2021年10月12日,《美国汽车》杂志(Automotive News)年度汽车供应商杰出贡献奖(PACE)揭晓,14个获奖者中与“智能”相关者9项之多。作为时代的标志,今年的获奖技术代表了电气化和安全驾驶车辆部件的设计创新和汽车发展的潮流和趋势。

无独有偶,11月4日,第四届中国国际进口博览会在上海开幕,2900多家参展商420多项新产品、新技术、新服务亮相,汽车智能化又成为一大亮点。荣膺PACE大奖加上进博会亮相,中国激光雷达企业速腾聚创(RoboSense)崭露头角,显示了中国力量的崛起。

PACE奖不仅是中国唯一

PACE奖始于1994年,至今已27个年头,被誉为“汽车行业奥斯卡”,是汽车行业的至高荣誉之一。该奖旨在表彰汽车行业追求创新、不断改造汽车相关产品的供应商,使产品始终符合整车制造商不断提高的性能标准。这项享誉全球的奖项是衡量创新与卓越的标准,在某种意义上等同于业内的一项权威认证。

今年与“智能”相关的PACE奖项包括:安波福的智能电气中心、博世的L2自主Class 8卡车应用、CarSaver的购车平台、Cerence的道路支付平台、佛吉亚的视觉感知平台、KAR的数字拍卖平台、Lear的电池管理装置、Work Truck Solutions的商用车业务模式,以及速腾聚创的MEMS(微机电系统)固态汽车激光雷达。

速腾聚创既是获奖的唯一中国公司,也是获奖产品中唯一的激光雷达或传感器产品,可谓“双料唯一”。

获此奖项并非易事,一个重要的硬指标就是量产,已有客户在使用,速腾聚创MEMS固态汽车激光雷达的首个客户是广汽埃安。

反观此次新增的奖项PACEpilot(试验性)创新奖,表彰了来自全球供应商和小型初创企业的10项创新。这些项目已进入演示阶段,但尚未通过销售合同实现商业化,在9个当中还真有两款类激光雷达的汽车4D成像雷达,均为毫米波雷达,两家都来自以色列,一个是Arbe Robotics,另一个是Vayyar。

2020年已被称为激光雷达量产元年,业界也一度认为,在长城汽车、上汽R品牌等主机厂纷纷加持,华为也在上海车展前发布了首款4D成像雷达,2021年4D成像雷达量产元年已经开启。不过,目前量产车规模搭载的几乎没有,有的只是与车企、Tier 1及自动驾驶公司达成的定制化合作,或拿下多款车型项目定点云云。

由此看来,速腾聚创获奖的意义不可小觑。

全球化竞合格局瞬息万变

本届进博会上,速腾聚创与全球化188bet官网下载 设计与制造企业美国德州仪器签署了战略合作备忘录。速腾聚创联合创始人兼执行总裁邱纯潮表示:“当下,中国正处于持续扩大高水平开放的发展潮流之中,信息与工业化产业深度融合,数字经济蓬勃发展,在这样的时代背景下,速腾聚创与全球最大芯片研发生产商德州仪器开展深度合作,将共同向推动汽车产业智能化升级这一宏伟目标不断迈进。”

基于此次战略合作备忘录,速腾聚创将与德州仪器加强技术沟通与交流,加深双方产品技术理解,持续创新,积极推动速腾聚创激光雷达产品的进一步规模化量产。

速腾聚创与德州仪器签署战略合作备忘录

众所周知,德州仪器是什么都做的188bet官网下载 大厂,产品有十万余种,涵盖从处理器、微控制器、无线、到ADC/DAC的所有产品。但在英飞凌和恩智浦占比近7成的主流毫米波雷达芯片组市场,德州仪器仅排名第三。现在,4D毫米波雷达一直是与激光雷达叫板的汽车传感器。

2018年底,为了与英飞凌、恩智浦竞争,德州仪器提出4D成像毫米波雷达概念,推出基于单芯片收发器的4片级联4D毫米波雷达全套设计方案,其中集成了雷达开发商最难搞定的天线。

2020年初,英飞凌宣布与首创车载4D高清点云成像雷达的美国傲酷(Oculi)合作,杀入汽车级成像雷达市场,不过还没有见到相应产品。

2020年4月,傲酷推出4D点云高清成像雷达,与16线激光雷达不相上下,探测半径达200米。

2021年3月,傲酷利用软件算法用德州仪器芯片实现了超高角分辨率4D成像前向雷达。

2021年10月下旬,AI视觉芯片公司美国安霸宣布将收购傲酷。

这里想说的是,德州仪器是毫米波雷达芯片供应商,而速腾聚创的产品是激光雷达,既然如此,双方的战略合作备忘录细节又是什么呢?刨根问底之后,知情人士这样回答:“速腾与德州仪器保持着长期而稳定的合作关系,范围包括德仪各类模拟芯片器件。这次主要是基于RS-LiDAR-M1大规模量产的达成战略合作。”看来,在此前的合作基础上,双方的合作又进了一步,特别是与信号链相关的各种芯片。

如今在车规市场上混的,多方合作是必不可少的。特别是激光雷达,什么都自研似乎是天方夜谭的事情。

速腾聚创做了些什么?

