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                關于固態激光雷達在低速無人駕駛場景應用的三大疑問

                作者:admin 來源:園區無人駕駛 發布時間:2021年09月06日

                [摘要]固態激光雷達在低速無人駕駛領域,是否真正具備走向批量化應用的能力?

                [關鍵詞]無人駕駛 自動駕駛 智能汽車 激光雷達

                相對于無人駕駛乘用車因為安全、道路法規以及責任歸屬等問題導致的尚不明朗的商業化之路,特定場景的低速無人駕駛應用正在快速推進。

                末端配送場景,美團、阿里、京東等各大電商平臺的無人配送小車已開始常態化運營,且均表示2021年計劃投放幾百臺到上千臺的無人配送車,未來3年計劃投放車輛數超過萬臺。港口領域,天津港、寧波舟山港等國內大型樞紐,無人集卡也已經上線應用且商業模式靈活清晰。礦區,國內神東布爾臺煤礦、白音華二號露天煤礦、黑岱溝露天煤礦等多個煤礦均已開展無人駕駛測試。此外,在機場、園區、景區等場景,無人牽引車、無人環衛車、無人小巴等產品測試及應用規模也在逐漸增多。

                可以說,低速無人駕駛正處于規?;瘧们耙?,在逐漸從量變走向“質變”,但需要注意的是,任何行業的發展都有賴于產業鏈上下游的協同,低速無人駕駛批量應用的關鍵,還在于成熟的供應鏈體系,尤其是作為核心傳感器的激光雷達,其產品成熟度及成本等都對低速無人駕駛落地應用至關重要。

                激光雷達種類繁多,當前業內常用的分類方式主要是根據雷達內部有無機械旋轉部件來定義的,大致分為三種類型:機械式、固態、混合固態。

                傳統的機械式雷達應用時間久,技術更為成熟,是當前行業應用的主流,但受制于結構特點,在使用壽命及成本方面難以突破。在自動駕駛實驗室階段,由于需求量不大,應用端對于激光雷達的壽命及成本要求度不高,機械式激光雷達基本能夠滿足這一階段的需求,但從是實驗室走向批量化應用,產品的使用壽命、成本甚至外觀等因素成為企業不得不考慮的問題。

                伴隨著傳統機械式激光雷達漸漸不能滿足自動駕駛規模落地的需要,區別于傳統機械旋轉方式的固態激光雷達路線開始受到關注。相比機械式激光雷達,固態激光雷達取消了復雜高頻轉動的機械結構,耐久性得到了巨大的提升,體積也可以大幅縮小。

                從產品設計的角度而言,固態激光雷達基本避免了目前機械式激光雷達存在的問題,但固態雷達也有不足之處,例如視場角小、技術不成熟、上游零部件供應問題等等。那么,固態激光雷達在低速無人駕駛領域,是否真正具備走向批量化應用的能力?新戰略低速無人駕駛全媒體特別邀約了新銳激光雷達供應商探維科技的CEO王世瑋及市場負責人王雨晴,就當前固態激光雷達在低速場景應用的一些疑問進行了深入交流。

                問題一:性能是否能滿足需要,替代機械式雷達

                王雨晴表示:“在探測距離、分辨率、精度等具體性能方面,我們要保證客戶用固態產品替換機械式雷達后,不僅能夠維持原來產品的參數,而且能夠更加優化,這個是客戶的一個硬性需求。”

                目前,固態激光雷達相對于機械式雷達的優勢主要在于固態的結構設計使激光雷達更加穩定的同時有助于節省系統內的裝配空間,使其達到極小的尺寸,由于尺寸較小,固態雷達可以更好的地集成到車輛中。但具體到不同的性能指標方面,固態激光雷達是否具有優勢?

                激光雷達主要性能指標可以分為:探測距離、探測精度、視場角以及使用壽命。

                探測距離方面,目前一般的固態式激光雷達能夠做到的最遠距離大概在200m左右,不過在低速無人駕駛場景,大部分對于探測距離的要求并不高,一般10-50米即可滿足,固態式雷達的探測距離完全能夠滿足低速場景的需要。

                探測精度方面,比較成熟的固態方案大部分可以做到厘米級,與機械式激光雷達差不多,事實上,在低速領域的某些場景,如礦區及無人配送等,對精度的要求也并不高,固態方案也能夠滿足需要。

                視場角方面,半固態式和固態式激光雷達往往最高只能做到 120°的水平視場掃描,機械式則能夠做到360°,這方面固態與機械式的差距較大。

                使用壽命方面,由于現有的固態激光雷達大部分都是針對車規級市場,所以在產品的穩定性和可靠性方面都做了大量的適應性設計,例如探維科技產品設計壽命在2萬個小時以上,這是遠遠高出于機械式方案的。

                綜合來看,性能方面,目前限制固態激光雷達應用最主要的是視場角問題。機械式激光雷達主要通過電機帶動光機結構整體旋轉,可實現 360°掃描,但半固態式和固態式激光雷達最高120°的水平視場掃描,如何保證車輛實現360°的感知探測?

