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中国高端电动汽车“智能战”升级,激光雷达如何助力?

中国高端电动汽车的“智能战”正在如火如荼地进行中。

近日,理想汽车、豪华品牌路特斯、高合先后发布了旗下全新的纯电动车型,不约而同地搭载了禾赛AT128激光雷达+大算力芯片+800万高清摄像头等智能化“硬核”配置。

与此同时,不管是理想L9,还是路特斯Eletre 、高合HiPHi Z等高端智能电动汽车,智能化已经成为了其最为核心的看点。比如,理想L9不仅标配全自研智能驾驶系统——理想AD Max,还搭载了大尺寸AR-HUD、多模态三维空间交互等当前最前端的高科技配置于一身。

当前,整个汽车产业正在向电动化、智能化加速转轨,智能驾驶体验感对消费者购车决策影响权重正在逐年递增。

对此,全国政协经济委员会副主任苗圩在2022中国电动汽车百人会论坛上曾表示,在新能源汽车赛道的上半场竞赛中,中国汽车产业的开局取得了不错的成效,但决定胜负还在智能网联汽车。

未来几年内,中国汽车产业将迎来弯道超车的黄金时期。如此,中国智能电动汽车品牌的创新升级,有望改变现有的中国汽车市场格局。

一、中国豪华车市场即将变天?

中国智能电动汽车超过市场预期的高速增长,以及越来越多全新高端智能电动汽车的推出,无疑是中国豪华汽车市场最大的变数。

根据高工智能汽车研究院监测的数据显示,2021年全年,蔚来、小鹏、理想的年交付量分别是9.14万辆、9.82万辆、9.05万辆,年交付量同比增幅均超过了100%。在中国纯电动汽车市场,“蔚小理”的总交付量远超宝马、奔驰、奥迪。

另外,值得注意的是,作为此前中国销量最好的豪华车品牌,奔驰、奥迪2021年在中国市场的总销量均出现了同比下滑的态势,而雷克萨斯等二线豪华车品牌同样也出现了销量同比下降的情况。

业内人士一致认为,伴随着汽车智能化、电动化的步伐加快,传统燃油车的优势开始慢慢降低,中国豪华汽车市场的格局正在发生巨大改变。

在这场竞争当中,蔚小理、长城沙龙、一汽红旗、上汽智己等中国自主品牌希望通过智能化、网联化扛起品牌向上大旗,以提前抢占汽车下半场竞争的制高点。

比如近期首发亮相的理想L9、路特斯Eletre 、高合HiPHi Z等车型,以及蔚来ET7、小鹏G9等全新车型,售价均在40万以上,瞄准的都是豪华车市场。

与此同时,不管是蔚小理,还是路特斯、高合、集度等车企都在下一代车型上采用硬件预埋+算法软件升级的研发路线:

中国高端电动汽车“智能战”升级,激光雷达如何助力?

例如,理想L9、蔚来ET7均搭载了英伟达Orin芯片、激光雷达、800万辅助驾驶摄像头等智能感知硬件,以及全栈自研的智能驾驶系统。

中国高端电动汽车“智能战”升级,激光雷达如何助力?

而路特斯Eletre则搭载了英伟达Orin芯片、4颗激光雷达(其中前后主激光雷达为禾赛AT128)、7颗800万辅助驾驶摄像头等34个辅助驾驶传感器,以及路特斯机器人公司(由路特斯与Momenta合资成立)的自动驾驶软件算法。

高合HiPHiZ同样搭载了英伟达Orin芯片、禾赛科技AT128激光雷达、800万辅助驾驶摄像头等31个智能感知硬件,以及高合自研的HiPhi Pilot智能驾驶辅助系统。

可以看到,近期全新亮相的理想L9、路特斯Eletre 、高合HiPHi Z,纷纷选择了禾赛科技的A128激光雷达作为前向传感器,为智能辅助驾驶系统以及后续的高阶自动驾驶系统提供安全冗余。

事实上,除了理想L9、路特斯Eletre 、高合HiPHi Z之外,集度汽车、零跑等也即将搭载禾赛的AT128激光雷达。

二、为什么都用禾赛AT128激光雷达?

理想汽车表示,用户在判断激光雷达性能时,可以主要关注测距能力、全局分辨率和点云数量三大指标。其中,点云数量指的是指单位时间内激光雷达所能发射的激光数量。点云数量越多,在保证分辨率的同时,系统感知环境的“刷新率”也越高、反应更快。

理想L9官方剧透第四集(视频来源:理想汽车)

理想汽车表示,理想L9的前向车规级激光雷达配备的是禾赛科技AT128,内部有128个独立激光器,在垂直方向可以同时发射128束激光进行扫描,全局分辨率为1200x128,点云数量达到153万/秒,在已经量产的车规级激光雷达中综合性能最强。

资料显示,通过芯片化128通道的固态电子扫描,禾赛AT128激光雷达实现了“真128线”的结构化扫描,以及点云在水平和垂直方向完整视场角无拼接均匀分布,可以提供形同摄像头的图像级超高分辨率和结构化数据。

这似乎是一个全新的概念。在此前关于激光雷达的宣传,极少提及激光器的数量。那么,激光雷达内部的激光器数量多少,在性能上面是否存在差别?激光器数量越多越好吗?

