G9 的激光雷達(dá)不放車頂是有原因的

9 月 21 日，小鵬 G9 正式上市發(fā)布。算上這臺(tái)車之后，今年已交付或者亮相的新車?yán)锎钶d激光雷達(dá)的車型已經(jīng)超過(guò)了 15 臺(tái)，從 A 級(jí)到 D 級(jí)，從轎車到 SUV 都有涉獵。

可以說(shuō)，激光雷達(dá)已經(jīng)成為主流高階智能駕駛的重要標(biāo)簽，而消費(fèi)者對(duì)這個(gè)傳感器的關(guān)注度在這兩年也在迅速增加，過(guò)去的一年大家圍繞討論的話題已經(jīng)從最初的「激光雷達(dá)有什么用」演化到后來(lái)的「激光雷達(dá)有哪幾種類型」。伴隨著激光雷達(dá)的落地上車，具體的量產(chǎn)車型成為了現(xiàn)在大家討論激光雷達(dá)時(shí)的新焦點(diǎn)。

去觀察這些搭載激光雷達(dá)的新車，大家不難發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象：不僅大家采用的激光雷達(dá)各不相同，在激光雷達(dá)總數(shù)和布置方案上大家也有明顯的差異。

所以問(wèn)題來(lái)了，頭部玩家之間為什么會(huì)有這樣的差異，以及導(dǎo)致這些差異的背后又是什么原因？

目前來(lái)看，配備激光雷達(dá)車型在方案上雖有差異，但產(chǎn)生差異的點(diǎn)其實(shí)十分集中，主要就兩個(gè)：

1. 激光雷達(dá)的數(shù)量
2. 激光雷達(dá)的位置

在這篇文章里，我想以小鵬G9所采用的雙激光雷達(dá)布置方案為例，和大家來(lái)聊聊激光雷達(dá)的個(gè)數(shù)是不是越多越好，以及激光雷達(dá)的位置高低到底影響了什么性能，此外還有大家關(guān)心的激光雷達(dá)維修問(wèn)題。

關(guān)于這幾個(gè)點(diǎn)的討論，我們需要結(jié)合智能駕駛系統(tǒng)的感知系統(tǒng)組成以及不同傳感器之間的特性和分工來(lái)看，所以不妨在此回顧一下目前智能駕駛系統(tǒng)采用的四大類傳感器：攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)。

智駕四大傳感器

攝像頭的作用比較好理解，它可以讓車輛「看到」道路環(huán)境，提供豐富的視覺(jué)感知信息，包括但不限于物體的形狀、位置、顏色、圖案等。

從信息種類上來(lái)說(shuō)，攝像頭提供的視覺(jué)畫面最接近駕駛者對(duì)道路的感知，不過(guò)眼睛只是其一，我們能通過(guò)視覺(jué)獲得環(huán)境信息的核心還在于人類有著發(fā)達(dá)的視覺(jué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。想讓汽車的計(jì)算機(jī)從一張由二維像素組成圖片的上獲得堪比人類的空間感知效果目前難度依然極大，于是乎大家又引入了其他類型的傳感器輔助車輛獲得更完整的環(huán)境信息。

比如超聲波雷達(dá)是通過(guò)聲波反射來(lái)進(jìn)行距離檢測(cè)的一種傳感器，我們常說(shuō)的「倒車?yán)走_(dá)」就是超聲波雷達(dá)，它的有效探測(cè)范圍較短，主要用于車身幾米內(nèi)的近距離位置感知，這個(gè)距離下它的精度很高，所以它其實(shí)有那么點(diǎn)像雷達(dá)里的「微距鏡頭」。

毫米波雷達(dá)雖然名字聽(tīng)上去和超聲波雷達(dá)有幾分相似，但它其實(shí)是電磁波傳感器，有效探測(cè)距離相比超聲波雷達(dá)大大增加，可以超過(guò) 100 m，通常用于對(duì)道路上車輛的速度以及距離探測(cè)，不少汽車的自適應(yīng)巡航和 AEB 都會(huì)參考毫米波雷達(dá)的感知信息。

