G9 的激光雷达不放车顶是有原因的

9月21日，小鹏G9正式上市。算上这辆车，今年已经交付或亮相的15多辆新车都配备了激光雷达，从A级到D级，从轿车到SUV。可以说，激光雷达已经成为主流先进智能驾驶的重要标签，近两年消费者对该传感器的关注度也迅速提升。在过去的一年里，讨论的话题已经从最初的“激光雷达有什么用”演变成了随后的“有什么类型的激光雷达？”。随着激光雷达的落地和登车，特定的量产车成为讨论激光雷达的新焦点。纵观这些搭载激光雷达的新车，每个人都不难发现一个现象：不仅每个人使用的激光雷达不同，而且激光雷达的总数和布局方案也存在显著差异。那么问题来了，为什么头部玩家之间会有这样的差异，这些差异背后的原因是什么？目前，虽然配备激光雷达的车辆在选项上存在差异，但差异实际上非常集中，主要表现在两个方面：激光雷达的数量和激光雷达的位置。在这篇文章中，我想以小鹏G9采用的双激光雷达排列方案为例，和大家谈谈激光雷达是否越多越好，以及激光雷达的位置会影响什么性能。此外，还有大家关心的激光雷达维护问题。对于这些点的讨论，我们需要看看智能驾驶系统的传感系统的组成以及不同传感器之间的特性和分工。因此，我们可以回顾一下目前智能驾驶系统中使用的四种传感器：摄像头、超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达。四个传感器摄像头在智能驾驶中的作用相对容易理解。它们可以让车辆“看到”道路环境，并提供丰富的视觉感知信息，包括但不限于物体的形状、位置、颜色、图案等。就信息类型而言，摄像头提供的视觉图像最接近驾驶员对道路的感知，但眼睛只是其中之一。我们通过视觉获取环境信息的能力的核心也是人类发达的视觉神经网络。汽车计算机仍然很难从二维像素图像中获得与人类相当的空间感知效果。因此，已经引入了其他类型的传感器来帮助车辆获得更完整的环境信息。例如，超声波雷达是一种通过反射声波来检测距离的传感器。我们经常把“倒车雷达”称为超声波雷达。它的有效探测范围相对较短，主要用于车身几米范围内的接近位置传感。在这个距离上，它的精度非常高，所以它实际上有点像雷达中的“微距镜头”。虽然毫米波雷达的名字听起来与超声波雷达有点相似，但它实际上是一种电磁波传感器，与超声波雷达相比，有效探测距离大大增加，超声波雷达可以超过100米。它通常用于检测道路上车辆的速度和距离。许多车辆的自适应巡航和AEB都参考了毫米波雷达的传感信息。接下来，我们今天主要讨论激光雷达。就功能而言，激光雷达仍然主要提供物体的位置和速度。然而，与前两种雷达传感器不同的是，它不仅向系统反馈某个方向的速度或距离，还向系统反馈其工作视野内道路环境的3D点云信息，精度高，信息量大。简单地说，当使用激光雷达时，它使用激光扫描的点云对其探测范围内的环境进行实时3D建模。不同传感器的物理特性决定了它们有自己的好场景和坏场景。不同场景的优先级和冗余必要性也决定了制造商愿意为相应的适用传感器和系统资源支付多少费用。在高阶智能驾驶系统中，激光雷达和高阶视觉感知是系统中最重要的两个部分。后者主要投资于……

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拼音 双语对照软件和算法，而激光雷达明显更偏向于硬件和工程成本。第一个值得考虑的问题是激光雷达的数量。我们以车型为例：小鹏G9配备了两个激光雷达，蔚来NT2.0车型和理想L9配备了一个，华为HI方案使用了三个型号，沙龙机器人龙甚至使用了四个。首先，我们需要知道激光雷达的数量会影响什么。激光雷达的视场角FOV表示激光雷达可以扫描的有效区域。如果将其与车辆的前照灯进行比较，则前照灯照亮的区域称为“FOV”。在硬件相同的前提下，激光雷达数量越多，组合形成的整体视场角就越大。回到前照灯的例子，当同一辆车上的一个前照灯发生故障时，可以照亮的区域自然不会像两个正常点亮时那么大。就数量而言，我们从多到少看。四种激光雷达型号覆盖了车辆的前、后、左、右方向。

