头顶一个大包,汽车激光雷达一定要这么丑吗?

激光雷达放在车顶是性价比最高的方案

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本文来自微信公众号:autocarweekly (ID:autocarweekly),作者:七号-宋,头图来自:视觉中国

这年头,哪款车要有激光雷达,绝对是最靓的仔。

你可能会说:“那还不是物以稀为贵。”

还真不是。相比华而不实的穿搭奢侈品,它实打实升级了汽车的驾驶能力。我们喜欢把雷达比作人眼,拿现在最常使用的毫米波雷达对比,激光雷达如果是2.0视力,毫米波雷达就是0.5视力。你看激光雷达和毫米波雷达的成像对比,是不是前者看得更清?

可虽然好东西要放在最醒目的地方,但谁喜欢头上叮个包呀。你看苹果手机的刘海屏,割裂的屏幕即便功能再强大,心里依然是个疙瘩。所以最近发布的理想L9,还有去年发布的蔚来ET7、智己L7被网友们争议也就不奇怪了。

激光雷达一定要放在车顶吗?

其实激光雷达没有强制要求放在车顶。比如小鹏P5、极狐阿尔法S华为HI版,都选择将激光雷达放在前保险杠上。

从激光雷达属性判断,它们都属于固态激光雷达(另一种是机械式激光雷达)

固态激光雷达不能转动,探测角度通常只有120°,所以位置一定要均匀。小鹏P5是两颗激光雷达,因此选择放在两侧。极狐阿尔法S华为HI版则是三颗激光雷达,前保险杠左中右各有一颗。

所以明明可以放在车头,部分车企们还是选择头上顶一个包,这是他们自找“争议点”吗?

到底是自找,还是有何玄机,我们也不要着急下结论。

这个事,其实要看车企怎么权衡。

从单颗激光雷达探测的需求看,放在车顶是行业常见选择。

下图红框是激光雷达的常见布局方式,蔚来ET7、理想L9采用的是将激光雷达布置于车顶前沿中间。又或者Waymo测试车头顶的那颗Honeycomb机械式激光雷达,因为要满足360°旋转,安装在车顶同样是最合适的。

为什么行业一般是这么选择,首要原因是避免增加维修成本

Velodyne最初为谷歌无人小车提供的64线激光雷达价格高达8万美元。小鹏P5采用的固态激光雷达HAP,因为是大疆旗下的Livox览沃基于Horiz系列产品升级而来,HAP单价总算被压低到几千元人民币,但碰一下还是钱包滴血。

如果放在最容易发生碰撞的车头,恐怕驾驶员心态和驾驶技术要好好磨练才行

将激光雷达放置在高处,对防遮挡也有好处。

从工作原理看,激光雷达和毫米波雷达原理相似,都是利用回波成像来构显被探测物体的,就相当于人类用双眼探知而蝙蝠是依靠超声波探知的区别。

如果放在较低的位置,要注意不要被污泥等遮挡。

激光雷达传感方法是采用脉冲激光形式的光,通过分析返回信号的飞行时间(ToF)来测量范围的

为了避免污泥的影响,RoboSense在去年CES展示的M1激光雷达,就设计了自动清洗功能。但现在市面上搭载激光雷达的车型,还没有配备这项功能。

此外,激光雷达位置较高,也能有助于提高探测效果

激光雷达在探测时,测量最大值是十分重要的参数,它能帮助我们尽早预判。俗话说站得高看得远,现在量产的激光雷达探测距离最远一般在100米~150米(针对10%反射率目标物),位置稍高一些,更有利于长探测距离的实现。

说到参数,激光雷达的垂直方向的探测也很关键。比如SCALA Gen.1(2017年第一代产品),由于垂直方向视场角小,只能看到较低的位置(见下图红色)。所以位置高,还能弥补一些激光雷达垂直方向测试宽度不足的问题。

当然,也不是必须要用抬高位置来解决,SCALA Gen.2(2021年第二代产品)就将垂直方向的视角提高了3倍,但显然需要花费更多心力和时间才行,你看这两个产品的时间跨度就长达4年。

