LiDAR技術(shù)能否成就自動(dòng)駕駛的高可靠性

　　據麥姆斯咨詢(xún)報道，自20世紀60年代以來(lái)，激光雷達(以下簡(jiǎn)稱(chēng)LiDAR)就已經(jīng)成為一種成熟技術(shù)。早期應用包括建筑和考古用途的測繪，美國宇航局(NASA)第九次載人登月任務(wù)阿波羅15號(Apollo 15)也使用了LiDAR技術(shù)來(lái)繪制月球表面圖。但是直到千禧年之初，LiDAR才引起汽車(chē)行業(yè)的關(guān)注。LiDAR具有連續和高精度3D掃描的潛力，對參與早期自動(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)發(fā)的廠(chǎng)商而言具有很大的吸引力。

　　自此之后，該技術(shù)得到改進(jìn)，頂部安裝的LiDAR已經(jīng)成為Waymo等公司在公共道路上進(jìn)行自動(dòng)駕駛測試的常規“模樣”。但是LiDAR系統還沒(méi)有進(jìn)入大規模量產(chǎn)，單個(gè)單元的成本為75000美元。成本問(wèn)題意味著(zhù)關(guān)于LiDAR是否能在汽車(chē)行業(yè)占有一席之地的爭論仍將繼續。持續冷落這項技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)聲來(lái)自于特斯拉(Tesla)的首席執行官Elon Musk，2015年的新聞發(fā)布會(huì )上，他認為L(cháng)iDAR非必要技術(shù)，2017年繼續聲稱(chēng)特斯拉可以在兩年內通過(guò)更便宜的傳感器組合，例如雷達和攝像頭，實(shí)現L5級自動(dòng)駕駛。

　　可以預見(jiàn)的是，特斯拉首席執行官的意見(jiàn)已經(jīng)引起一些人的強烈反對，包括通用汽車(chē)公司(GM)自動(dòng)駕駛汽車(chē)集成總監Scott Miller在2017年末表示“特斯拉首席執行官對自動(dòng)駕駛的說(shuō)法是‘一派胡言’”。

　　LiDAR對自動(dòng)駕駛至關(guān)重要

　　LiDAR技術(shù)開(kāi)發(fā)公司Luminar Technologies的聯(lián)合創(chuàng )始人兼首席技術(shù)官Jason Eichenholz表示，對LiDAR技術(shù)的爭論將告一段落。Eichenholz強調道，“真正的自動(dòng)駕駛絕對需要LiDAR技術(shù)”，Luminar公司的LiDAR技術(shù)被證實(shí)將出現在豐田(Toyota)平臺2.1版和3.0版自動(dòng)駕駛測試車(chē)上。Eichenholz提到，“一旦自動(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)始脫離封閉道路并進(jìn)入真實(shí)道路，它們就必須擁有‘5個(gè)9’(99.999%)的可靠性。因此LiDAR技術(shù)是必不可少的。攝像頭和雷達面對現實(shí)駕駛場(chǎng)景的邊界情況，缺乏及時(shí)做出反應所需的性能，汽車(chē)周?chē)膱?chǎng)景需要像人眼一樣能夠以3D模式進(jìn)行觀(guān)察?！?/p>

　　Eichenholz所說(shuō)的邊界情況指的是在道路上可能自發(fā)產(chǎn)生的意外情況，如從兩輛停放的汽車(chē)之間走出一個(gè)小孩，因道路工程關(guān)閉一條車(chē)道，一輛半掛車(chē)噴漆成與駕駛員前方天空一樣的顏色，2D掃描設備可能無(wú)法正確解讀上述情況。適應能力使得人類(lèi)非常適合處理這些意外。機器則不可一概而論。

　　Eichenholz繼續說(shuō)道，“如果一輛車(chē)停在路邊，是否停在三英尺的行車(chē)道內呢?如果是本人駕駛，我們可以看到并做出調整。LiDAR技術(shù)所提供的高保真愿景意味著(zhù)自動(dòng)駕駛汽車(chē)也能夠了解周?chē)氖澜?，并提前做出決定?！?/p>

