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7年做一个激光雷达,真正实现L4自动驾驶可能还需要10-15年(视频)

[ EV知道 实验室 ]

2021年是“十四五”规划的开局之年,我国新能源汽车产业发展进入新的阶段。回顾2019年,新能源汽车市场因补贴退坡下滑明显。2020上半年,受新冠肺炎疫情影响,行业迎来新一轮洗牌,下半年在国家到地方利好政策刺激下,市场开始逐步回暖。

随着国内疫情的稳定,今年车企发展逐步回归正轨,其实2021年又被称为高级自动驾驶上车的元年,而若要实现高级自动驾驶离不开激光雷达的应用。那么,激光雷达应用的难点在哪,目前市场是否具备大规模应用的条件等一系列问题尚未得到解决。

本期EV知道编辑团队有幸采访到法雷奥相关负责人。法雷奥目前是市场上唯一一家量产车规级激光雷达的供应商,截止目前,已经生产并交付超过12.5万颗激光雷达,性能更高的第二代激光雷达今年也将量产。

该公司早在1994年进入中国以来,法雷奥一直恪守“扎根中国、服务中国”的原则,致力于为客户提供合适的技术。如今,就销售额和员工人数而言,法雷奥中国已成为法雷奥集团最大的单一国家,在中国拥有35家工厂,12个研发中心和近19,000名员工。2020年,法雷奥中国主机厂配套销售额达20.82亿欧元,同比增长7%,超出市场表现14个百分点,占集团主机厂配套销售额的15%。

受访者:法雷奥中国首席技术官顾剑民

专访视频1:

问题:1:今年,多家车企宣布将量产激光雷达车型,但从产品测试验证周期来看,落地速度没有那么快,您对此有着怎样的看法?

顾剑民:这的确是值得我们关注的现象,有很多的车型已经发布了,在今年下半年或者明年,纷纷会搭载激光雷达上市。但是说到今天为止,法雷奥还是行业内唯一一家量产的车规级激光雷达的企业。为什么这么说?激光雷达上车,验证测试整个过程会非常长的,原因很简单,因为大家知道激光雷达,是对自动驾驶一个非常重要的传感器。在这个过程当中,激光雷达的开发流程是非常长,我们今天刚刚提到的验证测试过程是非常长的一个历程。举最简单的例子来说,车规级是大家经常听到的一个词儿,这个车规级里面包括各种测试的项目,比如说是温度,如果具体谈,那就是零下40度到零上85度的这样一个工作区间温度区间。真正的挑战,大家知道激光雷达是在一个密封的空间当中,所以要保证在零上105度情况下,激光雷达不一定能工作,但是它至少在这个环境当中,能够不会出现大的故障,所以这个区间是非常大的。我们刚才说到高温是一个问题,还有高低温的冲击、振动,这也是一个需要设计当中,或者验证当中反复测试的。除了这以外,还有EMC电子干扰,还有很多散热的这些测试,所以这个流程是会很长。除了这些问题以外,还有大家可以看到,我们很多时候激光雷达的一些所谓的性能,数据比较容易理解,但是在真正使用过程当中,这些数据的确是有一些挑战的。

比如我们的激光雷达在不同车之间的干扰,就是多雷达的干扰,这是在测试当中需要反复来验证的。还有一些强光的反射,强反射率的物体的探测,包括近场的激光雷达是不是能有盲区,还有一些具体的天气状况或者路面状况。举一个简单例子,如果在路面上有一滩积水,对我们激光雷达的探测会不会有影响。所以这些工况,这些测试都要一一做。大家可能没有注意到另外一个,我们的激光雷达上车以后,它对目标的探测识别,需要大量的数据积累,我们要上车以后进行算法的开发和测试,这也是一个非常漫长的过程。所以,除了硬件开发验证以外,还有软件算法的开发和验证,所以这一套过程下来,是一个非常漫长的历程。我举一个简单例子,我们的法雷奥SCALA第一代激光雷达,从我们所谓的POC项目立项开始,到最后上车搭载SOP,真正花了7年时间,可以说是7年磨一剑,7年做一个激光雷达,是的确不容易的事情。

问题2:目前,如何突破L3级自动驾驶瓶颈,成为众多企业的新课题,激光雷达在此扮演怎样的角色?