众所周知,各大激光雷达厂商大多围绕激光器、探测器、测距方式、扫描方式等不同的组合方式来创新激光雷达的技术路线。目前,转镜式和MEMS振镜方案已经成为了前装车载激光雷达的主流方案。

从扫描维度来看,转镜和MEMS振镜方案都具备一维扫描和二维扫描两种形式,两种扫描方式各有优劣势。目前, Luminar、图达通采用的是二维扫描,而禾赛、华为、法雷奥采用的则是一维扫描。

蔚来ET7搭载的超远距激光雷达(来源:蔚来汽车)

一般来说,通过二维扫描方式,激光雷达只搭载少量的激光器就可以实现等效100线甚至更高的扫描效果。目前,许多车厂和激光雷达厂商基于性能、可靠性和成本的平衡考虑,最终会选择激光器较少的系统架构。

不过,值得注意的是,激光器数量越少,为了保证输出较高的点云数量,每个激光器要打出的激光束就越多,工作载荷往往就会更高,单个激光器的寿命就越短。

如果既要保证较高输出的点云数量,又要保证使用少量的激光器,则需要采用复杂的高频机械扫描对水平和垂直方向同时进行快速扫描。但这样一来,伴随着高频的振动/转动,激光雷达的可靠性就会产生极大的考验。

三种扫描方式动态对比

与二维扫描方案不同的是,一维转镜方案本身就具备体积小、重量轻、电机负荷小等优势,只需要使用较多数量的激光器,就可以保证激光光束的数量,从而提高激光雷达的分辨率。

禾赛科技相关负责人表示,激光器数量越多,激光雷达的分辨率就越高,对远处物体的细节感知就更为精准。比如禾赛AT128采用的便是半固态一维转镜方案,内部配置了128个激光器,在垂直方向可以同时发射128束激光进行扫描,每秒对三维空间打出153万个点,进而对周围环境获得非常优秀的感知。

中国高端电动汽车“智能战”升级,激光雷达如何助力?

禾赛AT128一维转镜扫描方式示意图

除此之外,激光器数量越多,激光雷达系统的安全冗余度也越高,即便内部某个激光器发生失效,激光雷达系统依然可以进行整体的感知。“如果仅有一个激光器,一旦失效,激光雷达将面临着完全没有数据的风险。”

三、如何做到成本和性能的双重优化?

既然激光器数量越多,激光雷达系统的安全冗余度就越高。那么,为什么却只有禾赛科技等极少数公司采用呢?

一方面,作为激光雷达内部重要的元器件,激光器的数量越多,意味着激光雷达的制造成本就越高。尽管激光器的增加能够直接提高激光雷达的感知效果,但出于成本控制的考虑,很多汽车厂商和激光雷达厂商会在性能、可靠性和成本当中做出选择。

另一方面,激光器越多,激光雷达的设计难度和制造壁垒就越高。禾赛科技相关负责人表示,将数百个激光器集成在激光雷达的内部,既要保证达到足够小巧的尺寸,又要达到苛刻的工作温度要求,激光雷达厂商面临着极大的技术挑战。

针对此,禾赛科技将数百个激光器集成在小小的几颗芯片上面,将激光雷达变成半导体产品,使其驶入“摩尔定律”的轨道,如此便解决了激光器数量多导致的尺寸设计难度大和成本高等问题。

禾赛科技全球业务拓展副总裁卢炜曾表示,“随着收发器件的持续进步和芯片化的不断加深,激光雷达收发模块便可以遵循摩尔定律的发展,每隔一段时间,实现分辨率加倍、成本不变,或者分辨率不变、成本减半的趋势。”

现阶段,与特斯拉采用纯视觉的感知方案不同,大部分车企均选择了雷达+视觉融合的感知路线,原因在于雷达在采集数据时拥有更多的维度,所回传的丰富信息可以与摄像头互为冗余,为现有的ADAS系统甚至是未来逐步落地的高阶自动驾驶提供更加安全的保障。

按照理想汽车的说法,理想L9采用11颗高性能摄像头作为理想AD Max辅助驾驶系统的主要感知来源,而激光雷达在多场景下可以对摄像头形成有效补充,从而进一步提升智能驾驶系统的安全性。

例如在暗光、面对强光等摄像头受限的场景下,激光雷达受影响较小,可以确保系统对环境感知的准确性;此外,还可以帮助车辆提升对静止及异形障碍物的识别,例如高速公路上的事故静止车辆、施工路障物体等,让系统对环境感知更准确。

因此,对于车企来说,既能够兼顾成本优势,又可以提供更高的点云数量、更高安全冗余度的激光雷达,在未来的中国智能电动汽车市场将具备极大的竞争优势。

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