　　大陸集團(Continental)高分辨率Flash LiDAR部門(mén)的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)和銷(xiāo)售主管Tom Laux表示，大陸集團的供應商無(wú)法確定該行業(yè)是否需要LiDAR，很顯然，通過(guò)單一的感知功能無(wú)法實(shí)現5個(gè)9的性能。他建議“應該將3種傳感器組合在一起，像攝像頭這樣的2D傳感器可以對信號顏色、交通標志和車(chē)道標記進(jìn)行成像。雷達來(lái)確定速度，LiDAR以更精準的方式提供準確的角分辨率和3D成像?！?/p>

　　性?xún)r(jià)比的重要性

　　但是如何將成本降低到原始設備制造廠(chǎng)商(OEMs)可以認真考慮的水平呢?答案在于固態(tài)解決方案，Laux將其簡(jiǎn)單定義為沒(méi)有移動(dòng)部件。通過(guò)將所有機械部件集成到微芯片上來(lái)降低成本，基于制造環(huán)境的規模，使用半導體基礎制造技術(shù)構建出的任何事物都將遵守相同的成本曲線(xiàn)。他說(shuō)道，“換一種說(shuō)法就是，你生產(chǎn)的越多，隨著(zhù)時(shí)間的推移，這些東西就會(huì )變得越便宜?！绷硪淮箨P(guān)鍵的好處就是去除機械部件，意味著(zhù)將獲得更好的可靠性。

　　但是，Eichenholz也指出我們不應該過(guò)分強調“固態(tài)”這一概念，最為重要的是供應商能夠提供可以達到性能要求，并進(jìn)行量產(chǎn)的可擴展系統。Laux贊同這一觀(guān)點(diǎn)，并表示只有達到性能要求才能開(kāi)始縮減成本。Luminar的系統就是自底向上構建的。這樣做有助于公司解決在開(kāi)始時(shí)所遇到的眾多挑戰，包括掃描范圍問(wèn)題。

　　Laux表示，“該系統的關(guān)鍵性能目標之一是檢測反射率僅10%的目標，例如深色物體：輪胎或是200米開(kāi)外一個(gè)穿黑色連帽衫的人。這個(gè)數字是我們從每位客戶(hù)那里收集到的，檢測時(shí)間大約相當于7秒?！盠aux認為系統所能檢測到的物體范圍介于200到250米之間。此外，系統必須能夠抵御來(lái)自天氣和其它LiDAR系統的外部干擾。為了在成本范圍內滿(mǎn)足性能要求，供應商必須不斷創(chuàng )新。

　　自底向上構建幫助Luminar進(jìn)行了基礎架構的變更，將激光波長(cháng)從905納米增長(cháng)到1550納米，使功率增加到十倍，同時(shí)保持在人眼安全范圍內。Eichenholz說(shuō)，最初的905納米是在LiDAR系統中使用硅接收器的結果。以前估算使用銦鎵砷(以下簡(jiǎn)稱(chēng)InGaAs)作為替代品太過(guò)昂貴，這是一個(gè)錯誤的假設。

　　Eichenholz補充道，“我們從頭開(kāi)始建立我們的系統，并深入供應鏈以?xún)?yōu)化可制造性。我們的激光源具有很高的可擴展性，因為它們與電信設備使用相同的裝置——激光二極管和InGaAs接收器，因此我們將波長(cháng)增加到了1550納米?！?/p>

　　大陸集團也在其高清3D泛光激光雷達(Hi-Res 3D FLASH LiDAR)系統中采用了InGaAs接收器，LiDAR開(kāi)發(fā)商Advanced Scientific Concepts在被大陸集團收購之前就開(kāi)發(fā)出了此項業(yè)務(wù)。Laux解釋道，“3D FLASH LiDAR為每一幀發(fā)射一束激光脈沖，激光脈沖就像照像機上的閃光燈，當它離開(kāi)激光器時(shí)，會(huì )通過(guò)擴散片(diffuser)，將光線(xiàn)散射到接收器物體的視場(chǎng)中。因此，不管黑暗還是下雨，泛光燈都是照明神器?！?/p>

　　缺乏智能?

