蔚來ET7激光雷達(dá)技術(shù)詳解實(shí)拍
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2022年可以說是激光雷達(dá)“上車”的元年了,各家車企也都在拿新車型上搭載的激光雷達(dá)數(shù)量作為宣傳賣點(diǎn),你有1顆,那我就裝2顆、3顆甚至4顆。相比之下,最早提出搭載激光雷達(dá)的蔚來ET7反倒顯得有些“落后”了。不過雖然數(shù)量不多,但如果把ET7上的激光雷達(dá)單拎出來,實(shí)力絕對算得上是同級最強(qiáng)了!所以今天就來給大家一文講透:蔚來ET7的激光雷達(dá)到底強(qiáng)在哪?
友情提示:本篇內(nèi)容很長,干貨很多,而且比較硬核,如果對技術(shù)講解感到枯燥看不下去的話,在這里直接先給大家總結(jié)一下ET7激光雷達(dá)的亮點(diǎn)和優(yōu)勢。
1.全球首款量產(chǎn)的1550nm激光雷達(dá);
2.最遠(yuǎn)探測距離可達(dá)500m,10%反射率下最遠(yuǎn)探測距離250m;
3.大氣穿透能力強(qiáng)、探測精度更高;
4.擁有“定睛凝視”功能,可以實(shí)現(xiàn)0.06°*0.06°超高分辨率;
5.POD(探測概率)更高,感知250m處10%反射率物體的探測概率超過90%。
為什么需要激光雷達(dá)?
在自動駕駛感知方案中,毫米波雷達(dá)與攝像頭的組合較為成熟,目前市面上絕大多數(shù)的新車都有裝配。但隨著道路狀況越來越復(fù)雜,當(dāng)前技術(shù)條件下,攝像頭+毫米波雷達(dá)的方案在面對強(qiáng)光、隧道逆光、黑夜、未經(jīng)算法訓(xùn)練的物體等場景下難以可靠識別障礙物。
此外,目前攝像頭、甚至多目攝像頭,配合視覺算法,依然較難提供自動駕駛感知層面至關(guān)重要的深度信息,目標(biāo)物體越遠(yuǎn),深度信息精度越低。
場景1:隧道強(qiáng)逆光
場景2:遠(yuǎn)距離小型障礙物
場景3:感知硬件上有污垢
通過以上的3個實(shí)際用車場景下激光雷達(dá)和攝像頭的感知能力對比,我們不難看出目前攝像頭、甚至多目攝像頭,配合視覺算法,依然有著不小的局限性,同時也較難提供自動駕駛感知層面至關(guān)重要的深度信息,目標(biāo)物體越遠(yuǎn),深度信息精度越低。想要單純依靠純視覺方案實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)車從駕駛輔助到自動駕駛的轉(zhuǎn)變,其中的難度不亞于讓你高考考滿分。
所以在這種情況下,能極大提升車輛感知能力的激光雷達(dá)自然就被“請”上車了。
那么激光雷達(dá)到底是怎么工作的呢?
如今智能電動汽車上搭載的激光雷達(dá),多為LiDAR(Light Detection And Ranging)它包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖,打在物體上并反射回來,最終被接收器所接收。接收器通過測量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時間,計算出車輛與反射物之間的距離,從而輸出車輛周邊環(huán)境的三維空間數(shù)據(jù)。
激光雷達(dá)通過收集反射光脈沖,輸出三維空間數(shù)據(jù),并為視覺傳感器提供可靠的深度信息。激光雷達(dá)加入后,整體傳感器達(dá)到互為冗余,達(dá)到整車感知的升維,提升感知的可靠性。車輛可有效識別路面凸起、井蓋缺失、拋灑物、大型靜止障礙物等目前攝像頭難以識別的目標(biāo)。這對提升自動駕駛/自動輔助駕駛的安全性具有極大價值。
ET7的激光雷達(dá),我愿稱之為同級最強(qiáng)!