速腾聚创产品中心副总经理赵晓明介绍说:“速腾聚创是一家年轻的科技公司,7年来专注于智能激光雷达系统,做到了行业前装车载市场的中国第一、全球第二,展示了国内激光雷达企业的‘中国速度’。”

正是由于中国企业的积极参与,才使车载机械式激光雷达厂商Velodyne(威力登)在中国市场节节败退,失去了价格竞争力。

速腾聚创创立于2014年8月,是行业最早研究、持续投入自主研发车规固态激光雷达的国内企业之一。在乘用车领域,目前公开的合作伙伴有广汽埃安、威马汽车、北美豪华新能源车企等;商用车领域有嬴彻科技、阿里巴巴在内的多家支线、干线物流创新合作企业;2020年疫情爆发期间,参与抗疫的机器人及无人车超过半数搭载了速腾聚创激光雷达;其参与的智慧交通新基建项目已在广州、深圳、上海、杭州等多地落地。

2021年6月起,速腾聚创已持续向客户交付数十批车规级智能固态激光雷达,是全球第一家真正具备智能固态激光雷达车规量产交付能力的企业。

威马汽车、广汽埃安、上汽智己、北美豪华新能源车企等大量车企选择中国自主激光雷达品牌

2019-2020年,M1曾先后斩获了爱迪生发明奖(Edison Awards)和两届CES创新奖(CES innovation Award)。速腾聚创获奖的M1是目前唯一实现车规量产交付的第二代智能固态激光雷达。

作为高级自动驾驶的标志,激光雷达已成为提升整车智能驾驶品质、塑造高端智能形象、扩大车企市场竞争力的利器,激光雷达市场已成为全球科技企业争锋的高地之一。据全球知名市场研究与战略咨询公司Yole发布的《2021年汽车与工业领域激光雷达应用报告》显示,法雷奥排名第一,占比28%;速腾聚创占比10%,排名第二;Luminar、Livox、电装、大陆、Cepton五家厂商以7%占有率并列第三;紧随其后的是Innoviz、Ibeo、华为、禾赛科技、Innovusion、Velodyne等,占有率均为3%。

作为一家中国激光雷达自主品牌,速腾聚创仅用了7年多的时间,在国际化的市场竞争与合作中一举成为全球市场排名第二的激光雷达企业。以速腾聚创为代表的中国激光雷达自主品牌所取得的成绩充分体现了新时代开放、合作、共赢的力量。

秘密武器:硬件智能+软件智能

排名靠前的禾赛科技、速腾聚创、镭神智能、北科天绘、华为、北醒光子、佳光科技、砝石激光、览沃科技、砝石激光等10家激光雷达科技公司,其中采用MEMS微镜技术的竟达7家之多,竞争在所难免。要出人头地,必须有自己的核心技术。

速腾聚创的技术位置

智能变焦“凝视”

M1的智能源于其“秘密武器”硬件智能+软件智能,即硬件智能“凝视GAZE”与软件智能目标级感知功能。

M1将计算机视觉和各类成像系统的智能变焦技术融入汽车生态,使激光雷达硬件智能化,减少长枪短炮的器件堆叠,非常适合迅速抓取远、近距离影像与运动物体。

可以变焦的智能“凝视”

和人类驾驶一样,智能驾驶也要面对各种不同场景,包括远近道路区域,这就要求激光雷达硬件性能基于不同路况环境对感知重点作出优化。

兼顾硬件性能、效率与成本等维度,速腾聚创将激光雷达硬件进行智能化升级,实现了类似摄像头的变焦技术——随时聚焦驾驶者关心的重点感知区域的凝视功能,取得了高效的应用效果。

远场“凝视”可以在高速场景动态提高ROI区域垂直分辨率,更早发现远处障碍物,提升高速自动驾驶体验。

远场“凝视”

近场“凝视”可以智能提高城区场景帧率,更快响应近场动态障碍物的变化,提升城区自动驾驶体验。

近场“凝视”

“智能”二维MEMS芯片扫描

一维机械旋转式和一维转镜式激光雷达采用一维电机扫描架构。前者通过电机承载所有激光收发元件一起旋转扫描,后者用电机承载激光反射镜旋转扫描。其扫描线数分布固定,帧率也固定。

一维扫描结构

M1自研的二维MEMS智能扫描芯片架构可以任意改变横向和纵向扫描速度,从而改变扫描形态,在收到指令后的下一帧即可完成切换,提升了激光雷达性能。其产品元器件少,结构极致精简,具有体积小、稳定可靠、高性能、成本下探空间大等优势。

二维MEMS芯片智能扫描方案

智能驾驶关注的远距离障碍物都分布在激光雷达视场中间ROI区域内,所以要真正提高激光雷达对远距离障碍物的感知能力,核心是提升ROI区域分辨率。

二维MEMS智能扫描的线数分布可以任意变换,激光雷达可基于不同驾驶场景自由调节ROI区域的角度范围和分辨率大小。

M1“凝视”功能可以动态调整ROI区域,同时动态调整分辨率,将ROI区域内分辨率翻倍再翻倍,达到等效于一维扫描数百上千线的感知能力。双重动态调整功能自由配置,可以避免算力资源浪费。

