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一篇解答:激光雷达布设方案与高级辅助驾驶功能如何结合?
2022.05.06
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2022年4月18日,集度汽车公布首款机器人概念车双激光雷达方案,引发汽车智驾圈热议,由此牵扯出一个困扰众多汽车人许久的重要问题:激光雷达装在哪里,才是最好的?


作为激光雷达赛道从0到1亲历者,亮道智能结合多年与多个激光雷达量产项目经验,分享我们对于激光雷达安装位置布设背后的思考逻辑。


亮道智能根据整车要实现的功能和自身开发经验,将功能定义分解成各个传感器的目标探测需求。从图中可知,激光雷达布设方案的多样性与当下不同主机厂的ADAS高级辅助驾驶功能设计是强关联的。



如图所示,在前方探测、车道线、侧后方探测、泊车、疲劳驾驶、灯光控制等不同常见应用和功能时,不同位置激光雷达的表现和作用是不一样的。达到FCW、AEB front car、AEB-crossing等功能,实现前方探测应用,前向位置的激光雷达的目标探测更准确;想要实现泊车应用功能,还需要侧方激光雷达精准感知的支持。


图收藏好,听我们逐一娓娓道来。


激光雷达最初的样子


众所周知,全球第一款搭载激光雷达量产车型是奥迪A8,采用法雷奥Scala激光雷达传感器,从项目定点到2017年量产发布,历经8年研发周期。


奥迪A8 的激光雷达安装位置在汽车前格栅下,主要应用功能为前方目标物识别。由于Scala垂直FOV较小,所以安装位置较低。其对可靠性的要求主要在于应对沙石的冲击和环境保护规格方面,需要符合ISO 20567-1 SAE J400和IP67 / IP6K9K的防水防尘等级。


奥迪A8的激光雷达是Level3自动驾驶的重要传感器,可以和其它传感器组合,实现交通拥堵辅助驾驶,可以自动跟随前车。



多元化的激光雷达安装方案


随着自动驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶(AD)在中国市场的遍地开花,主机厂商有了更多更勇敢的尝试。激光雷达技术的日益进步,参数性能的不断递增,给了产品结构布置更多空间,可以放在车身更高的位置,实现车辆前方目标物的探测。


尤其在2021年,所谓的激光雷达量产上车元年,共有十几款搭载激光雷达的车型涌现,安装位置呈现多元化趋势。


1.放置在车顶



安装在车顶正前方,是目前激光雷达较为主流的设计方案,例如理想L9、蔚来ET7。其实现的功能为前方碰撞预警(FCW)、自动紧急制动(AEB -前向)、自适应巡航(ACC)以及作为高阶自动驾驶功能的目标探测传感器。适用于大部分前向场景的探测。


一般装车顶的时候会考虑FOV下边缘跟车顶盖的位置,所以根据车型的不同一般会有下倾几度的适配。安装的位置越高,对于LiDAR的视野会更好,比如,可以越过前车检测到前前车。从工程角度来说,车顶位置较高,在行驶过程中不易被沙石喷溅,且不易受到碰撞危险。该安装方案在硬件成本、防污和碰撞维修成本等方面优势明显。


同样也是因为车顶高处的位置特性,在工程设计中面临几个技术难点。


首先,车顶较其他位置更易受到太阳光直射,对激光雷达的散热性能提出了较大挑战。清洗装置的使用也较难把控。


其次,激光雷达线束向下探测时,会受到前方引擎盖影响,车辆正前方有一定盲区,近距离目标探测受限。


这里补充一个小知识:盲区的计算。


盲区的大小由几个因素构成:垂直FOV①,LiDAR的安装高度(Height1),前引擎盖的高度(Height2),以及LiDAR所能调整的向下倾斜俯仰角②。受限于LiDAR的俯仰角的大小限制,②的数值无法任意变大,不然会影响前方探测的距离。



2.放置在车前方左中右处



当一颗激光雷达无法满足功能场景需求,主机厂也会选择多颗激光雷达的组合配置方案。市场现有的多激光雷达方案之一是放置在前方左中右,例如ARCFOX极狐,将三颗激光雷达安放在车前方的保险杠和车前格栅处。可应用于前方碰撞预警(FCW)、自动紧急制动(AEB -含十字路口)、自适应巡航(ACC)功能。组合后的水平FOV会更大,对于头顶式一颗激光雷达无法覆盖的十字路口场景盲区也能进行有效探测。


相比于车顶方案,前方位置在外观设计和散热方面的难度会低很多。但因其位置偏低,存在着容易受到地面沙石、水的飞溅和污染,甚至破坏的风险。一旦发生碰撞和损坏,更换成本会很高。而且,理论上来说,激光雷达数量越多,硬件成本也会越高。


还有一种安装方式是在前方左右两侧,如小鹏P5,两颗激光雷达装于前侧左右保险杠处。该位置设置除了前段提到的3颗激光雷达所面临的难点外,还需要注意两边激光雷达的角度布置,解决近距离盲区和十字路口AEB工况的问题(如下图所示)。



3.放置在前引擎盖上方左右



第三种就是最近引起广泛讨论的集度方案。其实现功能和第二种前方左中右的方案大致相同,对防污的要求较小。但是,由于前引擎盖受太阳直射,温度较高,在散热、防水、碰撞维修成本等问题上会面临考验。最重要的一点是,引擎盖是活动部件,会对使用和标定造成风险,需要严格的在线动态标定,确保激光雷达硬件的可靠性。


和安装在车顶的方案类似,安装在引擎盖上,影响激光雷达的盲区大小的几个因素构成:垂直FOV①,LiDAR的安装高度(Height1),LiDAR所能调整的向下倾斜俯仰角②,以及引擎盖遮挡的限制。



所以,装车在引擎盖位置,一般引擎盖比较平,有时候需要LiDAR往上倾,牺牲掉一部分的LiDAR的FOV。弹出式的装机方案,主要的挑战在于工程化的可靠性,比如说,使用过程中因为机械老化,震动等原因导致安装角度的偏移,对Online Misalignment detection and correction(在线错位检测和纠正)的要求极高。


激光雷达安装在哪个位置才最合适?


分析了这么多,那么,激光雷达安装在哪个位置才是最合适的呢?


从以上几个安装方案的分析可以看出,激光雷达的安装位置需要考虑到以下几个方面:


①外观
②散热
③碰撞保护
④表面防污
⑤设备干涉
⑥尽可能小的盲区
⑦成本


对于OEM而言,首先需要关注的是车身ID设计、车身外观和功能定义,并兼顾激光雷达的位置选定。而激光雷达的布设方案设计的出发点,应该是是否满足功能场景的需求与工程落地之间的平衡点。


作为激光雷达系统供应商,需要做的是解读OEM对于激光雷达功能的需求,转化成LiDAR的探测覆盖范围分析,同时考虑到应用场景的复杂多样性和车身ID设计,进行光学模拟,最终实现设计方案落地。而这,恰恰是亮道智能所擅长的。

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    发现前所未见,点亮未来出行。

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    成为全球激光雷达智能应用领导者。

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    待人真诚,待物客观,待己坦然。
    开放包容,拥抱变化,快速敏捷。
    专注创新,持之以恒,坚持做有价值的事情,直至成功。


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更新日期:2020年2月
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