激光雷达三部曲之——Velodyne翁炜:如何让激光雷达成本降到500美金?

  • 翁炜
  • 发表于: 2016/08/11 06:19:00 来源:车云网

Velodyne未来2020年供给车厂使用的Puck3.0,将是一款固态激光雷达。

车云按:8月4日-8月5日由车云和佐思产研联合主办的2016年自动驾驶汽车开发及测试技术研讨会在上海举行。Velodyne首次在中国公开场合进行演讲。亚洲区市场总监翁炜在会上介绍了车用激光雷达的技术和产品路线。本文根据现场演讲速记整理。

Velodyne亚洲区市场总监翁炜Velodyne亚洲区市场总监翁炜

Velodyne是从音响起家的,1983年成立。老板David Hall开摩托的时候没有一个好用的重低音音响,遍寻所有品牌最后决定自己做了一个。他是真正的一代硅谷创业人,在自己的车库做了重低音音箱。家里看到潜力,组了公司投了20万美金,没想到越做越好,到现在为止仍然是音响界公认的专业级产品。

现在整个公司大概有三个分支,音响这部分还有存续,而且卖得不错。第二部分Lidar,第三部分是船,虽然三个部分看起来风马牛不相及,其实都是依据同一个原理——测距,音响是音频测距、Lidar是激光测距,船也是测距,细节我们就不谈了。

64线激光雷达

公司Lidar10年前在Darpa无人车挑战赛上被参赛团队使用。当年参赛的第一名和第二名是卡内基梅隆大学和斯坦福大学,到现在为止,基于Lidar做无人车都或多或少和这两所学校存在关系。两所大学是基于Lidar做无人车的鼻祖。

然后要谈Velodyne的三款产品,64线、32线,16线。到现在为止随着每款产品推出,都还在说64线是为无人车设计,其他产品并不是专为无人车设计。作为一个科学家和发明人,前瞻是很重要的,David Hall具有很高的前瞻性,他在十年前就看到了Lidar的需要,很明确提出64线甚至更高线数的激光雷达,是未来无人车发展所需要。现实也在一步一步证明这件事。

Darpa挑战赛完成比赛的六家队伍中,五家都是用64线,但是没有一家车厂感兴趣,尺寸太大,没法装,没有人使用这款产品。

大概谈谈64线产品比较重要的地方。

第一个,就是业界一直在说赞美它也好,垢病它也好,就是360度高速旋转。每秒要达到20转的速度,在高速旋转的情况下,每秒钟发射出一束激光,发射到120米,甚至现在200米的距离,返回信号再把接收器打开收进来,这是有点难度的。

第二个,就是在UDP包里含有“密度”数据,这是对现在无人车发展非常重要的信息,因为它可以很有效地转化成“反射率”信息。前面有这么多块牌子,根据反射率的信息,就可以知道哪一块是交通标志相关,使摄像头免去阅读所有环境信息,对计算起到了很大作用。

第三个,能量问题。64线是符合人眼安全标准的民用产品,这个能量有所限制,怎么能够在现有能量限制范围之下让64束的激光发射200米,再有效地收回这些信息,这是核心技术的第三点,也保证我们的产品到目前为止得到了业界的认可。

64线产品推出之后,汽车行业没有使用,相反地图行业开始购买。现在所有做基础地图的企业,全部采用Velodyne的Lidar,为后来的无人车打下基础。同时在地图行业之外,安防领域开始大规模使用,安防领域实现技术相对简单,因为安防无人车可以定义为封闭环境无固定路线的驾驶,在安防行业运用无人车有相当长的时间了,并不是像大家想象的现在才开始,无人车的控制技术已经比较成熟。现在更多关注的是人身安全的问题是怎么避免,99.999%的安全是无人驾驶推广的关键性问题。

