheng) 。
圍觀一場CEO直接的口水戰,固然樂(le) 趣十足,但背後的技術路線之爭(zheng) ,才會(hui) 給我們(men) 的生活帶來更深遠的改變。
參考資料:
[1] 中信證券:激光雷達—自動駕駛汽車的“火眼金睛”
[2] 華西證券:智能駕駛:重構產(chan) 業(ye) 鏈生態
[3] 華泰證券:自動駕駛提速,布局明日之星
[4] 國信證券:汽車前瞻研究係列(二)
[5] 東(dong) 吳證券:AIoT車聯網係列深度之一:網聯化與(yu) 智能化,共築“無人駕駛”之路
[6] 中信建投:無人駕駛生態剖析,端還是雲(yun) ?
[7] 車東(dong) 西,小鵬自動駕駛負責人:激光雷達成本並非不可接受。
[8] 蓋世汽車,技術成果加速兌(dui) 現,華為(wei) 汽車局進入2.0時代
[9] 觀察者網,華為(wei) 擬短期製成100線激光雷達,成本或降至100美元
[10] 電子說,用視覺替代激光雷達,可能嗎?特斯拉為(wei) 何不用激光雷達?


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