它来了,它来了,带激光雷达的量产车来了!马斯克您怎么看?


作者 | Decode
邮箱 | oudi@pingwest.com


全球第一辆真正买得到的 L3 级自动驾驶量产车,正式上市了。


2021 年 3 月 5 日,本田正式发售了搭载 5 个激光雷达、具备 L3 级自动驾驶能力的量产车型 Legend Hybrid EX,含税价格为 1100 万日元(约合 66.4 万人民币)。目前,该车型限量生产 100 台,以租赁形式在日本本土销售,租期为 3 年。


这使得 Legend Hybrid EX 成为全球第一辆通过当地法规认证、允许正式上市销售、具备 L3 级自动驾驶的车型。当前市面上汽车的自动驾驶水平,普遍为 L1 和 L2 级别。一些车厂比如特斯拉,能实现 L2.5 级。


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从 L2 到 L3,是自动驾驶技术质的飞跃。两个级别最大区别在于,是否需要人类驾驶员时刻盯着路况。2017 年,奥迪曾宣布 A8 车型将配备激光雷达传感器和 L3 级自动驾驶,但由于没有通过各国法律法规的准许,至今消费者都体验不到该车型的 L3 级自动驾驶功能。


Legend Hybrid EX 的 L3 级自动驾驶技术名为 HONDA Sensing Elite,是在 HONDA Sensing 基础上升级而来。新增加的功能包括 Traffic Jam Pilot(交通拥堵导航)、Hands off(从方向盘上移开双手,获得了日本的交通许可) 和 Emergency Stop Assist(紧急停车辅助)。


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传感器配置方面,这款车型安装了 5 个激光雷达、5 个毫米波雷达、2 个前视摄像头和 12 个超声波雷达。其中,激光雷达搭载在量产车型上,尤为引人关注。


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事实上,不止本田,在 L3 级自动驾驶用不用激光雷达这个问题上,大部分车厂都做出了肯定的回答。


自 2020 年中,陆续有车厂宣布配备激光雷达的高端车型或技术路线:传统车厂有奔驰(S 级)、宝马(iX)、沃尔沃(XC90)、雷克萨斯(LS 系列)和长城汽车(咖啡智驾战略)。新造车势力有小鹏汽车(代号 D55)、蔚来(ET7)、智己汽车和哪吒汽车。这些车厂搭载激光雷达的车型,大部分都计划在 2021 至 2022 年间上市。


唯有特斯拉依然坚持纯视觉方案,不用激光雷达。其 CEO 马斯克曾公开表示:“激光雷达是个愚蠢的解决方案,谁依赖激光雷达谁就完蛋”(Lidar is a fool.Anyone relying on lidar is doomed)。



 激光雷达和纯视觉的分歧在哪?


激光雷达和纯视觉方案的分歧点,出现在车辆的“感知”环节。回想一下人类开车的过程,抽象出来共有三步:1. 感知车辆前进路线和周围环境;2.根据环境在大脑中做出决策;3.执行刚刚做出的决策。


在感知环节,自动驾驶系统通常会用到四种类型硬件:毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达和摄像头。它们各有优缺点,在自动驾驶方案中,适用于不同的任务。


毫米波雷达的原理是发射毫米波段的电磁波,利用障碍物反射波的时间差确定障碍物距离,利用反射波的频率偏移确定相对速度。毫米波雷达的优点是穿透雾、烟和灰尘的能力较强,除了大雨天都能稳定运行,缺点是分辨率偏低,无法分辨探测目标是什么。


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和毫米波雷达原理类似,但超声波雷达发射的是超声波,通过计算反射回来的时间差,最后换算成距离。这种传感器最大的优势是低成本,单个超声波雷达售价仅为数十元,一套自动泊车系统的硬件成本不到 200 元。相比之下,毫米波雷达售价要到千元级别。但它的缺点也很明显,发射距离不远,通常用于短距离测距。