顾剑民:我们一直认为激光雷达是自动驾驶,L3就是三级自动驾驶或者三级自动驾驶以上所必须要有的一个重要的传感器。原因也非常简单,激光雷达是我达到感知融合和安全冗余的一个重要的零部件或者一个传感器。大家知道在L1或者L2就是一级或者二级自动驾驶还是驾驶辅助,它其实不是真正的自动驾驶,只是在系统帮助驾驶员来安全的驾驶。所以,真正的操控权、驾驶的责任还是在驾驶员,不应该把眼睛离开前方的道路,手离开方向盘,这是法规规定的。但是到了L3,就是我们所谓的人机共驾,L4就是高度自动驾驶,从定义上讲,就是在L3这个系统,某些工况下,人就不需要去看前方的道路,或者是手不需要在方向盘上面。L4就是说在任何工况下面它都是自动驾驶,如果发生了一些意外需要接管,其实不需要驾驶员接管,是车辆会自动行驶到一个安全的路面,减速或者停下来。所以在这种情况下,大家可以看到感知这些功能是非常重要的,它是要让车辆安全自动驾驶的一个前提。我们也可以看到在车辆上面,现在的驾驶辅助系统,比如我们用的是摄像头或者是毫米波雷达,其实这些传感器都有自己的优缺点,当然激光来讲也一样。但是如果只有毫米波雷达或者是摄像头,它们在某些工况下会有一些所谓的障碍物无法看见识别或者识别失误的一个工况。在这种情况下,这也是为什么L1或者L2驾驶辅助系统,我们要求驾驶员始终眼睛注视前方,其实这是什么原因?也就是说在L1或者L2系统下面,我们用驾驶员的眼睛做作为一个感知的所谓的融合或者是安全冗余,也就是说让驾驶员来做一个支持。

到了L3系统以后,因为我刚才讲到了 L3本来就不需要驾驶员始终注视前方,这个时候怎么来确保感知的融合或者是安全的冗余?就需要激光雷达,相比于摄像头或者毫米毫米波雷达,它有一些优点,比如说它在探测远距离情况对障碍物识别,形状的判断,是远超于刚才说的摄像头和毫米波雷达。所以可以说在这种情况下,它可以起到一个感知的一种互补。所以这也是为什么我们可以看到在之前的一些交通事故当中,相信大家在新闻里面也听到有些我们的终端,可能没有正确地使用L1或者L2系统,导致了一些安全事故,甚至是车毁人亡的事故。这种情况下,我们也可以看到如果有激光雷达,能够减少这些事故,当然这些车辆还是L1或者L2系统。今后可以看到,接下来有很多的L3系统的车辆马上要上市,甚至一些L4的系统的车辆也在研发当中。我们认为激光雷达,它是一个非常重要的必要的零部件,作为一个传感器,来支持自动驾驶系统的开发。

专访视频2:

问题1:在推动自动驾驶技术进步这条路上,曾有两条不同的路径选择,一个是直接切入L4级自动驾驶,另一个则是选择L1-L5级的渐进式发展路线。目前这两种路线发展现状如何,您更倾向于哪条路线?