一维和二维ROI区域感知能力

二维MEMS智能扫描方案可以在激光雷达工作状态下动态提升或降低帧率,且帧率数值可取连续值,不限档位。激光雷达的帧率可以随驾驶场景及感知系统帧率需求而改变,也可与摄像头帧率等比关联匹配,保持同步触发。

软件智能一应俱全

M1内部集成的感知软件具有同步输出三维点云数据和目标级环境感知结果的能力。软件智能的核心是在激光雷达行业内一直保持领先的点云处理软件RS-LiDAR-Algorithms。其功能包括:

支持高级自动驾驶“点到点”全场景环境感知,同步输出障碍物检测、障碍物分类、动态物体跟踪、可行驶区域检测等感知结果;

不依赖第三方支持库直接运行于支持 C++的任意车载计算平台和操作系统,是可部署于车载嵌入式系统的软件;

仅需 0.3-0.5TOPS,无需昂贵高算力平台支持,既可部署在 M1 内部,也可部署在车载域控制器中;

支持 OTA 升级,可随数据积累不断升级软件并向用户 OTA 推送;

新增十余项针对乘用车自动驾驶场景化应用的感知功能;

SDK 模块化设计具备优良的可迁移性、兼容性、可维护性、可拓展性,易于二次开发。

    在量产部署端,OEM与Tier 1可以将软件提供的“即插即用”感知算法快速部署到自己的感知系统中,跳过漫长算法研发和验证周期,减免开发成本,快速开展基于激光雷达感知能力智能驾驶功能的开发与升级。

    M1的其他指标包括:高分辨点云极速刷新能力,分辨率0.2°x 0.2°,出点数为750,000pts/s,帧率达10Hz;其测距能力突破了905nm光源MEMS固态激光雷达测距极限达200m;超广视场角120°×25°(垂直×水平)。

    让驾乘体验从安全到舒适

    基于上述功能,M1已将用户驾乘体验从安全提升到舒适。高速场景下垂直分辨率的每一次提升都能给用户体验带来跃升。

    在高速公路上,车辆行驶速度快,车距较远,智能驾驶感知系统更关注正前方远处行驶车辆以及三角警示标、雪糕筒、掉落的轮胎、树枝等静态障碍物。相对而言,分布在地面和天空等非重要区域过高分辨率的点云数据成了算力的负担。

    在高速路上实现HWP(Highway Pilot)功能,需要获得上述障碍物的更远有效检测,要求激光雷达拥有高测距能力以及高有效分辨率(即障碍物所在ROI区域内的高分辨率)。

    在HWP模式下,开启M1“凝视”功能,提升ROI区域垂直分辨率(从0.2°至0.1°以上)可以实现智能驾驶实现从安全到舒适的跨越。这时视场中间ROI区域的障碍物点云成像密度翻倍,可准确测量前方小物体高度,帮助规划层结合车轮与底盘高度判断通过性。

    在直行道路上,垂直分辨率的提升意味着感知软件将车辆的识别距离从120-150m提升到180-200m,静态小型障碍物检测距离从85m提升到160m,对120km/h行驶的车辆而言,实现了从安全制动距离到舒适制动/变道距离的质变,大大提升了舒适性体验。

    高垂直分辨率满足障碍物感知及安全制动要求

    在拥堵路况,如果两辆搭载激光雷达并行车辆都开启TJP功能,由于响应慢、跟车空档大,10Hz帧率(17帧数据)激光雷达的车辆很容易被20Hz(35帧数据)激光雷达帧率的车辆“加塞儿”,用户体验糟糕。

    高帧率与低帧率的差别

    在左转时,对向行驶速度30km/h(差速60km/h)、10Hz帧率下相邻两车位移约为2m,而20Hz帧率下约为1m,这意味着车辆可以更准确地判断安全左转的空档,减少不必要等待,安全完成左转,提高驾驶体验。

    竞合之间挑战犹在

    近年来,汽车产业智能化明显提速,激光雷达作为守护高级自动驾驶安全必不可少的核心感知部件,已成为汽车智能化发展进一步深化的关键零部件。在全球化汽车智能化产业的合作与竞争中,中国激光雷达企业已崭露头角。

    不过,天外有天,虽然只差一步量产,一些激光雷达公司的技术也是不得不防。像Luminar号称采用人眼无害1550nm大功率激光(国内大多是905nm)真正全固态激光雷达;Ouster探测距离超过200m的全固态、高分辨率、长距离数字激光雷达;英飞凌+Sense Photonics采用闪光照明架构的真正固态3D技术;安森美+LeddarTech采用硅光电倍增管(SiPM)传感器的100%固态技术;还有测试结果看上去很美的AEye的iDAR,采用1550nm激光器,帧速率10Hz情况下测距超过1000米……

    好在速腾聚创也算“跨界”了机械式、MEMS和光学相控阵技术,已经在为下游客户提供持续升级的智能激光雷达系统产品方案,经验的不断积累将有助于技术的不断创新,开发出让智能驾驶体验不断进化的感知产品。