最后就是行人保护的原因了。

近日,李想评论集度SIMUCar设计就很有意思,他认为激光雷达不适合放在发动机盖上,因为这种模式没法通过最新的行人碰撞法规。确实如此,受行人保护法规影响,即便拉风如跳灯、立标,还不是乖乖退出历史舞台。

只是很有意思,李想认为集度SIMUCar的激光雷达会布置在保险杠和翼子板上。但为何自家的理想L9不这么干呢?当然这里可能是语境的原因,咱们也没必要抠字眼。加上如上所说,放在车顶也有其他好处。

而且最佳的行人保护设计,也不是将激光雷达放在保险杠和翼子板上。这是因为车头适当做软能有效避免伤害行人腿部,如果将激光雷达放在车头,显然要增加刚性才行,两个要求相悖。

其实为了保护行人,现在还有一项“行人保护腿型试验”,这个长条状的实验块,甚至可以模拟出膝盖十字韧带断裂的情况。喜欢看NBA的朋友肯定知道,神射手、防守大闸克莱·汤普森就是因为这种伤导致两年没能打上球,复出后运动能力严重衰退。

这项试验的主标准(《GB24550-XXXX汽车对行人的碰撞保护标准》)还将在2024年7月1日成为强制性国家标准。车企最忌讳的是技术大幅调整,所以与其到时候改,还不如一开始就固定一种模式。

激光雷达为什么不设计在挡风玻璃处?

必须承认,激光雷达放在车顶,既影响颜值,还会增加风阻。车顶方案虽然能从工程原理上说服大家,但这种“直男思维”还是让大家有些不舒服。

这就像你给女朋友讲道理,问题是:道理她能听懂,但肯定还会说你不懂她。

不要急。

怎么调和这个问题,确实还有一个思路,那就是把激光雷达集成在挡风玻璃上。如此既能符合技术需求,颜值又高。你看,特斯拉就是将三目摄像头安装于挡风玻璃后。所以干脆把摄像头换成激光雷达不就好了嘛。

这个集成摄像头包括前视宽视野、主视野、窄视摄像头

苹果公司于2020年3月提交了一份关于车载激光雷达设备的专利申请,该设备设计用于安装在车辆挡风玻璃后面,可为自动驾驶汽车提供实时3D视觉。

不过这项技术并不能如此简单地完成移植。

上文中,我们提到了激光雷达是向外发射激光束层,接收反射回的波成像,相比于摄像头,曲面结构的挡风玻璃会造成激光雷达电磁波信号衰减。而且国标GB 9656-2016《汽车安全玻璃》规定下的挡风玻璃透光率只是不低于70%,并不是符合激光雷达需求的高透光玻璃(透光率要求90%以上)

要解决这个问题,就需要光学等级的特制挡风玻璃。它具有可控的折射,可以用于传感器应用,以避免信号衰减。

我们且忽略一些关于苹果公司解散造车团队的传言,就按照透露的确保实现2025 年之前批量生产的目标来看,按这个进度来说,苹果的首款车型能否使用激光雷达、激光雷达是否能采用专利所述方案,我认为有很大困难。

不过苹果正在加快该项目的工作,目标是造出一辆具有完全自动驾驶功能的电动汽车,但如果没有激光雷达加持会有很大困难。苹果也自知独自完成难度大,找到的合作方是欧洲公司XenomatiX与挡风玻璃制造商AGC。未来如何发展,我们会持续关注。

总结

从毫米波雷达到激光雷达,汽车技术提升众望所归。但在具体实现方式上,现在还有很多值得讨论的地方。现有的情况看,激光雷达放在车顶是性价比最高的方案,虽然它不够美,还需要优化车顶设计,尽量降低风阻。

当然,或许未来这套方案也会逐渐被替代,只是一块特制的挡风玻璃可不便宜,如果能实现大批量量产还好,否则价格恐怕很高。

本文来自微信公众号:autocarweekly (ID:autocarweekly),作者:七号-宋

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