顾剑民:的确,您说得非常对,我们可以看到在业界有两类技术路线。如果从大的方面来分,一类是更多的是我们的传统的车企,我们生产乘用车和私家车的这些车企,它的自动驾驶走的路线是从L1、L2,逐渐到L3、L4循序渐进的一个过程。所以在这个过程当中,大家可以看到很多的量产的车辆,已经达到了L1、L2的系统,我们现在已经往L3、L4的方向发展。同时另外一类就是以出行服务商,比如说像我们国内的滴滴,或者国外的Waymo,还有一些初创企业科技公司,他们一开始就做 L4,甚至还有一些今后的目标就做到L5,我们可以说是一种跨越式的形式。我觉得这两种技术路线,或者是商业模式,都有存在的合理性。如果大家仔细想想,背后它的一个根源,就是怎么来把自动驾驶商业落地。其实这是两种商业模式,都是潜在的落地的一个形式,最后哪一种形式更早落地、或者更容易落地,我相信我们仁者见仁,智者见智,到现在我们还没有一个确切的的目标。大家可能若干年以后,会有这样一个答案,但是我觉得,首先我们法雷奥,作为一家汽车零部件供应商,对于这两种技术路线和两种客户,我们都有相应的产品或者系统,就是给予支持。第二,我觉得这两种技术路线,其中也是有很多的它的各自的原因或者合理性。

刚才讲到的我们的出行服务商,为什么一上来就做L4或者L4以上的自动驾驶,道理也很简单。对出行服务商来讲,比如像滴滴、Waymo这些科技公司,它的目标是什么?打造我们所谓的叫Robotaxi就是自动驾驶出租车。大家知道在出租车当中,相当一部分的成本,就是我们的驾驶员人力成本,尤其是在一些发达国家,人力成本已经占了运营成本的一半以上。如果能把这一块人力成本去掉,我相信它的盈利就非常明显。所以反过来讲,它也有足够的经济的动力,就是盈利的动力来驱使它,能够用一些自动驾驶的硬件也好、软件也好、系统也好,它有这样一个支持。所以我觉得在这种情况下,商业模式能够支撑它这种价值。另外一面,如果我们是看私家车,因为有各种原因,刚才也提到了,比如说法规的原因,我们现在还没有办法让L3或者L3以上自动驾驶到公共道路进行驾驶。同时大家也知道,任何的自动驾驶的系统,不管硬件还是软件它都有成本,所以如果让私家车的车主,就是我们的终端用户,花很多的钱去选装或者购买有自动驾驶系统的车辆,这个的确承受能力,或者是他们愿意支付程度有多大,我们现在还不清楚。当然有些我们所谓的调研,我们采访了一些客户,到底愿意花多少钱来购买一辆有自动驾驶系统的车辆?

我相信不同的国家,不同的市场有不同的答案。但不管怎么样,我相信有一大部分车主可能目前还不感兴趣,或者是还没有这样一个花真金白银去购买这种车辆的意愿。所以在这种情况下,我们的整车厂它也会在犹豫,到底我们要花多少钱,去加装这样一个自动驾驶系统。这也是反过来讲,我们为什么私家车,或者是我们传统的整车企业在自动驾驶上面,它相对来说比较保守,从L1、L2逐渐的循序渐进地进入到L3,L4是有这一部分的原因的。我觉得这两种技术路线,从长远来讲都是合理的。我们也可以看到,除了这两种技术路线以外,还有一些所谓的在这两种技术下面的一些分支,比如我们刚才说到的一些出行服务商,其实除了出行服务商以外,还有一些比如说物流、港口、矿山这些企业,这些场景下面它的自动驾驶,我们叫有限的场景下面,封闭环境场景下的L4的自动驾驶,某种程度上已经完成了量产,我们已经在真正使用了。大家可能知道在矿山有很多的矿车,在这种环境下,因为没有交规,也没有很多其他的交通使用者,参与这种环境下面的这种自动驾驶其实已经完成了。所以,我们觉得最后还是看自动驾驶怎么真正落地,完成了一个盈利的闭环的模式,这是我们真正感兴趣的。在这种情况下,我们有相应的技术和产品来支持,不管是我们真正的所谓的L4跨越式的这种模式,还是L1、L2到L3、L4的这样一个循序渐进的模式,我们都可以支持。

专访视频3:

问题1:按照测距原理来划分,激光雷达可以分为机械式、混合固态和固态三种产品形态。就现阶段而言,各技术路线优劣势不同,能否向我们介绍一下?