再就是我們今天主要談?wù)摰募す饫走_(dá)，激光雷達(dá)在功能上可以說(shuō)依然是提供物體的位置和速度為主，但與前兩個(gè)雷達(dá)傳感器不太一樣的地方在于它反饋給系統(tǒng)的，不再是簡(jiǎn)單的某個(gè)方向的速度或者距離，而是它工作視場(chǎng)角內(nèi)的路環(huán)境 3D 點(diǎn)云信息，精度高、信息量大。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，激光雷達(dá)工作時(shí)會(huì)用激光掃描出的點(diǎn)云對(duì)它探測(cè)范圍內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的 3D 建模。

不同傳感器的物理特性決定了它們有各自擅長(zhǎng)和不擅長(zhǎng)的場(chǎng)景，不同場(chǎng)景的優(yōu)先級(jí)和冗余必要性又決定了廠家在愿意為對(duì)應(yīng)的適用傳感器付出多少成本和系統(tǒng)資源。在高階智能駕駛系統(tǒng)中，激光雷達(dá)和高階視覺(jué)感知是系統(tǒng)里最重要的兩部分。后者主要的資源投入在軟件和算法，而激光雷達(dá)則明顯更偏向于硬件和工程成本。

值得斟酌的多多益善

首先是關(guān)于激光雷達(dá)數(shù)量的問(wèn)題，我們以車型為例：小鵬 G9 搭載了兩個(gè)激光雷達(dá)，蔚來(lái) NT2.0 車型和理想 L9 采用的是一個(gè)，華為 HI 方案的車型采用了三個(gè)，而沙龍機(jī)甲龍甚至用到了四個(gè)。

首先我們要知道激光雷達(dá)的個(gè)數(shù)影響的是什么。

激光雷達(dá)的視場(chǎng)角 FOV（Field of View）代表著激光雷達(dá)的所能掃描到的有效區(qū)域，如果將它類比為車輛的大燈，那么大燈照亮的區(qū)域就是「FOV」。

在硬件相同的前提下，激光雷達(dá)的個(gè)數(shù)越多，那么組合而成的整體視場(chǎng)角就越大，回到大燈的例子，同一臺(tái)車，大燈壞掉一個(gè)的時(shí)候能照亮的區(qū)域自然沒(méi)有正常亮兩個(gè)時(shí)那么大。

數(shù)量上我們從多往少去看。四個(gè)激光雷達(dá)的車型覆蓋的是車輛前、后、左、右四個(gè)方向。

如果是三個(gè)激光雷達(dá)的車型，那么后向激光雷達(dá)通常被舍棄，剩下前、左、右三個(gè)方向。

而兩個(gè)激光的車型和一個(gè)激光雷達(dá)的車型都是留下前向，雙激光雷達(dá)在左右兩側(cè)的視場(chǎng)角會(huì)更大。

理論上來(lái)說(shuō)，感知視野多多益善，畢竟獲得的視野越廣，對(duì)于道路環(huán)境的感知就越充分，但激光雷達(dá)是一個(gè)成本很高的傳感器，成本最終會(huì)反應(yīng)在車輛價(jià)格上，增加與否需要考慮系統(tǒng)的「投入產(chǎn)出比」，除非是只要性能不計(jì)成本的 Robotaxi。并且增加激光雷達(dá)數(shù)量也會(huì)讓系統(tǒng)需要處理的感知信息量大幅增加，這又對(duì)車輛的計(jì)算端提出了更高的新能要求。

所以實(shí)際上這個(gè)「多多益善理論」在量產(chǎn)應(yīng)用中卻是另一番景象。

當(dāng)車輛處于行駛中時(shí)，前、后、左、右四個(gè)方向的視野有顯著的優(yōu)先級(jí)劃分，前向視野最為重要，側(cè)向次之，再是后向。所以如果只留一個(gè)傳感器，那么一定是留給前向，如果有多才會(huì)再給到側(cè)面。

道理很好理解：我們開(kāi)車的時(shí)候，注意力主要都是放在道路前方，然后時(shí)不時(shí)看看兩側(cè)以及車內(nèi)后視鏡。在智能駕駛系統(tǒng)里，對(duì)側(cè)后和正后的感知信息并不會(huì)那么追求高精度和遠(yuǎn)距離，用毫米波雷達(dá)加攝像頭的組合已經(jīng)能夠滿足。