除了安防行业的特种车辆以外,对64线产品比较热衷的是互联网行业。互联网行业从Google开始,到Google衍生出来的所有玩家,比如国内最著名的百度,都是基于64线Lidar做无人驾驶,这也导致了传统汽车行业感觉到压力,到上个月为止,Velodyne和全世界所有的汽车厂商都达成了一对一的合作,或是深度合作,或是产品测试的合作。

除了汽车行业之外,我们的产品还用在无人机行业。无人机覆盖边疆、海洋地区的地图制造,保险业用大量的Lidar产品,还有机器人和重型机械也用到Lidar,产品销售的主要方面包括地图行业、安防行业、军事用途、重型机械,另外就是导航。

去年4月份推出比较小的16线的Lidar以后,汽车比较感兴趣并开始使用。涉及到智能交通和智能城市的很多专家意识到Lidar的重要性,和我们密切接触,使我们意识到这些需求,便开始研发生产。

这两天很多同事在讨论:未来的智能交通或者无人车到底需不需要Lidar的引入?放眼国外,可以很清楚地看到趋势。上图由加州机动车辆管理局公布,所有在加州申请上路测试无人车的企业,都要向它报告本月进度。里面列的所有申请牌照的企业里,2015年只有Google一家是基于Lidar来做的,其余都是基于摄像头方案。

但是今年申请到牌照开始,从GM到Faraday Future,主流汽车厂也好,新兴的互联网行业也好,所有的企业全部都是基于Lidar做无人驾驶,无人驾驶技术没有办法避免Lidar。同时加州报告里包含了本月测试了什么车,什么内容,结果如何,有什么问题,对于业界继续无人驾驶研究来说是很好的资源。

车用历程

下面讲一讲跟车有关的思路,去年4月份16线小Lidar推出,这款产品是为了无人机推出的,以前飞机做地图测量时,要报起飞路径和空管同意,大概每次2万美元。后来可以用固定翼或是螺旋桨无人机了,这就节省了起飞报批的时间和费用,可以搭载我们的32线产品。再后来无人机厂商推出四旋翼无人机,价格更具优势,于是当时我们根据需要推出了16线产品,重量是830克。

但是当时市场调研没做好,用3000美元的四旋翼无人机,搭载8000美元的Lidar,然后搭载25000美元的IMU,还要比较好的GPS和高清摄像头。整体加起来的价格远远大于无人机的价值,飞上去的话发生意外,好几万的美金就没了,16线产品推出来后,没有在无人机行业推广开来。

但是没想到去年4月份汽车行业蜂拥而入使用了这个产品,他们明确表示,尺寸可以用了,所以买了一批回去。到了去年10月北美汽车企业经过了六个月的测试,给我们的反馈了几条意见:

首先,传统的汽车行业,现在是生死存忘的阶段,互联网的切入让他们感到危机,他们害怕诺基亚黑莓的下场,车厂要联盟起来对抗互联网行业。

第二,他们衡量整个的形式以后,发现一步一步通过ADAS开始做,实现起来太慢,斗不过互联网,所以必须现在就要开始从全自动开始着手。要做全自动就要用Lidar来做,现在的16线尺寸是可以的,但是线数太少,收集的数据量不足以减轻后台GPU的运算,导致GPU的散热太重,希望在16线尺寸基础上推出一款新的至少32线的产品。 

这是去年十月份,这也是后来CES上福特拿出来这个基于LIDAR来做的那个产品。从上图看出,32线反映出来目标物体的形象和线数比较少的产品反映出来的区别,可以直观看到线数多的对于后台预算减少负担的作用。

同时车企还提出,我们现有的产品探测距离是100米,最多120米,为了有效使用在汽车行业,至少有200米的测距,上图实现探测距离200米的情况下,信号采集量增大了很多,这也给整车做出反应赢得了时间。

基于这几点的要求,我们进一步向汽车厂询问技术指标。但是所有的车厂对新传感器提供不出技术指标,于是我们做了一款32线测距200米的通用版本,尺寸大小和现在16线一样,给车厂测试,这款产品叫Puck1.5。目前我们已经把这个产品提供给相应合作的厂商,测试时间截止到今年年底为止。现在初步有了回馈,基于这些回馈明年还会再推出一款产品,根据今年回馈的技术指标进行修改设计。