先聲明一點(diǎn):沒有充值!沒有充值!沒有充值!所以“同級最強(qiáng)”的稱號不違反廣告法。(當(dāng)然這也并不是什么廣告)
至于為何敢稱之為“同級最強(qiáng)”?先來看看“蔚小理”三家新產(chǎn)品上搭載的激光雷達(dá)以及極狐阿爾法S HI上華為的激光雷達(dá)參數(shù)對比。
蔚來ET7搭載了來自Innovusion的超遠(yuǎn)距高精度激光雷達(dá),最遠(yuǎn)探測距離達(dá)500米,10%反射率下探測距離達(dá)250米,擁有120°超廣水平視角和0.06°*0.06°超高分辨率,是全球首款實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的1550nm激光雷達(dá)。
可能有不少朋友看到這些數(shù)據(jù)會覺得一頭霧水,別慌,我們一個個來看。
首先激光雷達(dá)光源方案中的1550nm/905nm代表的是激光雷達(dá)輸出光源波長,至于更深層次的原理小編在這就不解釋了(主要是也解釋不明白......),我們重點(diǎn)來看看蔚來的1550nm和理想、小鵬以及華為的905nm有什么區(qū)別。
相較于1550 nm波長,905 nm的主要優(yōu)點(diǎn)是硅在該波長處吸收光子,而硅基光電探測器通常比探測1550 nm光所需的銦鎵砷(InGaAs)近紅外探測器更加成熟。無論是本還是技術(shù)成熟度對于需要大批量裝車的廠家來說都是性價比更高的選擇。
而1550nm激光相比905nm的第一個優(yōu)勢在于更好的人眼安全性和更遠(yuǎn)的探測距離。
通常人眼可見光波長范圍為380nm~760nm,1550nm激光遠(yuǎn)超人眼識別范圍,無法在人眼視網(wǎng)膜上聚焦成點(diǎn),且在通過眼球過程中大部分都會被水吸收,因此幾乎不會對人眼造成危害;而905nm激光則更接近可見光波長,容易在人眼視網(wǎng)膜上聚焦成點(diǎn)。為保護(hù)人眼安全,通常會限制905nm的激光雷達(dá)的光功率。而在同等功率下,1550nm的人眼安全性提升可達(dá)40倍,可以允許輸出更高功率,實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)探測距離。
第二,1550nm激光的探測距離更遠(yuǎn)。在相同人眼安全等級的功率下,905 nm激光雷達(dá)很難在200 m以外的高速公路上看到高度為10 cm左右的物體,但是1550 nm激光雷達(dá)卻可以將檢測距離提高到300 m以上。此外,1550 nm配合調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)的技術(shù),不僅可以檢測距離,同時可以利用多普勒頻移來測量物體的速度。(物理概念太復(fù)雜,你就記住它不光能測距還能測速就行)
蔚來ET7激光雷達(dá)最遠(yuǎn)探測距離可達(dá)500米,10%反射率標(biāo)準(zhǔn)下的探測距離,可達(dá)250米,而采用905nm激光雷達(dá)的小鵬G9和理想L9則分別為150m、200m。
雖然從實(shí)際需求考慮的話200m的探測距離在高速上就已經(jīng)足夠確保安全了,但有更多的冗余總歸不是什么壞事,一旦發(fā)生緊急情況同時駕駛輔助系統(tǒng)出現(xiàn)短暫故障時,ET7還可以給你留出更多人為接管的反應(yīng)時間。
第三,1550nm激光大氣穿透能力強(qiáng)、探測精度更高。1550nm波長激光抗干擾能力強(qiáng)、光束準(zhǔn)直度更好、光源亮度高,這幾個優(yōu)點(diǎn)也讓激光的發(fā)射和接收更高效,可以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的物體識別。同時1550nm波長激光發(fā)散性弱、光斑小,在100米外光斑直徑僅為905nm的四分之一。在探測100米處的行人時,可以接收到橫排4個點(diǎn),縱排7個點(diǎn)的脈沖,清晰地探測到行人的姿態(tài)。