顾剑民:的确,激光雷达到今天为止,我们可以大的分类来说,有机械式,还有混合固态或者叫半固态,还有一种叫固态的,激光雷达三大类。当然每一类的激光雷达都有它的优缺点。相对来说,我们觉得在目前的情况下,哪种激光雷达在市场上更占多数或者是更普遍?简单的讲,机械式,就是我们在激光雷达当中,它的激光雷达的收发模块和所谓的扫描模块,都是在运动的,都是在做360度的运转,高速旋转。大家可以看到在市场上,特别是后装的激光雷达,像一个花瓶一样的圆柱形的这种形状的激光雷达一般都是机械式,这是一种。第二种就是刚才说的半固态或者叫混合固态,也就是说激光雷达的激光的收发模块,它是固定的不动的,但是它的扫描模块、扫描装置,可以是一个棱镜,也可以是一个转镜它是在旋转的,这个叫半固态。还有一些激光雷达基于MEMS技术的,叫微振镜,微振镜是一些小的微镜,在高速地围绕它的直径上下在振动,它也是我们通常讲的混合固态的激光雷达。这些激光雷达相对来讲,是有一些已经在前装市场,比如说我们法雷奥的第一代激光雷达,第一代SCALA激光雷达,它就是刚才说的转镜式的混合固态激光雷达,已经在奥迪的好几个车型上已经前装量产。

第三类是我们刚才讲到的固态,纯固态激光雷达。从大类上来讲有两种技术路线,一种是Flash技术路线,还有一种OPA,通常讲的相控阵的激光雷达,这两种或者说Flash、OPA激光雷达里面,它是没有运动部件,所有的这些部件都是芯片,或者是它纯固态的这种形式出现的,所以我们叫纯固态的激光雷达。一般来讲,机械式到半固态到固态,这是一个激光雷达的发展的趋势,或者是一个大的方向。当你的运动部件减少以后,首先过车规级相对容易一些,因为大家知道在车内在不同的环境,比如说温度震动冲击的环境下面,你有高速运动,旋转的话,相对来讲对耐久对可靠性会有一些影响,不管是从设计还是验证测试,都是有影响的,这是第一。第二,当我们的激光雷达从机械式到固态,半固态到固态,我们可以把激光雷达的体积越走越小。所以,这也是我们刚才说到的这些大的花瓶,在汽车顶上的激光雷达,它是纯机械式的,但是,这些激光雷达如果把它要装到车内,就很难,因为它是一个非常大的装置。但是我们看到的像半固态或者纯固态,最小的激光雷达我们可以做到像一个名片盒大小,这样就非常容易布置,这是第二个体积的影响。

第三个,我们也觉得在成本上面,也会有非常大的影响。机械式刚才说到的不光是车规级,对振动冲击,它会有一些相对比较难的问题存在。除此以外,因为机械式的激光雷达,比如说多线的激光雷达,它会有多个激光的收发模块,这种情况下在真正的激光雷达下线,我们叫calibration或者叫所谓的匹配过程当中,你要一一的进行calibrate匹配或者是调试,这样对激光雷达的生产的过程周期,会有非常长的影响,成本也会相应的提高。半固态到固态,这些问题都不存在,特别是纯固态,因为它是芯片直接收发激光雷达,这些所谓的匹配调试就不需要,我们可以看到,成本从机械式到半固态到固态,也是处于一个下降的一个趋势。最后一个是因为体积的原因,我们的机械式很难做到前装,因为没有一个前装的客户,包括乘用车企业或者我们终端客户,能够接受装在车顶的那样大的一个花瓶式的激光雷达。但是半固态或固态,它可以非常容易的就把激光雷达融入到汽车的造型当中。我可以布置在挡风玻璃后面,也可以布置在发动机进气格栅下方,甚至布置在保险杠的下方,所以这样造型就会没有任何影响。所以这也是我们可以看到的,激光雷达的一个演进过程当中,我们的这样一个潮流:从机械式到半固态,最后到固态,这是一个大的趋势。

专访视频4:

问题1:在今年上海车展,法雷奥发布一系列重磅产品,据了解,目前法雷奥仍是市场上唯一一家量产车规级激光雷达的供应商,截止到目前,已经生产并交付超过12.5万颗激光雷达,性能更高的第二代激光雷达今年也将量产,能否向我们介绍一下这些新品以及第二代激光雷达的产品特点?