所以將系統(tǒng)性能的「多多益善理論」納入成本和工程必要性考慮以后就會(huì)發(fā)現(xiàn)，一味增加激光雷數(shù)量對(duì)系統(tǒng)的能力提升并非線性關(guān)系，但成本上卻是。所以兩顆和一顆激光雷達(dá)的方案在目前相對(duì)而言會(huì)更多見(jiàn)。

兩顆前置和一顆前置在前向視野上的區(qū)別主要在側(cè)向視角的覆蓋率。

G9 所采用的激光雷達(dá)水平視場(chǎng)角為 120°，只用一顆的話車輛左前和右前方就會(huì)有一個(gè)小的激光雷達(dá)盲區(qū)。對(duì)于垂直于車頭的方向的橫向物體感知會(huì)稍有欠缺。

而這個(gè)盲區(qū)在某些場(chǎng)景下就會(huì)成為隱患：

• 并排停車起步狀態(tài)下有人近距離橫穿；
• 駛出靠墻的垂直車位時(shí)有橫向車輛駛過(guò)；
• 駛?cè)霟o(wú)保護(hù)路口時(shí)有橫向車輛駛來(lái)。

但是如果用兩顆橫向視場(chǎng)角 120° 的激光雷達(dá)組合在一起并各向左右兩側(cè)偏轉(zhuǎn)一定角度，組合成接近 180° 的視場(chǎng)角，那么這個(gè)盲區(qū)就會(huì)縮小很多。不難發(fā)現(xiàn)，前面提到的這幾個(gè)特殊場(chǎng)景都是城市場(chǎng)景和復(fù)雜泊車場(chǎng)景才會(huì)有的案例，而這兩大場(chǎng)景恰巧是小鵬在 P5 上開(kāi)始運(yùn)用并打算在 G9 上繼續(xù)攻克的難題。

所以 G9 的激光雷達(dá)在工程上的核心考慮之一就是更好地服務(wù)于城市領(lǐng)航輔助駕駛，提供更多特殊場(chǎng)景下的針對(duì)性環(huán)境感知信息，兼顧側(cè)向感知的雙激光雷達(dá)方案正是這種需求下最需求對(duì)口的選擇。

各有優(yōu)劣的高下之爭(zhēng)

討論完激光雷達(dá)數(shù)量的問(wèn)題以后，另一個(gè)有明顯分歧的地方是激光雷達(dá)該放在哪。

我們經(jīng)常聽(tīng)到的一種聲音是「站得高看得遠(yuǎn)」，其代表方案是就是當(dāng)今十分流行的頂置激光雷達(dá)方案。蔚來(lái) NT2.0 車型、理想 L9、智己 L7、飛凡 R7 等車型都采用了這樣的方案。反而是十分注重智能駕駛的小鵬 G9 成為了這波新車?yán)锏摹咐狻?/p>

頂置激光雷達(dá)方案的好處顯而易見(jiàn)，把激光雷達(dá)放在車頂前向視野遮擋最少，碰撞風(fēng)險(xiǎn)也很小。但頂置激光雷達(dá)的不足依然存在：

1. 烈日暴曬之下頂置激光雷達(dá)的散熱負(fù)擔(dān)更大，如果再配合黑色車頂，問(wèn)題會(huì)更加顯著；
2. 布置于車頂之后，近車身區(qū)域的激光雷達(dá)低位探測(cè)盲區(qū)也會(huì)大一些。

把激光雷達(dá)放在車頭相比頂置方案在「防曬」問(wèn)題上更好解決，藏在車身內(nèi)部避免了烈日直射的問(wèn)題。

不過(guò)更加重要的是第二點(diǎn)。馬斯克曾諷刺激光雷達(dá)是一個(gè)「拐杖」，可以探測(cè)到物體但卻無(wú)法獲取物體更多的顏色和其他語(yǔ)義的信息，語(yǔ)義維度更全的視覺(jué)信息可以比激光雷達(dá)做得更好。