ET7的激光雷達(dá)還擁有“定睛凝視”功能,可以實(shí)現(xiàn)0.06°*0.06°超高分辨率。每0.01°的角分辨率變化,在200m處,相鄰的兩個點(diǎn)距離約在3.5cm。以0.1°角分辨率的激光雷達(dá)為例,其接收到的相鄰兩點(diǎn)間隔35cm,對于行人、自行車、摩托車這樣的目標(biāo)物體,點(diǎn)云過于稀疏,對于算法挑戰(zhàn)極大。
ET7激光雷達(dá)具備的"定睛凝視"功能,仿生人眼靈活變焦,可在行車關(guān)鍵視野區(qū)域產(chǎn)生角分辨率高達(dá)0.06°*0.06°的高密度點(diǎn)云,將該區(qū)域的目標(biāo)看得更清晰。ET7激光雷達(dá)的定睛凝視功能范圍為25°H(橫向)*9.6°V(縱向)。在前方50m處,該區(qū)域覆蓋范圍:橫向覆蓋達(dá)10條車道,縱向覆蓋大于一層樓高度),可充分覆蓋前方行車區(qū)域。
ET7激光雷達(dá)定睛凝視區(qū)域策略性選擇加密關(guān)鍵區(qū)域,而非全局鋪滿點(diǎn),可根據(jù)需要隨時讓任意區(qū)域分辨率高起來。避免占用不必要的計算資源,增加功耗、帶寬等,提升數(shù)據(jù)利用的有效性,減輕算法壓力,更利于整車感知系統(tǒng)運(yùn)行,真正實(shí)現(xiàn)“把“點(diǎn)”用在刀刃上”。
ROI動態(tài)可調(diào),實(shí)現(xiàn)對車輛與行人等更好地感知和追蹤,即便在前方大曲率轉(zhuǎn)彎或者上下坡道等工況下,也可以有效地提前發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處危險目標(biāo)。更早地發(fā)現(xiàn),才能更早地減速、同時更早地對用戶發(fā)出警告,從而提高自動駕駛的可靠性和安全性。
最后,對于激光雷達(dá)還有一項(xiàng)重要參數(shù)就是POD探測概率(Probability of Dectection),一般為超過連續(xù)100幀發(fā)射的激光束數(shù)量(即理論點(diǎn)數(shù)量)與被探測到的激光束數(shù)量(即有效點(diǎn)數(shù)量)的比值。POD體現(xiàn)出激光雷達(dá)接收返回點(diǎn)數(shù)的能力和穩(wěn)定性,是反應(yīng)激光雷達(dá)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
蔚來搭載的激光雷達(dá)具有優(yōu)秀的探測能力,感知250m處10%反射率物體的探測概率超過90%。更高的POD,可以讓車輛更清晰明確地感知到目標(biāo)物體,減輕算法壓力,實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的有效感知距離,提升自動駕駛系統(tǒng)整體的安全性。
以上這些都是ET7采用1550nm激光雷達(dá)的優(yōu)勢,那有沒有缺點(diǎn)呢?有!
首先在雨雪天氣下,1550nm的穿透能力相對905nm較弱。其次1550 nm激光雷達(dá)一般采用光纖激光器作為光源,技術(shù)相對更復(fù)雜,在光源及探測器成本、雷達(dá)體積以及供應(yīng)鏈成熟度上還有明顯的不足。并且由于功耗相對較高,所以對于激光雷達(dá)的散熱性同樣是一個考驗(yàn)。
雖然在蔚來和圖達(dá)通的聯(lián)合開發(fā)下,ET7搭載的激光雷達(dá)能在確保性能的前提下兼顧外觀設(shè)計和整車0.208Cd的超低風(fēng)阻,并且也針對可靠性和極端天氣下激光雷達(dá)的性能做出了一系列嚴(yán)苛的測試調(diào)整,但在長期使用的情況下,這個全球首款量產(chǎn)的1550nm激光雷達(dá)在安全性和耐久度上的表現(xiàn)仍需要時間去檢驗(yàn)。
最后再來聊聊ET7上“瞭望塔”式單顆激光雷達(dá)和極狐阿爾法S HI的固定在前杠上的三顆激光雷達(dá)相比,位置的不同有何影響?是激光雷達(dá)數(shù)量越多就越好嗎?
