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虎嗅APP 2021-11-29

汽车眼神不好,何谈智能驾驶

在真正打通第一条道路之前,偏僻山区怎么也理解不了 " 要想富先修路 " 是句真理;在大航海时代到来之前,也没有哪个国家意识到海洋便是财富、海权即是力量。

时至今日依然如此,在彻底无需人类驾驶员的全自动驾驶时代真正来临之前,没有人能想象出,它究竟会如何重塑我们的未来生活。

今天,当 L2 级别的辅助驾驶技术日趋成熟,人们已经将精力集中于更高阶的自动驾驶辅助,乃至未来全自动驾驶技术的开发中。

顺理成章的,激光雷达被推上了攻坚 L3、L4 乃至 L5 级高阶自动驾驶辅助的最前线。这一关键技术经过了早期的迅速发展,至今也已经开始了自身的更新与迭代。究竟需要具备哪些素质的激光雷达,才能 " 看到 " 自动驾驶的未来,问题摆在了我们所有人面前。

精准可靠的主动探察

但凡谈论到超越目前水平的高级别自动驾驶辅助,LiDAR 激光雷达一定是绕不开的话题。用于自动驾驶的车载高精度激光雷达,堪称目前最前沿的科技领域,不过激光雷达的基本原理其实不难理解,甚至我们日常就能接触到原理类似的应用。苹果从 iPhone 12 Pro 开始,就在其三摄像头模组上添加了一个 LiDAR 模块。

激光雷达可以发射出肉眼不可见的激光束,碰撞到现实中的物体发生反射,通过激光发射回来的时间算出前方物距。由许多道激光束形成密集的 " 点云 ",就可以描绘出激光雷达视野内的前方物体轮廓。

目前应用于自动驾驶的雷达系统,主要是超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达三大类。超声波雷达类似于声呐,主要用于低速小范围如泊车场景。毫米波雷达则是发射毫米级波长的电磁波,具有精确、全天候的优点,但对静止物体的探测有局限性,需要与其他类型传感器一起使用。

激光雷达之所以被视为次世代的自动驾驶传感器,就在于

它一方面同样拥有近乎实时的信息感知能力,

另一方面激光束形成的密集点云可以精确绘出物体的三维形状。

这使得激光雷达更容易地辨别出前方物体的类型属性,避免出现将静态障碍物判定为背景的潜在危险。

激光雷达的优势其实就体现在我们身边。利用激光束点云成像的高精确性,苹果在 iPhone 和 iPad 上实现了实时测距,今后还将作为 AR 增强现实的基础。与激光雷达原理类似的 ToF 传感器,如果发射红外光而非激光束,借助密集点云绘制出精确三维图像,可以得到高安全性的面容识别系统。

相对于视觉传感器即摄像头,激光雷达主动发射的激光束,要比可见光具有更强的穿透恶劣天气的能力。借助密集激光点云,激光雷达的感知精度更高、识别正确率更高、数据更加直接,对于自动驾驶系统芯片与算法的压力更轻,安全性和可靠性也更有保证。

正是基于这些优势,激光雷达被业界寄予厚望,人们普遍认为激光雷达才是高级别自动驾驶技术的最终解。而激光雷达也并非单打独斗,行业常用的方案是以一个或数个激光雷达,与其他类型传感器相配合。激光雷达为主、其他感知元件为辅,各司其职发挥出系统综合优势。

激光雷达也有 " 鄙视链 "

量产车用上激光雷达的过程虽然刚刚开始,但在实验室和测试场上,激光雷达已经经历了多次技术革新。

目前量产车型上应用较多的,主要是第一代激光雷达。而今年广州车展上,广汽埃安推出了搭载第二代智能可变焦激光雷达的 AION LX Plus,这也是全球首款搭载了 3 个第二代激光雷达的量产车型。实际上搭载第一代激光雷达的车型目前也还未大规模交付,而搭载第二代激光雷达的 AION LX Plus 已经横空出世。