　　與此同時(shí)，舊金山的初創(chuàng )公司Aeye正在關(guān)注固態(tài)產(chǎn)品中使用的人工智能(artificial intelligence，以下簡(jiǎn)稱(chēng)AI)技術(shù)。Aeye公司的創(chuàng )始人兼首席執行官Luis Dussan表示，“LiDAR本身缺乏智能，現有系統不會(huì )考慮到場(chǎng)景的演變或任務(wù)是什么。它們到處尋找，以固定模式掃描，盡可能多地收集數據，而不需要慎重考慮。75%到95%的數據因無(wú)用而被丟棄，收集不必要的數據會(huì )對寬帶產(chǎn)生巨大的壓力，導致延遲響應時(shí)間，成為重大安全隱患?！?/p>

　　Aeye的LiDAR系統(智能檢測和測距)模仿了人類(lèi)的視覺(jué)皮層，為關(guān)鍵對象帶來(lái)更高的分辨率。該系統不限于固定激光掃描模式。Dussan表示，“人類(lèi)不會(huì )對所有事物給予同等的重視。我們的視覺(jué)皮層意味著(zhù)我們可以快速評估，確定優(yōu)先順序并關(guān)注相關(guān)內容。LiDAR技術(shù)也能動(dòng)態(tài)跟蹤目標和感興趣的對象，同時(shí)始終嚴格評估周?chē)h(huán)境?！惫澥〕鰜?lái)的帶寬以及由此帶來(lái)的安全性的提高意味著(zhù)他的公司希望能夠推動(dòng)安全，及時(shí)推出具有安全裝置的商用化自動(dòng)駕駛汽車(chē)。

　　LiDAR在A(yíng)DAS(高級駕駛輔助系統)和自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展中的重要性不言而喻，原始設備制造廠(chǎng)商和供應商紛紛對專(zhuān)業(yè)的LiDAR廠(chǎng)商進(jìn)行重大投資。包括前面提到的豐田研究所(TRI)投資Luminar，福特汽車(chē)(Ford)和百度投資了Velodyne，通用汽車(chē)收購了位于帕薩迪納的初創(chuàng )公司Strobe，歐司朗(Osram)購入Leddartech的25.1%股份，采埃孚(ZF)收購了總部位于德國漢堡的Ibeo汽車(chē)系統40%的股份。

　　LiDAR是一種材料科學(xué)

　　2018款奧迪A8于2017年在巴塞羅那揭幕，配備LiDAR成為第一款提供SAEL3級的自動(dòng)駕駛技術(shù)車(chē)型，引起多方關(guān)注。法雷奧(Valeo)是其LiDAR供應商，也是第一家讓LiDAR系統真正上路的公司。自此之后，討論開(kāi)始圍繞供應商如何降低價(jià)格展開(kāi)。但是，可接受的成本是怎樣的?據報道，大陸集團和采埃孚的單位價(jià)格不超過(guò)幾百美元。

　　LiDAR成本的下降潛力是CES 2018上的一個(gè)話(huà)題。來(lái)自美國的初創(chuàng )公司TriLumina(得到DENSO美國，株式會(huì )社電裝的投資)表示，使用MEMS微鏡技術(shù)意味著(zhù)更便宜的激光陣列，總體系統成本可降至200美元。同時(shí)，固態(tài)LiDAR開(kāi)發(fā)商Quanergy聲稱(chēng)如果產(chǎn)量增加，將有途徑將系統降低至100美元。Quanergy位于加利福尼亞，使用更小的傳感器和一種被稱(chēng)為光學(xué)相控陣(OPA)的技術(shù)，使得更簡(jiǎn)便的集成和更低的成本成為可能。

　　Laux相信可以實(shí)現可接受的成本，他表示，“LiDAR是一種材料科學(xué)，因此我預計隨著(zhù)制造業(yè)供應商的興起，未來(lái)5到7年內的定價(jià)將會(huì )有實(shí)質(zhì)性的下降。即便與5年前相比也有進(jìn)步，某一時(shí)刻，組件的成本將達到4到5千美元左右，而現在的情況并非如此?！?/p>

　　Eichenholz總結道，該行業(yè)必須謹慎，“很多人追求低成本，而不知道在性能方面的取舍是什么。就基礎技術(shù)而言，10年來(lái)LiDAR技術(shù)幾乎沒(méi)有創(chuàng )新，而成本上的下降以犧牲性能為代價(jià)?！?/p>

　　隨著(zhù)LiDAR行業(yè)走進(jìn)自動(dòng)駕駛，失敗變得越來(lái)越少。價(jià)格方面的惡性競爭可能會(huì )催生自動(dòng)駕駛汽車(chē)所擔心的系統，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際的需求。