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汽車制造

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(lián)網(wǎng)上也十分熱鬧,馬斯克何小鵬兩位創(chuàng)始人在社交平臺上吵了起來。11月20日,在廣州車展上,小鵬汽車發(fā)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(lián)網(wǎng)上也十分熱鬧,馬斯克何小鵬兩位創(chuàng)始人在社交平臺上吵了起來。
11月20日,在廣州車展上,小鵬汽車發(fā)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(chǎn)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,隨后何小鵬則在微博強硬回懟,聲稱要將特斯拉打得找不著東。

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(jīng)不在馬斯克的視野范圍內(nèi)了,為何卻在這個時候因為激光雷達而親自上陣懟小鵬汽車呢?
有趣的是,在汽車圈子之外的華為也開始密集釋放關(guān)于量產(chǎn)車規(guī)級激光雷達的消息。在今年廣州車展期間,華為智能汽車解決方案BU總裁王軍接受媒體采訪時表示,華為的激光雷達已經(jīng)成為車企搶購的爆品,并考慮在近期做一個激光雷達產(chǎn)品的整體發(fā)布。

為何馬斯克要因為激光雷達打口水仗,為何巨頭們紛紛盯著激光雷達?這都要從汽車的智能駕駛說起。

在《速度與激情8》中,大反派查理茲·塞隆為了搶奪核武器發(fā)射裝置,用高科技黑入汽車智能駕駛系統(tǒng),使得上千輛無人汽車組成了一支龐大的“僵尸車”軍團,在街頭攔截俄國國防部長的專車,汽車巨浪在街頭洶涌前進,畫面震撼。
那智能駕駛究竟怎樣實現(xiàn)的呢?
簡單的說,就是給常規(guī)車加上智能駕駛模塊,再連上通信網(wǎng)絡(luò)。這個模塊主要有三大核心功能:環(huán)境感知—計算決策—控制執(zhí)行,分別對應(yīng)于人的“眼睛-大腦-神經(jīng)”。

它們的功能執(zhí)行邏輯也很簡單,非常像人類:走在路上,首先眼睛發(fā)現(xiàn)對面走來了一個人,然后大腦去決策怎么躲避這個人,最后是神經(jīng)驅(qū)動肢體去繞開這個人。
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(gòu)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來的數(shù)據(jù)信息后,通過計算芯片+感知算法,去識別交通狀況,然后分析計算出最優(yōu)的路線。
智能汽車的神經(jīng)是基于大腦給出的決策結(jié)果,對制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電機系統(tǒng)等下達指令,控制車輛運行狀態(tài),執(zhí)行駕駛路線。
而馬斯克和何小鵬的爭論點在于:應(yīng)該主要用什么來當眼睛,激光雷達還是攝像頭?

視覺方案模仿的是人眼,主要是靠“看”,相當于一個二維照相機。雷達方案模仿的是蝙蝠,是立體的“掃”,相當于一個三維照相機。

視覺方案的好處在于,已經(jīng)相對成熟。以攝像頭主導(dǎo)、配合毫米波雷達等低成本元件,構(gòu)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(shù)據(jù)的訓(xùn)練和更長期的研發(fā)投入,并且會存在精度、穩(wěn)定性和視野等方面的缺陷,暫時無法滿足L3級以上的自動駕駛要求。
雷達方案可以創(chuàng)建出清晰的3D圖像,通??吹酶h,看得更清晰,抗干擾能力也更強,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(dǎo),配合攝像頭、毫米波雷達等元件,典型代表為谷歌Waymo、國內(nèi)的百度Apollo。

根據(jù)結(jié)構(gòu),激光雷達分為機械式、固態(tài)式和混合固態(tài)式三種,可以說是傳統(tǒng)版、高配版和市場版三種路線。
機械式激光雷達當前技術(shù)最為成熟,通過機械旋轉(zhuǎn)360°掃描的方式收集信息,所以轉(zhuǎn)得越快,收集的信息越多。但因為里面機械部件太多,調(diào)試裝配復(fù)雜,生產(chǎn)周期長,成本很難降低,并且機械部件在真實路況下比較容易損壞,難以符合車規(guī)的要求。
固態(tài)式激光雷達屬于“高富帥”版,分為OPA和Flash兩種,都不需要機械部件,但當前技術(shù)都不成熟。前者技術(shù)原理和戰(zhàn)斗機的相控陣雷達類似,量產(chǎn)成本很高。后者原理是快閃,可以一次性完成對整個場景的3D繪制。兩者都是明日之星,現(xiàn)在汽車還高攀不上。
當前,混合固態(tài)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芯片上,通過電路來控制旋轉(zhuǎn),所以雷達本身不需要大幅旋轉(zhuǎn),真實路況下不容易損壞,量產(chǎn)能力大幅提高,在芯片摩爾定律助力下,未來量產(chǎn)成本有望降低至數(shù)百美元。

隨著未來自動駕駛技術(shù)的進一步普及,激光雷達市場規(guī)模將會進一步擴大。咨詢機構(gòu)Yole預(yù)計,2025年全球激光雷達出貨量約470萬個,銷售額約61.9億美元。

激光雷達看起來這么美,為何各家車企卻并不見得對此有多狂熱呢?

