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长城汽车搞定L3的杀手锏!揭秘Ibeo全固态激光雷达,今年上车
2021.01.15
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报道来源:车东西,六毛


长城汽车想做第一个吃螃蟹的人——在全球率先量产纯固态激光雷达!


2020年12月30日,长城汽车举行智能驾驶战略升级发布会。发布会上,长城汽车表示将于2021年实现中国首个配置激光雷达的自动驾驶。


按照长城汽车的说法,新车使用的将是“全球首款能够真正量产的车规级高性能、全固态激光雷达。”它采用业内最前沿Flash技术方案,可实现0.05度角分辨率,识别130米范围内安全隐患,性能是市面上普通无人车机械激光雷达的5倍。


活动现场,长城汽车还直接在演示PPT上打出了“最先进的激光雷达系统”几个大字,可见其底气和自信。


△长城汽车发布会现场


汽车行业并不是第一次有车规级激光雷达出现,法雷奥的车规级激光雷达SCALA早在2017年就实现了量产。但另一方面,SCALA仍旧属于机械式激光雷达,而截至目前车规级纯固态激光雷达量产上车目前还是空白状态。


换句话说,一旦长城汽车承诺兑现,那么这款激光雷达将真正成为全球首个量产上车的车规级、纯固态激光雷达。


那么,这款激光雷达(ibeoNEXT)到底强在哪里?它是不是真正的纯固态?其工作原理是怎样的?经过深入研究和对亮道智能CEO剧学铭的采访,车东西找到了答案。


一、长城要量产全固态激光雷达 识别距离超130米


去年年底,长城汽车专门举行了一场智能驾驶战略升级发布会,在发布咖啡智驾“331”战略的同时,还亮出了自己在车载传感器上的杀手锏——一款号称是全球首个全固态、无任何旋转部件的车规级、高性能激光雷达。


这款激光雷达来自德国激光雷达老牌厂商Ibeo,选装的是纯固态型号NEXT。


长城汽车在发布会上给ibeoNEXT留出了超过1分钟的时间,进行专门介绍。


技术方案上,ibeoNEXT选择的是Flash的技术路线。性能表现方面,它能在1秒内向探测区域发射25.6万个点;同时得益于其全球最高的0.05*0.07分辨率,搭载它的自动驾驶汽车可以在130米距离外,轻松发现散落在地面上的轮胎以及修路用的雪糕筒。


长城汽车智能驾驶总监甄龙豹还表示,除了能够感知微小的物体,这款纯固态激光雷达也能感知车辆、行人、车道线等,让高等级自动驾驶进行更精确地横纵向控制(也就是加减速和转向),从而为驾乘者提供更为舒适的体验。


有关于ibeoNEXT的技术参数,长城汽车未在发布会上做更多介绍。不过,车东西通过官方网站和相关产品手册得到了一些详细数据。


据ibeoNEXT的产品介绍手册,这是一款4D纯固态激光雷达,可输出3D距离信息和1D回波强度信息(含置信度数)。


△ibeoNEXT


简单来说,就是ibeoNEXT除了能够输出X、Y、Z的三维坐标信息,还能够利用能量信息显示环境图像。这个能量信息图与人们常见的黑白照片/视频类似,可以和激光雷达的点云信息配合同步输出。最后,配合车上的摄像头等其他传感器,就能够形成信息冗余。


ibeoNEXT也拥有比较优异的分辨率和视场角表现。其水平和垂直分辨率分别为128像素和80像素。视场角、角分辨率和和探测距离则可以根据远距、中距和短距的不同设计需求来进行调整。


除此之外,它的大小和身份证差不多。相比于传统花盆底式的机械式激光雷达,ibeoNEXT因为体积小,所以会更容易集成到车上,更多可选择的安装位置也方便让装了激光雷达的车变得更美观。


△ibeoNEXT


二、如何实现纯固态?揭秘背后两大关键技术


从前文可以看出,这款激光雷达的性能和参数都很不错,那么最关键的问题是,这款雷达到底是不是纯固态激光雷达,以及是否享有纯固态激光雷达的优点呢?


据了解该项目的激光雷达业内人士介绍,该雷达确实是纯固态雷达。


首先它采用了Flash方案来发射激光——即同时发射一面光出去(比如几十束光)来实现探测,不需要任何旋转部件,这与苹果新款iPad Pro和iPhone12上的激光雷达原理类似。


普通的机械式雷达,激光束是纵向排列的,通过旋转来实现扫描一个区域的效果。


这里需要注意,传统激光雷达的激光发射器是侧向出光,因此激光是竖置排列的。但ibeoNEXT采用了VCSEL垂直腔面发射,所以可组成二微阵列(如下图),从而做成一个矩形的发射阵列。


△ibeoNEXT采用的是连续快闪原理(图源:ibeoNEXT产品手册)


当然,Flash也并不是一项完美的技术,因为一次要打出去几十数百束激光,在激光发射功率一定的情况下,每束激光的能量就会被均摊,进而导致激光的发射距离就会变小,从而影响探测距离。


比如苹果iPad和iPhone的激光雷达,探测距离只有5米以内,而Ibeo是如何让这款雷达则实现最远250米的探测距离的呢?


