速腾聚创应莹:车规级激光雷达的成熟度和延展性

盖世直播2021-9-17 15:30:40

9月14日,由盖世汽车主办的2021中国商用车自动驾驶大会隆重召开。本次峰会聚焦商用车自动驾驶行业市场发展趋势,共同探讨从感知决策到执行层面的核心关键技术,重点围绕港口、矿区、干线物流、园区等终端场景产业化落地方案展开讨论。下面是RoboSense(速腾聚创)产品总监应莹博士在此次大会上的发言。                                        应莹.jpg

RoboSense(速腾聚创)产品总监 应莹博士

各位同行,下午好,今天我带给大家的分享主题是《商用车的智慧眼:车规级激光雷达的成熟度和延展性》。我将从下面四个主题给大家分享:

1、为什么激光雷达是自动驾驶应用的刚需?

2、商用车应用激光雷达有哪些场景与痛点?

3、车规级激光雷达的软硬件成熟度和延展性。

4、RoboSense(速腾聚创)的市场进程。

如同前面各位同行所说,商用车自动驾驶领域存在非常大的商业契机,尤其在降本增效上有很大空间。比如前装成本控制、车队组队运营、运营过程中效率和安全性的维护,以及人员控制层面等方面。另外,这两年在疫情影响下,全球商用车物流的市场需求也在逐年增加、不断扩大。

那么,激光雷达在商用车自动驾驶领域中属于什么角色?我们的激光雷达一方面要和传统的摄像头、毫米波雷达,以及定位系统、高精地图、车路协同等共同组成全空间全包裹的感知系统,另一方面在多传感器的融合上,在路径规划决策以及执行器的控制上,也要提供精准可靠的实时环境信息。

那么在源头感知上,我们必要性是什么呢?简单讲一下激光雷达和其他几类传感器的差异。众所周知,摄像头和毫米波雷达是最先在自动驾驶上运用起来的传感器。但大家在使用过程中也发现,摄像头对光线的宽容度不高,在光线很暗的情况下很难看清物体,由于缺乏深度信息,算法对物体的距离也存在判断不准确的问题。毫米波雷达也是存在一些短板,虽然行业里面又出现了4D毫米波雷达,除了距离、速度、横向角之外又增加了俯仰角,但这也改变不了毫米波雷达测距精度低以及对非金属物体不敏感的本质。因此,激光雷达作为一种高精度三维主动传感器恰恰能补不上上述短板,加入到感知系统,通过多传感器融合,互为补充、互为冗余。

大家需要知道的是,假如单纯使用传统摄像头和毫米波雷达,那么自动驾驶在大多数情况下是没有办法达到完全冗余的。这时候激光雷达的感知冗余就非常关键了。

那么商用车在自动驾驶的应用场景中有哪些痛点,是需要激光雷达特别去注意和解决的呢?首先是商用车的车辆特性,商用车的车身高度意味着激光雷达必须有很大的垂直FOV视场角,对近区补盲要求也比较高;车身长度就意味着激光雷达在安装灵活性上有很高的要求——可能需要装多个激光雷达;另外,商用车在制动上可能有更高的要求。这都是车辆设计时需要考虑的情况。

我们再来看一下环境会给商用车带来怎样的痛点。大家都知道,商用车的使用环境比较严苛,经常会遇到粉尘、强震动和盐雾的问题。此外,商用车的采购成本很高,使用年数越长越好,这就衍生出年均成本控制的需求。速腾聚创在激光雷达产品开发迭代中,也会注意到技术的可延续性以及性能升级的需求,帮我们的合作伙伴有效地控制成本。

基于商用车在自动驾驶应用中的特殊痛点和场景,速腾聚创给大家带来了第一个过了车规级前装的激光雷达产品,它的强大之处,在于它的耐用性、可靠性、可延展性以及可控的全生命周期成本。

下面简单介绍一下速腾聚创全球第一款车规级的智能固态激光雷达,我们称之为M1。它的最远探测距离是200米,水平视场角120度,俯仰方向垂直视场角25度,分辨率水平0.2度左右,垂直分辨率平均达到0.2度,但在自动驾驶特殊场景中,我们可以通过调节硬件内部来达到增强垂直分辨率的效果,这也是我们独有的“凝视”功能。其次M1激光雷达是非常小巧的,尺寸是110×108×45mm,便于安装,实际产生功耗不超过15W,这样看来商用车装几个也OK,灵活性比较高。

下面看到的是M1独有的智能感知,“凝视”功能,大家可以注意到点云的中间区域,比地面和天空交界的地方点云密度是更多的。这些设计是由于商用车自动驾驶过程中需要看得更远,它对于远处目标点云的数据量就会要求的更高。如果把过多点云分辨率分配天空中对自动驾驶也没有任何意义,所以我们把点云数据量集中在商用车自动驾驶应用场景感兴趣的中间这一块。

