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自動(dòng)駕駛多傳感器融合大勢(shì)所趨,激光雷達(dá)規(guī)?;b車前夜已至
激光雷達(dá)主要包括激光發(fā)射、接收、掃描器、透鏡天線和信號(hào)處理電路組成。激光發(fā)射部分主要有兩種,一種是激光二極管,通常有硅和砷化鎵兩種基底材料,再有一種就是目前非?;馃岬拇怪鼻幻姘l(fā)射(VCSEL)(比如 iPhone 上的 LiDAR),VCSEL 的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉,體積極小,功耗極低,缺點(diǎn)是有效距離比較短,需要多級(jí)放大才能達(dá)到車用的有效距離。
光雷達(dá)主要應(yīng)用了激光測(cè)距的原理,而如何制造合適的結(jié)構(gòu)使得傳感器能向多個(gè)方向發(fā)射激光束,如何測(cè)量激光往返的時(shí)間,這便區(qū)分出了不同的激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)。
自動(dòng)駕駛兩種路徑殊途同歸,共同推動(dòng)高級(jí)別自動(dòng)駕駛加速落地。當(dāng)前自動(dòng)駕駛正沿著兩種路徑向我們駛來(lái):
一種是以造車新勢(shì)力領(lǐng)銜,傳統(tǒng)車企緊跟的漸進(jìn)式發(fā)展路徑,從高級(jí)輔助駕駛(ADAS)逐漸實(shí)現(xiàn)L3+自動(dòng)駕駛;
另一種則是以百度、谷歌等為代表的科技力量,采取跨越式的技術(shù)發(fā)展路線,直接研發(fā)L4/L5級(jí)別自動(dòng)駕駛/無(wú)人駕駛。
攝像頭技術(shù)成熟且成本低,成為率先裝車且用量最大的感知硬件。車載攝像頭是ADAS系統(tǒng)的主要視覺(jué)傳感器,也是最為成熟的車載傳感器之一。然而由于攝像頭與人眼一樣,屬于被動(dòng)地接收可見(jiàn)光,因此在逆光或者光影復(fù)雜的情況下視覺(jué)效果較差,且易受惡劣天氣影響。
毫米波雷達(dá)受天氣環(huán)境的影響最小,全天候性能最佳。毫米波雷達(dá)與激光雷達(dá)工作原理相似,目前車載領(lǐng)域常用的毫米波雷達(dá)頻段為24GHz、77GHz和79GHz,分別對(duì)應(yīng)短、長(zhǎng)、中距離雷達(dá)。毫米波雷達(dá)由于波長(zhǎng)夠長(zhǎng),繞物能力好,受天氣環(huán)境的影響最小,但同時(shí)由于波長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng),探測(cè)精度大大下降。
激光雷達(dá)精度最佳,滿足L3-L5自動(dòng)駕駛需求:
激光雷達(dá)以激光作為載波,波長(zhǎng)比毫米波更短,因此探測(cè)精度高、距離遠(yuǎn)。激光雷達(dá)還能通過(guò)回收不同方向激光尺的信息,以點(diǎn)成線,以線成面,形成障礙物3D“點(diǎn)云”圖像。
受限于技術(shù)難度大、成本高,目前還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模裝車,隨著未來(lái)產(chǎn)業(yè)鏈的日趨成熟,成本下探后,激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)或?qū)⒂瓉?lái)爆發(fā)。
感知層傳感器性能比較:
多傳感器融合大勢(shì)所趨,激光雷達(dá)必不可少。在自動(dòng)駕駛感知技術(shù)領(lǐng)域,目前主要形成兩大陣營(yíng),以特斯拉為代表的“視覺(jué)感知”和以Waymo、蔚來(lái)、小鵬等為代表的“3D激光雷達(dá)融合感知”解決方案。
前者“輕感知,重算法”,采用低成本的攝像頭進(jìn)行環(huán)境感知,輔以高性能計(jì)算,對(duì)基于視覺(jué)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法算力要求較高;
后者主要依靠激光雷達(dá)創(chuàng)建周圍環(huán)境感知的3D環(huán)境圖,形成“攝像頭+毫米波雷達(dá)+激光雷達(dá)”融合冗余的感知方案。
自動(dòng)駕駛感知解決方案對(duì)比:
盡管純視覺(jué)方案具備一定的成本優(yōu)勢(shì),能夠滿足當(dāng)前L2級(jí)別ADAS感知需求,但隨著自動(dòng)駕駛的逐級(jí)演進(jìn),感知層數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),弱感知將對(duì)芯片的性能和算力提出更高的要求,增加實(shí)現(xiàn)難度。
此外攝像頭本身性能和識(shí)別精度的欠缺(如不能直接給出距離、將三維世界降至二維成像、受制于天氣等)也制約了純視覺(jué)感知解決方案在高等級(jí)自動(dòng)駕駛中的發(fā)展普及。
我們認(rèn)為為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛功能性與安全性的全面覆蓋,傳感器的融合與冗余將成為未來(lái)的主旋律,而激光雷達(dá)作為其中探測(cè)精度、分辨率更高的關(guān)鍵一環(huán),其技術(shù)工藝的不斷迭代成熟,成本的逐漸下探,也將促進(jìn)其在L3及以上車型的規(guī)?;b車應(yīng)用。
各類傳感器需求量逐級(jí)提升