                固態廠商們給出的方案是“拼接”。

                以探維科技為廣汽豐田-星航機電汽車搬運AGV提供的激光雷達解決方案為例,在方案中,AGV的正前方以及左右兩側分別安裝了一顆探維16線三維固態激光Tensor-Pro,Tensor-Pro基于微振鏡掃描的技術路線,能夠對周圍目標物進行TOF測距,生成帶有位置深度信息的三維點云,實現對周圍環境的快速、精確感知。通過三顆Tensor-Pro的拼接,使該汽車搬運AGV實現了360°掃描以及高精度的地圖構建與精準定位。


                探維Tensor-Pro性能參數

                王雨晴介紹道:“事實上,拼接方案在某些應用場景相比于機械式會更有優勢,例如室外的重載AGV,這類平板式搬運類型的車體,激光雷達只能在車輛下面安裝,對于機械式雷達而言,也會存在掃描盲區,也需要多個產品的拼接,這樣相比,固態雷達的體積小,拼接方案會更加靈活,同時成本優勢也會更大。”

                近期,天津朗譽推出的首臺5G+北斗導航室外無人駕駛AGV上也搭載了兩顆探維的Tensor-Pro固態激光雷達,在前后兩端完美嵌入車身。該款AGV內置了GNSS定位模塊、3D激光、2D激光、毫米波雷達、車載攝像頭等相關模塊和傳感器,同時集成導航系統對靜止或行駛中的AGV所搭載的各個傳感器提供輔助動態信息,使得AGV空間位置和姿態信息的解算更加精確和高效。其中,Tensor-Pro主要用來做感知及避障。“由于室外AGV運行的場景比較空曠,所以對探測距離的要求會比較高一點,目前我們這款Tensor-Pro的最遠探測距離在200m,也完全能夠滿足需求。”

                問題二:成本是否真的具備競爭優勢

                根據新戰略低速無人駕駛全媒體調研顯示,當前大部分低速無人車傳感器配置方案中,激光雷達成本占比超過60%,有些甚至達到70%-80%,從成本的角度而言,激光雷達對整車價格影響甚大,因此,激光雷達價格也是影響當前企業選型的關鍵。

                前面提到,拼接方案解決了固態激光雷達的視場角問題,但隨之而來的是企業對固態方案性價比的質疑。畢竟,在拼接方案中,至少需要3臺固態激光雷達才能達到一臺機械式激光雷·達的效果,從產品單價角度而言,固態雷達價格低于機械式毋庸置疑,但在機械式雷達價格也在持續下降的當下,多臺固態激光雷達成本與單臺機械式雷達相比,真的具有競爭優勢嗎?

                探維科技的回答是“有”。

                “在技術路線選擇和產品設計之初,我們所追求的核心理念之一就是成本控制。我們目前各系列產品都是基于自主設計的專用芯片和高速電路系統,在方案中堅持避免使用價格昂貴的進口器件,此外,再加上合理優化的光學方案,就可以避免復雜的人工裝調過程,因此在成本方面會更具優勢。以Tensor-Pro為例,批量化后三顆組合價格也會明顯低于一般的16線機械式雷達。未來,伴隨我們量產能力的進一步提升,價格也還會有下降空間。”王世瑋表示。


                探維科技Tensor-Pro系列

                探維方面認為,不管是低速無人駕駛還是開放道路乘用車,走向批量化應用的過程中,成本一定是非常重要的一部分,固態激光雷達在成本方面具有先天優勢,后續伴隨著整個產業鏈的成熟,尤其是激光雷達供應鏈的國產化,價格還會持續下降。

                問題三:量產實現還有多遠

                在性能能夠滿足需求及成本具有優勢的基礎上,伴隨著低速無人駕駛批量化應用,固態激光雷達能否實現量產來滿足日漸增多的市場需求?

                事實上,當前國內已經有一些固態激光雷達廠商實現了量產并在不斷提高量產能力。

                “2020年上半年,我們就已經完成了激光雷達產品組裝產線的建設,順利開發、調試和驗證了激光雷達批量化組裝、標定和測試的流程,在行業內率先實現了固態激光雷達的量產出貨。”王世瑋表示。

                Tensor系列用于車輛感知與識別

                探維為何能如此快速量產?王世瑋介紹:“從技術路線來說,我們的固態產品是光學集成上采取了單軸微振鏡結合單組激光收發的方案,在提供多線激光掃描功能的同時,保證了產品良好的穩定性,這種方案不僅使光學掃描簡單化,還能提高產品的組裝效率。同時,我們始終在堅持核心器件的陣列化、集成化和芯片化,并基于這一目標自研了市場上最可靠的激光雷達ALS技術平臺。無論是探維在售的16單元和64單元產品,還是后續即將推出的128單元產品,都可以在核心收發模組、掃描器件、信號處理算法、仿真工具鏈以及生產組裝標定流程等方面通用,這也進一步降低了雷達的量產難度。”

                據了解,目前探維正在建設其新一代的車規級固態激光雷達產線,設計產能在10-20萬臺。

                作為當前固態激光雷達市場眾多技術路線及企業的代表之一,探維科技對于固態激光雷達在低速場景的應用給出了自己的方案跟解答,盡管目前機械式仍舊是行業應用的主流,但相信,在更多相關廠商的努力下,固態激光雷達的未來一定能夠從設想走向現實。

                 
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