答案有两点。


首先,该雷达在Flash方案的基础上,采用了区域扫描技术。一次只有一个区域在发射激光,这样就把发射器的能量集中起来了,让每一束激光都射的更远。


其次,该雷达使用了SPAD(Single Photon Avalanche Diode,单光子雪崩二极管)来接受反射信号。因为可以探测单光子,所以即使激光发射的距离很远,反射的信号很弱,也能感应的到。

两者加起来,就让这款雷达实现了最远250米的探测距离(根据反射率不同,探测距离可能更远),从而解决了Flash方案的距离难题。


并且最关键的是,这款雷达的发射端(VCSEL)和接收端(SPAD)设备都已经做成了芯片级部件,再加上一个驱动器和主板,即可做成雷达本体。


最后呢,因为内部没有了精密的旋转部件,并且收发端实现了芯片级设计,所以又解决了过车规的问题,以及成本的问题。


正是这些技术的加持,让长城汽车有了在今年量产ibeoNEXT的底气。


三、量产项目在2018年正式启动


一款激光雷达从产品研发、推出到上车量产,并非一蹴而就。亮道智能CEO剧学铭向车东西介绍了长城汽车激光雷达量产项目的缘起、中间过程以及项目的关键参与企业。


剧学铭表示,该量产项目的正式启动是在2018年。但之前,长城汽车、Ibeo和亮道智能已经做了一些讨论及铺垫的工作,另外前期技术积累本身也已经比较久了。


从参与的企业来看,长城汽车、德国老牌激光雷达厂商Ibeo和目前专注于感知开发和测试验证的亮道智能是这一项目的关键参与方。


其中,长城汽车负责系统集成和功能定义,Ibeo充当了激光雷达硬件以及基础软件的提供商,亮道智能的任务则是负责本地化开发以及整个激光雷达系统在量产前的测试和验证。


而据公开信息,Ibeo除了ibeoNEXT,还将为长城汽车提供控制单元和目标感知软件。当前,Ibeo已委托采埃孚(采埃孚持有Ibeo 40%的股份)来生产传感器和控制单元。除此之外,长城汽车的控股子公司毫末智行是该项目的具体执行方,换言之,长城汽车的L3级自动驾驶系统是由毫末智行来进行的研发。


再从过程看,ibeoNEXT从产品推出到实现真正的上车量产大概要过四关,分别是硬件就绪、软件开发、验证测试以及最后的系统集成。ibeoNEXT目前正处于B样阶段。而按照功能设计,我们今年就会在长城汽车WEY的旗舰车型上看到三个ibeoNETX纯固态激光雷达:一个长距ibeoNEXT,两个安装于两侧的ibeoNEXT。这三个纯固态激光雷达将帮助这款车在高速公路实现L3级自动驾驶。


除此之外,针对车东西提出的针对高速道路场景调校的激光雷达,是否可以直接拓展至城市道路环境这个问题,剧学铭也分享了自己的看法。


在他看来,大家现在对激光雷达寄予了很高的期待,但认为一辆车装上激光雷达之后就能克服所有工况,这是不现实的。


一方面,需要根据自动驾驶应用的具体场景和所需的感知能力,去选择相应的传感器(包括激光雷达在内)配置方案。另一方面,不同的场景应用,对测试和验证的要求也存在差异。


谈及针对于激光雷达系统的智能化测试验证,剧学铭表示现在国内和国外,这都属于比较稀缺的资源。但是要实现激光雷达量产,测试验证又是不必可少的环节。


“一个硬件真正要进行量产供应的话,那在汽车行业里面要遵守一个V模型的开发,V模型左半边是这个产品具体的定义开发,右侧是大量不同级别的测试验证的工作。”剧学铭在采访时说道。


结语:激光雷达行业迈入发展快车道


国内外激光雷达产业正在加速发展,激光雷达企业扎堆上市是这其中非常典型的一个表现。截至目前,Velodyne、Luminar已先后完成上市,禾赛科技提交了招股书,此外,Quster、Aeva、Innoviz等公司也表现出了上市的意愿。


与此同时,激光雷达产品开始迈入上车量产前夜。除长城汽车外,宣布了要在今年量产激光雷达的至少还有一个小鹏汽车。


整个汽车行业正头也不回地迈向智能化和数字化。而在这行业浪潮当中,位于下游的激光雷达产业也将迎来一个全新的阶段。




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