我们的凝视分两种,一种是远场,一种是近场。远场主要是用于高速场景,在FOV的垂直方向动态调节扫描线数分布,不是平均扫描,而是在中间ROI区域或者合作伙伴更感兴趣的区域当中加强扫描密度,以达到更多的点云点数,这样我们的合作伙伴可以利用这些点去做前融合和算法的训练,使得在远处可以更早的扫描到障碍物,助力商用车自动驾驶。

近场主要是用于城区场景,我们通过增强扫苗频率,从正常的10Hz增强到20Hz,这样每秒得到的帧数就会更多,对障碍物的监控频次更高,车辆响应速度更快。

总体来说,凝视功能就是让远处更早得看到障碍物,近处更快得响应物体的变化,从两个方面助力自动驾驶的功能设计。

为什么我们一直强调是过车规级,因为我们的目标是前装市场。我们的产品是严格按照合作伙伴去做的车规级验证,包括IP6K、9K、震动、盐雾等,并在去年12月拿到了16949车规级认证。我们不仅仅是过了常规的DV/PV验证,也做完了冬季测试和夏季测试。在产品设计和验证过程中,我们都是以最严苛的规格来打磨我们的产品,只为了更可靠、更耐用。

接下来谈一下怎样助力合作伙伴控制成本。这是从产品设计之初就需要考虑的问题,像机械式128线激光雷达,为什么它做不到车规级的前装量产?一个是机械式的可靠性,一个是成本和可制造性,它需要堆叠大量的激光元器件。我们这一款MEMS产品在设计之初就考虑了成本问题,我们在选型设计上就严格朝着这个方向去走,达到二维垂直和水平扫屏的效果,结构精简,激光元器件数量少,让它实现量产化的可制造性。

我们在今年7月交付了第一个定点SOP项目,而后续定点项目在产线规模化、批量化后也会不断降低成本,释放红利给到合作伙伴。

一个是设计,一个是可生产,那么延展性呢?从图上可以看出,我们现在的M1技术方案采用的是二维MEMS和EEL,905nm波长,可以看到我们上游工艺是有保证的,这个技术方案选型也奠定了后面的可扩展性,下一代芯片也可以助力我们的产品达到更远的测距性能。

技术开发过程也是历时了六年,最终达到不单单提供点云,也伴随着这个产品落地提供了额外的附加功能给到合作伙伴,比如说窗口片激光加热功能、遮挡检测、性能补监控等。我们也用了AUTOSAR软件平台开发,可以拿到ASL-B的功能安全等级,并能够助力合作伙伴不断OTA,实现功能上的迭代。

我们还可以给合作伙伴提供了两个额外的增值产品,一个是RS-Reference感知测评系统工具,采用速腾聚创机械式128线激光雷达和两个补盲雷达作为关键的数据采集传感器,同时提供完整的智能化数据标注工具链,这能帮助合作伙伴进一步打磨自动驾驶功能。另一个是从后融合的角度来说,我们也提供了实时感知软件,它拥有障碍物检测、地面检测、动态物体识别等功能。这套感知软件基于纯C++编码,不需要第三方支持库依赖,可以运行于任意计算平台,只需要小于0.5 Tops算力。

最后花一点时间讲一下速腾聚创现在达到了什么状态。速腾聚创是提供智能激光雷达系统的公司,我们赋予了硬件智能,赋予了智能驾驶功能设计的增值和感知软件的智能。另外我们长达七年深耕在激光雷达领域,尤其是在M1产品上持续投入了六年时间去研发,目前已形成激光雷达硬件、感知软件和芯片三大组合性技术闭环,我们的感知软件也可以帮助合作伙伴做一些融合,硬件可以提供可靠的点云数据等。

为什么说我们M1 MEMS是第二代激光雷达?因为我们第一代是机械式激光雷达,当然它也能广泛应用于各类场景,比如无人物流、共享出行、商业机器人等。而第二代智能固态激光雷达M1也同样拿到了很多国内外合作伙伴的定点项目,商用车方面拿到赢彻与东风合作的L3重卡量产项目的定点,乘用车方面拿到了很多国内外的智能新能源车型定点。

从刚刚出炉的Yole激光雷达供应商报告可以看到,全世界除了法雷奥占比28%,下面就是我们速腾聚创,我们的市场占有率也是中国第一、全世界第二的,实时上我们还有很多定点项目已经签了,正式公布后这个排名还会上升。希望通过我的介绍能把我们速腾聚创M1 MEMS激光雷达分享给大家,助力商用车自动驾驶行业,谢谢大家。