他這番話里的「視覺(jué)」是理想狀態(tài)下的樣子，如果碰到一個(gè)沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)訓(xùn)練的未知物體，視覺(jué)系統(tǒng)可能無(wú)法識(shí)別，連「探測(cè)物體」的能力可能都沒(méi)有。而激光雷達(dá)不一樣，在其視場(chǎng)角之內(nèi)探測(cè)范圍哪怕沒(méi)有經(jīng)過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，至少可以通過(guò)實(shí)打?qū)嵉?3D 點(diǎn)云信息探測(cè)到物體，系統(tǒng)不至于與之發(fā)生碰撞，所以這也是為什么大家會(huì)強(qiáng)調(diào)激光雷達(dá)在安全冗余上的重要作用。

但前提是被探測(cè)物體「在視場(chǎng)角之內(nèi)」。而頂置激光雷達(dá)和前置激光雷達(dá)的視場(chǎng)角特性會(huì)有一些區(qū)別，我們說(shuō)車頂激光雷達(dá)視野好，說(shuō)的是不容易被前車遮擋，而「高」所來(lái)的視野增益并不是全方位的，開(kāi)高車身 SUV 時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)車頭和兩側(cè)的視覺(jué)盲區(qū)比轎車更大，其實(shí)頂置激光雷達(dá)也會(huì)碰到這樣的問(wèn)題。

而這個(gè)盲區(qū)里就包含了一些需要注意的情況，例如：近車身的位置的地鎖、穿行的寵物、錐桶等物體。毫米波和超聲波雷達(dá)對(duì)這些物體的探測(cè)一方面容易誤報(bào)，另一方面測(cè)距的精度也不足，如果將激光雷達(dá)置于車頭情況就會(huì)好很多。

前面討論為什么 G9 用兩顆激光雷達(dá)時(shí)，我們從場(chǎng)景倒推得到的結(jié)果是城市場(chǎng)景對(duì)于前側(cè)向視場(chǎng)角要求更大，近車身盲區(qū)的物體檢測(cè)同樣是城市場(chǎng)景才需要重點(diǎn)關(guān)注的地方。

有讀者可能會(huì)想，為了近車身盲區(qū)的問(wèn)題舍棄高處布置帶來(lái)的更佳前向視野是不是有點(diǎn)因小失大？實(shí)際上車輛的前視攝像頭放位置和頂置激光雷達(dá)高度上比較接近，像 G9 所采用的前向視覺(jué)模組里包含一個(gè)長(zhǎng)焦 800 萬(wàn)像素?cái)z像頭承擔(dān)「望遠(yuǎn)」的任務(wù)。

在無(wú)遮擋情況下，激光雷達(dá)在頂置和放在車頭兩種方案下對(duì)于遠(yuǎn)距離的感知幾乎一致。大家可以想象一個(gè)場(chǎng)景，深夜拿強(qiáng)光手電照路，如果手電的照射方向都保持朝前，我們不管是正常拿在腰的位置和舉到頭頂其實(shí)對(duì)于遠(yuǎn)處的照射效果基本沒(méi)有實(shí)質(zhì)性影響。

因此激光雷達(dá)高低布置上的差異，主要就看大家在感知上更愿意讓激光雷達(dá)視場(chǎng)角分配給哪一塊。注重城市場(chǎng)景的小鵬在兩側(cè)和近車身盲區(qū)問(wèn)題上有更多的考慮，所以 G9 和 P5 把激光雷達(dá)放在了能更好檢測(cè)這類場(chǎng)景的車頭位置。與之對(duì)應(yīng)的是更注重高速場(chǎng)景的理想和飛凡則把激光雷達(dá)放在了車頂。

被夸大的碰撞問(wèn)題

激光雷達(dá)放在車頭還是放在車頂主要是不同場(chǎng)景的優(yōu)先級(jí)考慮，對(duì)于消費(fèi)者還有一個(gè)擔(dān)憂是激光雷達(dá)的碰撞維修問(wèn)題。

激光雷達(dá)放在車頂?shù)拇_比放車頭要更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槌讼薷咔闆r，這個(gè)區(qū)域很難在事故中被撞到。作為事故重災(zāi)區(qū)的車頭如果放了激光雷達(dá)大家直觀上很容易認(rèn)為損壞概率更大。

但需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是車頭的激光雷達(dá)并沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)上傳言的那么脆弱。這里我們可以看實(shí)際的數(shù)據(jù)：已經(jīng)交付的小鵬 P5 車型，激光雷達(dá)的維修次數(shù)僅占到 P5 總維修次數(shù)的 0.2%。