第一代激光雷达的主要特征,是普遍需要一套机械运动结构,利用反射或折射将激光束变为一个 " 面 ",实现对前方(或其他方向上)扇区的扫描。这类激光雷达一般由电机驱动旋转部分,规律的旋转动作,也使得垂直方向上的线束分布、激光束点云的采样频率都是固定的。

但对于激光雷达这种车载精密设备,内部有一块镜面在转动并不是什么好事。

一方面时刻不停的机械旋转,对于激光雷达的寿命是一大挑战,

另一方面行车环境下的振动等,会让旋转结构的可靠性打折扣。更不要说成本、体积、装配、调试等方面的劣势。

另外,旋转动作的 " 固定不变 ",对于自动驾驶的探测感知也不是好事。因为车辆需要在高速和低速环境中都保持精确的感知能力,而这两种环境对激光雷达的要求是不同的。

比如在高速环境下,周围车辆一般不会突然改变运动状态,较低的采样频率就能应对;但高速环境需要激光雷达 " 看 " 得更远,让激光线束更集中于远处视角范围。而在低速城市环境中,需要更高的采样频率,才能应付突然出现的行人、突然加塞的旁车;对于激光线束的需求则是覆盖更广更全,避免感知出现盲区,而不需要 " 聚焦 " 在远处。

于是,可以实现智能可变焦的第二代激光雷达出现了。相比第一代的机械式,第二代普遍采用 MEMS 微振镜结构,替代了机械旋转的棱镜或镜面,所以也被称为固态激光雷达。MEMS 是一种固态半导体部件,内部包含有微型可动镜片,通过快速摆动微镜片让激光束射向各个方向,形成激光雷达的扫描区域。

MEMS 的优点一方面是消除了大尺寸的机械运动部件,大幅简化了激光雷达的内部结构,另一方面它也提升了激光雷达的感知能力。广汽埃安 AION LX Plus 搭载的第二代激光雷达具备智能可变焦能力,借助 MEMS 微振镜的灵活调节能力,可以实现针对远场的 " 凝视 " 能力,以及智能可变的刷新频率。

所谓 " 凝视 ",字如其名,是用来提高激光雷达远距离探测能力的,最终让激光雷达实现对低速近距离、高速远距离不同环境的针对性优化,做到各种行驶环境都有优秀的感知能力。

当车辆驶上高速,近处环境遭遇突发状况的概率很低,需要的是更远的探测距离。" 凝视 " 功能可以让激光束在对应着远距离的视角范围内,动态增加垂直分辨率。

正常情况下的垂直分辨率为 0.2°,在 " 凝视 " 模式下则可以细化到仅 0.05°。" 看远处 " 的激光线束更加密集,对于远距离物体的探测精度更高,让车辆对前方情况有更强的感知能力,探测距离可以远达 250 米,为系统提供更多的预知性空间。

在高速环境下,路上车辆一般不会突然大幅改变动作,10Hz 这样的正常刷新率就足矣。但到了城市的复杂交通环境下,一秒扫描 10 次就可能不够用。

无论是路口突然 " 鬼探头 " 蹿出的行人、非机动车,还是拥堵时突然加塞的车辆,都需要激光雷达有更快的反应速度。第二代智能可变焦激光雷达的高帧率模式,可以在此时将刷新频率提升到最大 30Hz,用三倍于行业水平的更敏感神经,应对快速变化的外界世界。

广汽埃安 AION LX Plus 搭载的第二代智能可变焦激光雷达,用 MEMS 微振镜取代了机械旋转结构,一方面实现了固态扫描,提高了寿命和可靠性;另一方面也借此实现了线束密度与刷新频率的动态可调,让雷达在截然不同的交通环境下都能应对自如。

高阶智驾新起点,谁已率先抢跑?