首先激光雷達(dá)的布局位置不同主要是針對不同的使用場景,如ET7、理想L9將激光雷達(dá)布局在車頂處更多的是針對高速、封閉環(huán)路的場景。
高位激光雷達(dá)的優(yōu)勢在于探測距離更遠(yuǎn)、視野更好,在前車體積不大的情況下可以越過前車探測到更前方的路況。在高速行車狀態(tài)下可以留有更多的安全冗余,而缺點(diǎn)就是車頭部分存在盲區(qū),簡單理解就是“燈下黑”。所以在只使用一顆激光雷達(dá)的情況下想要實(shí)現(xiàn)城市領(lǐng)航輔助駕駛更多還是依賴毫米波雷達(dá)+攝像頭感知周圍環(huán)境。
而如小鵬G9、極狐阿爾法S HI則更多針對的是市區(qū)場景。低位的布局方式至少需要兩顆激光雷達(dá),優(yōu)勢在于車頭部分沒有盲區(qū),對于路況條件更為復(fù)雜的市區(qū)道路識別精度和準(zhǔn)確度都要更高。在應(yīng)對一些突發(fā)情況時能有更快的反應(yīng)能力,比如“消失的前車”、“鬼探頭”、“閃現(xiàn)老太太”等等。缺點(diǎn)則是探測距離較短,在發(fā)生碰撞事故時激光雷達(dá)也更易受損,并且多顆激光雷達(dá)產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)量也對芯片算力和核心算法考驗(yàn)更大。
激光雷達(dá)的數(shù)量越多就越好嗎?
從對環(huán)境的感知能力來看,激光雷達(dá)的數(shù)量肯定是越多越好的,可以更全面、更準(zhǔn)確地繪制車身周圍環(huán)境的3D地圖信息。但對整車的駕駛輔助方案而言,激光雷達(dá)數(shù)量越多可能并不是什么好事。
因?yàn)榧す饫走_(dá)只是一個數(shù)據(jù)收集傳感器,并不具備決策和執(zhí)行能力,只承擔(dān)了眼睛的角色。硬件配置只代表了潛力的可能性,而在駕駛輔助系統(tǒng)中,核心算法、芯片算力、感知系統(tǒng)都是聯(lián)動的,是木桶效應(yīng)。
而激光雷達(dá)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù),對于系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)運(yùn)算以及芯片算力都有著極大的考驗(yàn)。所以在算法和算力進(jìn)一步提升之前,盲目增加激光雷達(dá)數(shù)量很有可能會造成適得其反的效果,同時也徒增成本。
寫在最后:
從激光雷達(dá)的產(chǎn)品實(shí)力來看,ET7上的這顆由蔚來和圖達(dá)通聯(lián)合研發(fā)的激光雷達(dá)完全可以稱為目前量產(chǎn)車規(guī)級激光雷達(dá)中的“最強(qiáng)王者”。不僅是全球首款量產(chǎn)的1550nm激光雷達(dá),而且探測距離更遠(yuǎn)、探測精度更高,再配合上其他高性能感知硬件和高達(dá)1016TOS的算力,ET7的硬件水平可以說是非常能打了。
所以現(xiàn)在最主要的問題就是軟件算法要跟得上,否則“寶劍”再厲害,你拿在手里不會耍照樣白搭。希望后續(xù)的蔚來NOP+(高階領(lǐng)航駕駛輔助)甚至是NAD(自動駕駛)不要讓我們等太久,同時也期待蔚來能給我們帶來更多驚喜。
(我們都知道你蔚來的硬件水平能打,可你倒是真的開打?。。?/p>