顾剑民:在今年的上海车展,的确我们法雷奥发布了一系列新产品,激光雷达是其中一个产品而已。您刚才讲到的我们的SCALA第二代激光雷达,今年将会在一款欧洲的豪华车型上面量产,这款车型将会具备L3自动驾驶的能力。非常有趣,因为在欧洲,德国和英国相继修改了他们的法规,也就是有条件允许L3以上的这种驾驶车辆在公共道路上驾驶。所以我们认为 L3自动驾驶系统,也可以真正的对我们终端客户开放,到时候大家也可以去体验一下。这一款欧洲的豪华车型搭载着法雷奥第二代激光雷达,相比第一代激光雷达,第二代激光雷达有些哪些提升呢?首先我们的垂向视角增加了三倍以上,大家知道垂向视角增加了以后,其实对远端的障碍物的识别是有非常大的提升。这款激光雷达的探测距离,有效探测距离是200米,比如说是黑色的车辆,就是反射率10%左右的车辆,有效探测距离是150米。对行人对其他障碍物的探测距离,也是随着障碍物的大小有不同的这样一个变化。但是我们的激光雷达整个它的体积,包括刚才说的重量都是跟第一代差不多,所以它也非常容易能够布置在像发动机进气格栅的下方,或者是车头的其他部位,融入到造型当中非常容易布置,它的成本和第一代激光雷达也是相似的。应该这么讲,所有在其他的各个因素基本上不变的情况下,它的垂向视角增加了3倍,从原来的4线的激光雷达提升到16线,这是我们相比第一代最大的提升。

而且,这款激光雷达是我们今后除了这一家欧洲的豪华车型以外,还会有其他的车企应用。我们公开的信息是说到今天为止,我们的激光雷达已经拿到了4个国际品牌的整车企业的订单,订单总量达到了5亿欧元,相当于6亿美元左右,这是个非常大的量。除了这次我刚才讲的我们的第二代的SCALA激光雷达以外,我们还同时发布了另外一个款激光雷达,是我们叫NFL即近场的激光雷达。大家也许不是很清楚,激光雷达首先要看得远,但是并不是只要看的远,有很多时候大家也可以发现,比如在城市道路工况,比如说在一些低速驾驶的过程当中,我们周围的行人或者是其他的一些障碍物,它们的距离是很近的。我们既要看远也能保证看近,所以我们又开发了一种,我们刚才说的近场激光雷达 。它有效探测距离是在30米左右,但是它的最近的探测距离可以达到厘米级,也就是说在几个十几厘米以内,它还可以非常准确的看到我们的障碍物,没有盲区。这样在某种程度上,它可以替代这些摄像头,甚至超声波雷达的一些功能,这是另外一个我们正在开发过程当中的一个激光雷达。所以我们在今年的上海车展上面,实际上我们在公共展区,我们第一次公开的展示了我们的近场激光雷达,有很多的客户或者合作伙伴也是非常感兴趣,对这款激光雷达。相比我们的第二代激光雷达就是SCALA的激光雷达,这一款近场激光雷达它的体积更小,它可以更容易的布置在车辆的各个方位各个位置上面,所以这个也是我们今年上海车展给大家带来的新技术之一。

问题2:接下来法雷奥在中国市场有着怎样的计划和产品布局,在自动驾驶方面,您预计多久能达到L4阶段,距离L5阶段还有多久?