第二代智能可变焦激光雷达,一直是自动驾驶行业关注和投入的焦点。广汽埃安 AION LX Plus 率先搭载,并且采用了单车 3 颗激光雷达。除了前视激光雷达,AION LX Plus 还在车辆前轮拱两侧配备了补盲用激光雷达,实现了 300° 范围的大角度覆盖。

这还没完,广汽埃安 AION LX Plus 全车配备有多达 35 个感知元件,其中还包括了 6 个毫米波雷达、8 个高清摄像头、4 个环视摄像头、12 个超声波雷达和 2 个独立高精定位模块,再加上同级独有的 3 个第二代智能可变焦激光雷达,数量上多达 35 个、种类上多达 6 种,堪称目前的顶级硬件组合。

这样的传感器配置,让 AION LX Plus 拥有了超越同级的基础。驾驶辅助技术需要丰富详实的外界信息,传感器给到处理平台的数据越充分,车辆获得的路面信息就越完整。而不同类型的传感器优势点不同,所以越是不同类型的传感器组合,才能各显其长、各补其短,让信息感知方面做到 1+1>2 的效果。

" 大脑 " 方面,广汽埃安 AION LX Plus 搭载了来自华为的高算力智驾计算平台,拥有国产最强的高达 200TOPS 单芯片算力,图像信号处理器 ISP 的处理能力可达每秒 24 亿像素。

在如此 " 满配 " 硬件的支持之下,AION LX Plus 拥有了更高级别的智能驾驶能力,可以实现城市与高速全场景的 NDA 领航辅助功能。在高速场景下,在 NDA 系统开启状态下,车辆可以根据导航路线指示,感知到交通环境与周边车辆状态,自主选择跟车、变道、超车、上下匝道、汇入主路等动作,真正减少驾驶员的疲劳和负担。

在城市环境下,NDA 系统同样可以发挥功效。广汽埃安 AION LX Plus 依托于更完善的感知系统、更强大的计算系统,可以在城市复杂路况下,自主完成红绿灯路口左右转向、掉头、环岛通行、代客泊车等一系列动作,实现在高速与城市之间连贯对接的全场景 NDA 领航功能,真正做到高阶辅助驾驶。

除了领先同级的强大智能辅助能力,实际上,广汽埃安 AION LX Plus 还创下更多里程碑式的纪录。

AION LX Plus 采用了独家自研海绵硅负极片电池技术,新的电池技术助力其成为全球首款续航超 1000km 的纯电动车,正式终结纯电续航竞赛。让跨省长途出行将成为日常,也意味着 " 月充时代 " 也将开启。

而它搭载的高性能两挡双电机 " 四合一 " 集成电驱,最大功率更是达到了 540kW,百公里加速时间只要 2.9 秒,让中国品牌汽车率先迈入 "2 秒时代 " 成就了最快加速的新纪录。

AION LX Plus 除了在智驾、续航和加速三大方面给用户带来了 " 先人一步 " 的科技享受之外,还在外观内饰方面迎来全新进化。

独特的星海方舟设计理念,让其外观更加前卫大气;内饰则换上了一块全新的 15.6 英寸中控大屏,整体风格更具科技感,并且配备了高通 8155 座舱芯片和 ADiGO 4.0 智能物联系统,配置了 Nappa 真皮座椅,二排座椅腿托、隐藏式电子出风口等舒适性豪华配置,豪华、科技智能体验进一步提升。

先人一步,洞察未来

人类对于自动驾驶技术的发展探索,从未达到今天这个如此关键的阶段。

在 L2 级辅助驾驶技术已经成熟的今天,接下来更高阶辅助驾驶由谁率先实现,将高度决定着更远的未来由何人掌控。行业纷纷将目光投向了激光雷达,不过仍然有一些厂商能在军备竞赛中脱颖而出。

当第一代机械式激光雷达才刚刚装上量产车,甚至还没有开始大规模交付给用户,广汽埃安 AION LX Plus 就率先搭载了第二代智能可变焦激光雷达,在高阶智驾的新起点上,AION LX Plus 实现了领先一代 。

借助更先进的 MEMS 微振镜固态扫描技术,独有的 " 凝视 " 模式带来的动态可变垂直分辨率、动态可调节刷新频率,让 AION LX Plus 可以拥有更远的视野、更敏锐的洞察力。

只有看得更远、反应更快的 " 眼睛 ",才能真正看清自动驾驶的未来。

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