激光雷达发射的是激光束,通过测量反射信号的到达时间、强弱程度等参数,确定目标的距离、方位、运动状态和表面光学特征。其优点是,探测精度更高,不受光照影响,可全天时工作,能快速复建出 3D 模型。但其缺点也很明显,成本相对高昂,且对气象条件要求严格,极端天气下无法使用。


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摄像头优点是分辨率高,且成本相对较低,但依赖于强大的深度学习算法来识别物体。在逆光、暗光或恶劣天气下,摄像头也会暴露出很大的短板,基本不可用。


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(图片来自Livox)


依靠毫米波雷达、超声波雷达和摄像头三种类型传感器,很多车厂都做到了 L2 级自动驾驶,比如特斯拉、凯迪拉克、宝马、奔驰、沃尔沃、日产。


自动驾驶分级最权威的是 SAE(国际自动机工程师学会)版本。按照 SAE 的分级,L2 称之为“部分自动驾驶”(Partial Automation),要求同时实现 ACC(自适应巡航)和 LKA(车道保持辅助),但依然需要人类驾驶员时刻盯着驾驶环境,以备在出现紧急状况时随时接管。


L3 级是“有条件自动驾驶”(Conditional Automation),人类驾驶员已经不需要时刻盯着驾驶环境,汽车可以自动超车、自动变道。但在发生紧急状况时,汽车依然会通知人类驾驶员接管。


可见,从 L2 跨越到 L3,最大区别在于,人类驾驶员是否需要时刻盯着路况。要实现 L3 级,要求汽车拥有更加出色的感知能力,可以替代人类实时监测驾驶环境。


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大量的实验和数据已经表明,光靠摄像头、毫米波雷达和超声波雷达,不足以让汽车拥有 L3 所需的感知能力。如上所述,4 种传感器硬件各有所长,摄像头分辨率高,能通过算法来实现物体识别,但测距精度弱,而且在弱光和黑暗环境下适应性差。而激光雷达测距精度高,在弱光和黑暗环境下性能更佳,能弥补摄像头的不足。


想做 L3 级自动驾驶方案的厂商,基本都增加了激光雷达来感知外界环境。激光雷达与纯视觉看似存在争论,但大部分车厂的自动驾驶技术路线里,本来就有激光雷达的存在,只有特斯拉坚持不用。


马斯克认为,既然人类可以通过视觉收集信息、大脑处理信息的方式进行安全驾驶,那自动驾驶也能。这种技术路线倒也很符合他对“第一性原理”的追求。他直白地宣称“激光雷达就像是人类身上的阑尾”、“即使(激光雷达)完全免费,也不会用它”。


目前,特斯拉的感知传感器配置包括 8 个摄像头、1 个前置的毫米波雷达和 12 个超声波雷达。自 2016 年起,特斯拉旗下车型都配备了这套传感器,或者类似的版本。


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依靠这套传感器配置,再加上一颗自研的 FSD 芯片,特斯拉迭代了 Autopilot 2.0 和 Autopilot 3.0,通过 OTA 推送了 NoA(按导航辅助驾驶)和 FSD(全自动驾驶)功能(仍在测试期),让其自动驾驶水平到达 L2.5 级。


不过,特斯拉的自动驾驶方案曾惹出过几次祸端。2020 年 6 月,一辆开启了自动驾驶功能的特斯拉,在台湾一段高速公路上,撞上了已经侧翻在路上的白色货车。车主本以为车辆遇到障碍物会自己停下来,但没想到它以 110 公里/时的速度,径直撞上了前面的货车。


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《每日经济新闻》援引武汉理工大学汽车工程学院副教授杨胜兵报道,摄像头有天生的缺陷,当有较强的反光,或者以白色为基调的物体时,可能会判断成云朵甚至认为没有障碍物。特别是在强光线下,特斯拉这套方案的缺陷比较明显。即使特斯拉还配备了毫米波雷达,但受限于感知距离较短,如果车速过快,系统也无法迅速响应。毕竟算法也要花费时间,需要留有足够的时间去做调度和反应。在这次事故之前,处于自动驾驶状态下的特斯拉,还曾于 2016 和 2019 年发生过两起事故,都是撞上了白色卡车。