如果是带有三个激光雷达的车辆，则通常会放弃后部激光雷达，留下三个方向：前部、左侧和右侧。

两辆激光车和一辆激光雷达车都离开了向前的方向，左右两侧的两辆激光雷达的视场角会更大。理论上，更多的视觉感知是有益的。毕竟，获得的视野越宽，对道路环境的感知就越充分。然而，激光雷达是一种非常昂贵的传感器，成本最终会反映在车辆价格上。无论是否增加，都需要考虑系统的“投入产出比”，除非是性能不计入成本的Robotaxi。此外，增加激光雷达的数量也将显著增加系统需要处理的感知信息量，这反过来又对车辆的计算端提出了更高的新要求。因此，事实上，“越多越好的理论”在量产应用中是另一个场景。当车辆行驶时，前、后、左、右视野具有显著的优先级划分，其中前视图是最重要的，其次是侧视图，然后是后视图。因此，如果只剩下一个传感器，它必须留在前面，如果有更多的传感器，它将留在侧面。原因很容易理解：开车时，我们主要关注道路前方，然后偶尔看两侧和车内后视镜。在智能驾驶系统中，对侧后方和前后的感知信息并没有那么精确和远距离，毫米波雷达和摄像头的组合已经可以满足要求。因此，在将系统性能的“越多越好理论”考虑到成本和工程必要性后，会发现盲目增加激光地雷的数量与系统的改进能力并不是非线性关系，而是成本。因此，目前两种和一种激光雷达方案相对更常见。两个前置摄像头和一个前置摄像头的区别主要在于横向视角的覆盖范围。G9中使用的激光雷达具有120°的水平视场角。如果只有一个激光雷达，车辆的左前方和右前方将有一个小的激光雷达盲区。对于垂直于车辆头部方向的横向物体，存在轻微的感知不足。在某些情况下，这个盲点可能会成为隐患：有人在起步时并排停车时近距离穿越；当靠墙离开垂直停车位时，有横向车辆经过；

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拼音 双语对照布置在车顶后面，靠近车身区域的激光雷达低电平检测盲区也会更大。将激光雷达放置在车辆前部比头顶方案更好地解决了“防晒”问题，并且将其隐藏在车身内部可以避免阳光直射的问题。但更重要的是第二点。马斯克曾讽刺说，激光雷达是一种“拐杖”，可以探测物体，但无法获得更多关于物体的颜色和其他语义信息。具有更多语义维度的视觉信息可以比激光雷达做得更好。用他的话来说，“愿景”就是理想状态。如果你遇到一个没有经过系统学习训练的未知物体，视觉系统可能无法识别它，甚至可能没有“探测物体”的能力。与激光雷达不同，即使没有机器学习，它们视野内的探测范围至少可以通过立体3D点云信息探测物体，防止系统与它们碰撞，这就是为什么每个人都强调激光雷达在安全冗余方面的重要作用。然而，前提是探测到的物体“在视场角范围内”。头顶激光雷达和前置激光雷达的视场角特征可能存在一些差异。当我们说屋顶激光雷达有很好的视野时，我们的意思是它不容易被前车挡住。然而，由“高”引起的视场增益并不是全方位的。在驾驶高体SUV时，我们可能会发现车辆前部和两侧的视觉盲区比汽车的视觉盲区要大。事实上，头顶激光雷达也会遇到这样的问题。该盲区包含一些需要注意的情况，例如车身附近的地锁、宠物穿过、锥形物和其他物体。毫米波和超声波雷达对这些物体的检测一方面容易出现误报，测距精度也不足。如果将激光雷达放置在车辆的前部，情况会好得多。在讨论G9为什么使用两个激光雷达时，我们从场景反演中得出的结果是，城市场景需要更大的前向视角，而车身附近盲区的物体检测也是城市场景中关注的焦点。有些读者可能会想，为了接近车身盲区而放弃高空布局带来的更好的前视，是不是有点浪费？事实上，车辆的前视图摄像头相对接近头顶激光雷达的高度。例如，G9中使用的前向视图模块包括一个800万像素的长焦摄像头，用于执行“了望”任务。在没有遮挡的情况下，激光雷达在头顶和前置方案下对距离的感知几乎相同。你可以想象一个场景，我们在深夜用一个强大的手电筒照亮道路。如果手电筒的照明方向保持向前，无论我们通常把它放在腰部还是举到头顶，几乎不会对远处的照明效果产生实质性影响。因此，激光雷达高度排列的差异主要取决于人们更愿意在感知方面分配激光雷达的视场角。专注于城市场景的小鹏更考虑两侧和车身附近的盲点，因此G9和P5在车辆前部放置了激光雷达，以更好地检测此类场景。与之相对应的是，更注重高速场景的理想和非凡，将激光雷达放在了屋顶上。激光雷达是放置在车辆前部还是车顶这一夸张的碰撞问题主要是不同场景的优先考虑因素。消费者关注的另一个问题是激光雷达的碰撞修复问题。车顶的激光雷达确实比车头有优势，因为除了高度限制外，这一区域在事故中很难被击中。如果在事故重灾区的车辆前部安装激光雷达，很容易直观地认为损坏的概率更大。然而，需要强调的是，车辆前部的激光雷达并不像网上传言的那样脆弱。在这里我们可以看看实际数据：对于已经交付的小鹏P5车型，激光雷达的维修频率仅占P5总维修频率的0.2%。在G9上，小鹏进一步优化了激光雷达的位置。首先，激光雷达被凹陷，并被定位在更高的位置……

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