在 G9 上，小鵬對(duì)此又做了進(jìn)一步的優(yōu)化，首先是把激光雷達(dá)的位置做了內(nèi)凹處理，并且位置更高（相比 P5 抬高 245 mm），讓一般的擦碰不至于直接傷到激光雷達(dá)，然后又將激光雷達(dá)防護(hù)玻璃的厚度做到了 5 mm，剮蹭事故中有更強(qiáng)的抗沖擊能力。

如果事故真的較為嚴(yán)重導(dǎo)致了激光雷達(dá)的損壞，維修和車損一樣可以走保險(xiǎn)。再就是大家比較關(guān)心的問(wèn)題：一個(gè)激光雷達(dá)的價(jià)格是多少？

網(wǎng)傳動(dòng)輒過(guò)萬(wàn)的信息其實(shí)存在誤導(dǎo)性，小鵬 P5 上的覽沃激光雷原先是 8,900元一顆，如今價(jià)格再度下調(diào)1/4以后是 6,600 元左右一顆，這個(gè)價(jià)格看起來(lái)可能不便宜，但實(shí)際上很多車輛的大燈比這個(gè)價(jià)格要貴。

寫在最后

關(guān)于激光的布置問(wèn)題，我們?cè)谖恼吕镎f(shuō)了很多場(chǎng)景和傳感器特性相關(guān)的問(wèn)題，但在文章的末尾我覺(jué)得有必要提及一下小鵬不容忽視的「資歷」。

實(shí)事求是地講，小鵬在智能駕駛上的積累和能力在近幾年有目共睹，大的地方比如 2021 年的高速 NGP 和今年的城市 NGP 都是國(guó)內(nèi)率先落地上車。小的地方像記憶泊車、XPILOT 的使用前用戶答題測(cè)試也是領(lǐng)先于同行。

在如何做好一套高階智能駕駛的感知系統(tǒng)這個(gè)問(wèn)題上，我相信小鵬比國(guó)內(nèi)的多數(shù)廠商都更有發(fā)言權(quán)。

而作為智能駕駛硬件規(guī)格最高的小鵬車型，G9 顯然要繼續(xù)去為小鵬爭(zhēng)更多的第一，比如 P5 上已經(jīng)首發(fā)的城市輔助駕駛，在 G9 上要更進(jìn)一步，做到全場(chǎng)景智能駕駛，成為小鵬智能駕駛最強(qiáng)車型。

我們前段時(shí)間曾在 App 上發(fā)起過(guò)一個(gè)投票：廠商應(yīng)該繼續(xù)打磨高速領(lǐng)航還是盡早上城市領(lǐng)航？

結(jié)果有 71% 的用戶投給了前者，在眾多的回答里，大家都表現(xiàn)出了對(duì)于城市領(lǐng)航功能完成度的擔(dān)憂，其中有一位的回答十分幽默：高速領(lǐng)航是羊了個(gè)羊的第一關(guān)，而城市領(lǐng)航是第二關(guān)。

而這也是行業(yè)的目前的實(shí)際情況，中國(guó)交通環(huán)境下的城市領(lǐng)航難度巨大，面臨很多的技術(shù)盲區(qū)和政策限制，對(duì)于企業(yè)屬于投入巨大但是產(chǎn)出未知的業(yè)務(wù)。所以并不是每家企業(yè)都想去啃這塊硬骨頭，或者說(shuō)不想作為試錯(cuò)成本最高的先驅(qū)者去攻克。

當(dāng)不同的企業(yè)之間有著不同階段目標(biāo)的時(shí)候，評(píng)價(jià)技術(shù)的先進(jìn)性其實(shí)已經(jīng)不存在橫向的可比性。

為了做到更全面的城市領(lǐng)航安全冗余，小鵬 G9 采用布置于車頭的前向雙激光雷達(dá)，除此之外還有環(huán)視 BEV 視覺(jué)感知和多角度毫米波雷達(dá)，在所有人都聚焦的地方，小鵬沒(méi)有失位，但它的出發(fā)點(diǎn)又有自身愿景下的合理性和場(chǎng)景針對(duì)性。

我相信，G9 交付后的實(shí)際表現(xiàn)將是對(duì)小鵬這一業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)最客觀和有力的驗(yàn)證。