前段时间,特斯拉在无人墓地感应到行人的视频,又一次将其送上风口浪尖。《财经》援引地平线机器人一位算法技术专家报道,看见 “幽灵” 属于无中生有,基于深度学习的算法会存在这种问题,并且在当下的技术水平下无法避免。这种算法缺陷并不是代码执行效果不佳,而是一种目标检测的基本缺陷。在这种技术路线下,才会需要多传感器融合来取长补短。


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 成本下降,激光雷达或迎上车潮


激光雷达要真正搭载于量产车型上,有一个门槛要跨越——成本。比如,激光雷达领军企业 Velodyne 2014 年的型号 HDL-64,售价高达 7.5 万美元。唯有不计成本研发自动驾驶技术的公司,才会购买。而需要考虑量产成本的汽车公司,面对这个价格直接劝退。这也是特斯拉不用激光雷达的原因之一。


但随着厂商最近几年的努力,激光雷达成本逐年下降。激光雷达本身没有用到任何贵金属,成本主要源自于精密光学器件的研发,和有限的应用场景。因此,降低成本主要从提高研发技术和产量两方面来着手。


激光雷达的技术分类纷繁复杂,测距原理、激光发射、激光接收、光速操纵和信息处理,每个环节都有不同的技术路线。比如,按照测距原理分,可分为飞行时间法、三角测距法和基于相干探测的调频连续波(FMCW)。按照光束操纵分,可分为扫描系统和 Flash,其中扫描系统又可细分为机械式、混合固态和固态。


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△激光雷达按光束操纵分类,图片来自国金证券研究所


通过组合不同的技术,激光雷达的成本得以降低。据国金证券研究所总结,激光雷达的发展路线主要为固态化、芯片化和智能化。固态化是指,扫描系统逐渐去除转动元件;芯片化是将激光雷达各模块集成到芯片上,提高集成度,达到降低成本的目的;智能化是把 AI 算法前置到激光雷达上,在收集数据的同时,完成感知算法的实时计算分析。


其中,激光雷达固态化是降低成本的重要因素。早期激光雷达基本上是机械式,虽然分辨率高、测距远,但失效时间短、体积大、成本高,通常为 Waymo 这种专门研发 L4 级别自动驾驶的公司所用,难以应用于真正量产车型上。


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△Waymo 第一代自动驾驶汽车,头上顶着机械式激光雷达


而完全固态的激光雷达,技术成熟度偏低,离量产还比较远。因此,技术成熟度高,成本又适中的混合固态激光雷达最有可能首先上车。混合固态是指,收发组件静止,只有扫描器存在机械运动。


据大疆孵化的激光雷达厂商 LIVOX 预测,2020–2023 年间,混合固态激光雷达的年出货量可达 10 万台,推动成本降低到 1000 美元。这正是业界普遍认可的、可前装量产的价格水平线。


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△Livox 对激光雷达成本下降的预测图


一边是升级到更高级别自动驾驶的需求,另一边是激光雷达成本下降。当需求和供应两边匹配上,就迎来了激光雷达上车量产的趋势。不过,这股趋势目前仍只是理论上的,各车厂只是公布了相关计划,真正上市销售的只有开篇提到的本田 Legend Hybrid EX。


激光雷达是为 L3 及以上级别自动驾驶服务的。奥迪虽然在 2017 年就公布了搭载激光雷达的 A8,但没有通过法律法规准许。消费者用不了 L3 级自动驾驶,那搭载激光雷达也就失去了意义。路漫漫其修远兮,车厂想要实现高级别自动驾驶,还有很长的路要走。

原文始发于微信公众号(品驾):它来了,它来了,带激光雷达的量产车来了!马斯克您怎么看?

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作者 ab