說白了,現(xiàn)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”,他想從算法上解決視覺信息的處理問題。
他的理由也很簡單,馬斯克認為車和道路都是為人類設(shè)計的,人的視覺加大腦處理信息的模式可以安全行駛,那么自動駕駛也可以做到。雷達是人都不具有的感官,干嘛要裝,這不是正常人拄拐杖,多此一舉嗎?
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,是視覺解決方案的十倍以上。以Velodyne的激光雷達為例,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。
一個激光雷達價格頂?shù)纳蟽奢vModel3,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。小鵬聲稱之后要采用攝像頭+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(wěn)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(yīng)對呢?
小鵬自己的答案是其一直在培養(yǎng)自己的供應(yīng)商,通過提升訂單量可以大幅降低制造成本,也可以增強自己的議價能力。但除了這個答案之外,顯然華為的入局是一個不可忽視的外部變量。
就在小鵬和特斯拉互懟之際,華為也透露在研究激光雷達,目標是短期內(nèi)開發(fā)出100線的產(chǎn)品,并在未來將成本降至200美元,甚至100美元。華為輪值董事長徐直軍還聲稱,“特斯拉現(xiàn)在能做到的事情,我們都能做到”,正在將華為的兵團作戰(zhàn)應(yīng)用于激光雷達。

簡單的說,小鵬直接挑戰(zhàn)低價激光雷達可能有點懸,但華為的入局讓這場爭論出現(xiàn)變局。
此外,今年8月大疆宣布可以量產(chǎn)千元級別車用激光雷達,適用于L3、L4級別自動駕駛。Horizon和Tele-15的價格分別只要6499和9000元,相比于Velodyne的幾萬、幾十萬元已經(jīng)非常便宜了,這可能也是小鵬的底氣來源。

如果未來一兩年激光雷達價格大幅下降,“免費也不用”的特斯拉仍然繼續(xù)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(yīng)用中也存在著不足。比如大霧和大雨會減弱激光信號的強度,精度會下降,并且現(xiàn)在的激光雷達的點云是基于幾何呈現(xiàn)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(qū)分紙袋和石頭的不同。
激光雷達配合其他傳感器的整體方案可能才是應(yīng)用方向。

在智能駕駛產(chǎn)業(yè)鏈的三個層面中,環(huán)境感知主要對應(yīng)的是攝像頭、雷達(包括超聲波、毫米波、激光雷達);計算決策主要對應(yīng)的是計算芯片、感知算法、高精地圖、通信技術(shù)等方面;而控制執(zhí)行則是制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電機系統(tǒng)等方面。

海外廠商存在先發(fā)優(yōu)勢,國產(chǎn)勢力也正逐步崛起。美國Velodyne一馬當先,今年已經(jīng)成功上市,國內(nèi)市場也在百花齊放,競相準備IPO。
智能汽車是硬件+軟件的結(jié)合,當前世界的頭號玩家就是中美兩國。特斯拉與中國新勢力的競爭,也是中美硬件、軟件科技人才的競爭,也是美國開放合作和中國大兵團作戰(zhàn)的競爭。
圍觀一場CEO直接的口水戰(zhàn),固然樂趣十足,但背后的技術(shù)路線之爭,才會給我們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(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)
[3] 華泰證券:自動駕駛提速,布局明日之星
[4] 國信證券:汽車前瞻研究系列(二)
[5] 東吳證券:AIoT車聯(lián)網(wǎng)系列深度之一:網(wǎng)聯(lián)化與智能化,共筑“無人駕駛”之路
[6] 中信建投:無人駕駛生態(tài)剖析,端還是云?
[7] 車東西,小鵬自動駕駛負責人:激光雷達成本并非不可接受。
[8] 蓋世汽車,技術(shù)成果加速兌現(xiàn),華為汽車局進入2.0時代
[9] 觀察者網(wǎng),華為擬短期制成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?特斯拉為何不用激光雷達?


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