顾剑民:我们的策略一直没有变化,我们始终为我们客户提供相应的硬件和软件。我们是一家汽车零部件及系统集成供应商,我们也是一家科技公司,为客户的自动驾驶和驾驶辅助提供相应的产品系统,其中包括硬件和软件,激光雷达肯定是其中的一个产品。您提到的 L4甚至L5什么时候能够真正实现?的确,这是一个非常热的问题,我相信我们的行业内的专家,对这个问题的解读也有不同的答案。首先,引用一些数据,大家知道麦肯锡是一家咨询公司,去年它有一个报告预测,他们认为L4自动驾驶在公共道路上,没有任何场景限制,能够开放给我们的终端用户的这种自动驾驶真正量产需要等到2030年甚至2035年,也就是他们认为到10年或者15年以后才能真正实现自动驾驶。这是麦肯锡的一个报告,它的预测,其他的不同的专家或者是不同的媒体,也有不同的解读。我个人的观点认为,就是说自动驾驶,特别是L4自动驾驶,如果在没有任何场景限制,在公共道路上能够让我们的终端客户应用的,这个可能需要很长的时间,到底需要10年还是15年,目前也没法真正的判断。

但是,如果是有限的场景下面,我们刚才讲到的,比如说我们叫Geofence,就是所谓的地理围栏情况下面的L4自动驾驶,比如说在矿山、矿区、港口、物流园区这些的L4的自动驾驶其实已经实现了,已经量产了。很多时候我们也可以看到,比如刚才说的矿区里面的矿车在不断的运营,这是无人驾驶的,这个事情就可以实现的,我们要看到这一点。另外一点,就是我们可以提到的,这也是最近的一个趋势,从特斯拉、蔚来和小鹏开始,他们就提供了一种系统,叫NOA, NOP, 和NGP,翻成中文就是叫领航驾驶辅助。在这个系统里面,我们的用户可以尝试使用一些L3甚至L4的功能,这些功能已经开放给用户了。但是车企在系统开放的过程当中,它一直提醒用户,你还是驾驶的责任主体,也就是我们的驾驶员,还是要把眼睛注视前方,手在方向盘上面,所以这样就是功能开放了,但是责任还是在驾驶员。某种程度上它可以规避了法规的限制,我觉得这是一种尝试,可以让用户提前享受到L4类似的功能,同时让车企避免了陷入一种法规的陷阱或者困境也好。所以,这种是我们目前看到的一些新的潮流或者趋势,我这里也需要提醒大家一点,无论是NOA还是我们各种的领航驾驶辅助系统,其实本质上还是L2的系统,所以在使用过程当中还是需要注意安全,始终眼睛要注视前方,要控制方向盘,这个是我们需要看到的。

到今天为止,我们可以看到,刚刚谈到了很多激光雷达,其实除了激光雷达以外的其他的产品技术,我们也看到了类似的一个趋势,也就是汽车行业内,我们现在也看到越来越多的新的势力、新的科技公司加入,对我们来说我觉得这是一件好事,说明汽车行业已经不是一个夕阳工业,而是一个朝阳工业。我们越来越多的合作伙伴,我们叫生态圈的伙伴也好,我们叫友商也好,这是一个好的现象。法雷奥我们一直秉持着这样一个概念,我们希望能够跟生态圈内所有的这些伙伴进行双赢或者共赢的合作。我们也在共同服务我们的客户,从原来的传统的整车企业到造车新势力,到最近有更多新出行的这些企业或者科技公司,这都是我们潜在的服务的对象或者客户,我们愿意跟他们一起合作。而且在这个过程当中,可以看到我们的产品和技术,其实除了传统的车企以外,很多包括激光雷达,我们都可以应用到一些新的出行科技公司或者是出行服务商上面。所以这也是我们的一个理念,就是我们基于技术平台打造的一些高科技的或者是一些产品,可以同样地适用于不同领域的客户,这是我们在今年车展上面强调的一点。我们可以看到,在今年车展上面,我们进行交流的很多这些客户或者合作伙伴是已经不是传统的车企。

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