推出这款产品的目的是什么?无人驾驶有很重要的AI部分,要让人坐在车里要觉得舒适,车要学习人类驾驶习惯等操作,这些需要通过计算机一点点学习熟练。Google从07年开始积累这些信息,车厂拼时间没有太多优势,只好用数量替代时间。跟我们合作的主要车厂从2017年下半年开始到2018年上半年,每个车厂使用600到1000台车,通过这样大规模的测试车,来收集AI信息,这就是下一代Puck2.0产品的作用。

最终到2019年上2020款产品,就会推出3.0产品。很多车厂提出现在的Lidar是旋转的,提出来做不旋转的激光雷达,我们还会出一款不转的产品。

下图是现在的32线,原来的所有Lidar 都是线性分布和排列的,为了满足车厂要求,Velodyne将32线的产品做成两边密度低一点,中间的密度高一点,所以中间做了一个矩阵形式4乘4的。整个东西旋转起来,中间密度会比较高。这个虽然看着是挺简单的事情,但是矩阵形式做完后,对未来做不转的Lidar提供了一个基础。

未来2020年给车厂用的3.0,会固化四个部件。产品可以通过软件调整激光束的通道数量,同时发射角度也可以调节,另外固化马达镜片以及反射装置,我们给汽车厂Tier1提供的产品,他们可以根据需要设计形式和外观进行组装。

同时Lidar除了在车上做定位和防碰撞的用途,还有一个附加值。

国外最著名的手机叫车公司认为,将来他们不需要基础地图,他们有这么多的车在街上跑,每个车带一个Lidar,就可以随时更新这些地图。他们提出32线线数还不够,希望能做得更高。最近比较明确提出2020款产品要做成128线,中间的阵列可以做到最多9乘9行,覆盖60度到120度。这样就可以很容易地把它装到汽车里面去,出租车车顶要装旋转的可以装旋转的,乘用车不希望旋转,把它做到车身,我们也能实现。所以这是我们未来通过阵列方式提供给车厂的两种选择。

产品线

产品线大概包括几点,现有产品之外的是Puck Color3D。Velodyne现在有一个团队在研发,希望把激光定位的XYZ点上融入RGB信息,如果未来大量车是无人驾驶,那信号灯就不再需要,有了能识别RGB信息的激光,就能在这方面加一些应用。

同时刚刚提到给车企试用的32线,会成为我们的标准部件产品,可以直接购买。32线B是因为现在16线视角高度不够,做一个视角更宽产品可以让大家用起来。很多车厂不希望购买统一产品,希望有特色,要定制,所以XX就是定制产品。

100K产品的意思是说,未来车厂要用数量争时间,每个车厂数量600到1000台,我们已经收到订单,在2017年下半年、2018年上半年交货,达到100K的订单量,我们就把这款产品定义为100K,100KXX是指,我们收到2017年下半年到18年交货的100K辆订单的定制产品,还有1million的就是未来在2019年、2020年交货的128线产品。

大家现在还在谈论Lidar太贵用不起。福特在CES上说过,2020年款车上用Lidar,产品价值单价500美金以内,2025年承诺产品单价200美金以内,我很负责跟大家说,如果明年拿到订单一百万,我立刻就可以给到五百美金单价。

V-ADAS是基于辅助驾驶的产品,汽车周边还会有很多传感器,我们基于这个需要简化产品性推出了一款产品。VLP-16 LW是为无人机做的,地区和国家会对无人机的飞行有一定的限制,被限制在某一空域飞行后,对它的防碰撞就提到议事日程上。最后两款是用于安防,现在新加坡和德国提出来在主要的十字路口上装上Lidar,收到的信息可以和车辆进行交互,可以有效提高安全性。

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