自动驾驶离不开激光雷达 蔚来ET7激光雷达原理详细解读

　　日前，行车视线从蔚来汽车官方获悉，在6月22日举办的蔚来创新科技线上沙龙中，蔚来智能硬件副总裁白剑详细介绍了关于ET7车型所搭载的激光雷达。其探测距离达1550nm，也是探测距离最远的激光雷达。接下来就详细解释一下其原理及相关知识。

　　激光雷达原理

　　如今智能电动汽车上搭载的激光雷达，多为LiDAR(Light Detection And Ranging)它包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器通过测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间，计算出车辆与反射物之间的距离。激光雷达发射并接受若干光脉冲，通过计算自身与周围障碍物之间的距离，输出三维空间数据。

　　激光雷达能让感知能力实现质的飞跃

　　蔚来研发自动驾驶技术的愿景，是让车成为安全、舒适的移动生活空间，让交通变得更安全、更高效，解放用户的时间。

　　在自动驾驶感知方案中，毫米波雷达与摄像头的组合较为成熟，目前在中高端车型普遍配装。但随着道路状况越来越复杂，当前技术条件下，摄像头+毫米波雷达的方案在面对强光、隧道逆光、黑夜、未经算法训练的物体等场景下难以可靠识别障碍物。

　　此外，目前摄像头、甚至多目摄像头，配合视觉算法，依然较难提供自动驾驶感知层面至关重要的深度信息，目标物体越远，深度信息精度越低。

　　业界逐渐认识到其局限性，开始寻求新的技术跃进以支撑量产车实现从辅助驾驶到自动驾驶的进化。

　　激光雷达通过收集反射光脉冲，输出三维空间数据，并为视觉传感器提供可靠的深度信息。激光雷达加入后，整体传感器达到互为冗余，达到整车感知的升维，提升感知的可靠性。车辆可有效识别路面凸起、井盖缺失、抛洒物、大型静止障碍物等目前摄像头难以识别的目标。这对提升自动驾驶/自动辅助驾驶的安全性具有极大价值。

　　因此激光雷达能让整车感知能力实现质的飞跃 。

　　蔚来ET7，具备自动驾驶能力的智能电动旗舰轿车

　　2022年3月28日，蔚来智能旗舰电动轿车ET7开启用户交付，这意味着，全球首款超远距高精度激光雷达已向终端用户交付。

　　Aquila蔚来超感系统

　　ET7搭载了Aquila蔚来超感系统，配备33个高性能感知硬件，其中包括1个超远距高精度激光雷达，7个800万像素高清摄像头、4个300万像素高感光环视专用摄像头、1个增强主驾感知、5个毫米波雷达、12个超声波传感器、2个高精度定位单元和V2X车路协同。实现融合感知，定义了量产车自动驾驶感知系统的全新标准。

　　ET7，Design for AD

　　融合Aquila超感系统的自动驾驶感知硬件，展现强大的AD能力，定义自动驾驶时代的汽车外观。

　　自动驾驶时代的汽车，周身内外布满了摄像头、雷达、传感器等。它们将与道路、行人、基础设施等产生交互。这些传感器的设计与布置非常巧妙——不是简单地附着在格栅、引擎盖、后备箱等地方，在保证发挥其强大性能的同时，如何让它们与整车融为一体，且富有未来感，而不是一个拼凑的科学试验项目。这是设计师面临的最大的挑战。

　　ET7的外观设计除了要体现纯粹极致的整体外观，还需要展现其强大的AD能力。打造NAD的Aquila在形式和功能之间达到完美的平衡, 不破坏整车轮廓美感同时凸显科技。

　　这是一种完美的共生关系，因为这有助于保持轮廓的干净和精致，而且瞭望塔的布局改善了复杂路况下的可见度和安全性。

　　“瞭望塔”式布局既是创新，也是挑战。无数次设计迭代, 让传感器无缝融入车顶, 同时优雅地展示摄像头细节以打造更具标识性地自动驾驶汽车外观造型。

　　设计师在车顶位置布置了超远距高精度激光雷达和800万高清摄像头，确保视野更开阔。激光雷达的布置既要满足设计的美观需求，也要充分保证性能。 针对激光雷达这一最重要的组件，设计师采用了梯形轮廓加圆角处理的包裹设计, 通过流线型平滑过渡的包裹手法设计摄像头，令其造型更流畅。

　　ET7的激光雷达：每一点安全提升，都值得全力以赴

　　蔚来ET7搭载了来自Innovusion的超远距高精度激光雷达，最远探测距离达500米，10%反射率下探测距离达250米，拥有120°超广水平视角和0.06°*0.06°超高分辨率，是全球首款实现大规模量产的1550nm激光雷达。

　　1550nm：人眼友好、看得更清更远

　　1550nm激光拥有比 905nm更好的人眼安全性。

　　通常人眼可见光波长范围为380nm～760nm。远超人眼识别范围的1550nm激光无法在人眼视网膜上聚焦成点，且在通过眼球过程中大部分都会被水吸收，因此几乎不会对人眼造成危害;而905nm激光则更接近可见光波长，容易在人眼视网膜上聚焦成点。为保护人眼安全，通常905nm的激光雷达的光功率上限较低。

　　具有更好人眼安全性的1550nm激光雷达可允许输出更高功率，实现更远探测距离。

　　此外，1550nm波长激光抗干扰能力强、光束准直度更好、光源亮度高，这几个优点也让激光的发射和接收更高效，可以实现更精细的物体识别。

　　1550nm波长激光的光斑非常小，在100米外光斑直径仅为905的四分之一。在探测100米处的行人时，可以接收到横排4个点，纵排️7个点的脉冲，清晰地探测到行人的姿态。

　　看得远：可更早发现障碍物，提升行车安全性

　　蔚来ET7激光雷达最远探测距离可达500米，10%反射率标准下的探测距离，可达250米，行业领先。

　　如今自动辅助驾驶功能，包括领航辅助功能，更多被应用于高速公路及城市快速路等路段。随着车速的提高，远距离探测已成为确保自动辅助驾驶安全性的必要能力。

　　新的《道路交通安全违法行为记分管理办法》，在2022年4月1日正式实行，其中有一条新规引起广泛关注，即在高速或者城市快速路上，超速20%以内不扣分。因此，在车流密度允许的情况下，部分高速公路将出现车速达140km/h的车辆。

　　更快的车速要求车辆具备更远的探测距离：当前方出现危险物体，车辆需要紧急刹停时，车速越高需要的刹停距离越长。因此更长的探测距离，有助于在高速行驶时，更早地发现险情，更早地采取制动，避免事故伤害。

　　看得清：“定睛凝视”功能实现0.06°*0.06°超高分辨率，成就图像级激光雷达

　　每0.01°的角分辨率变化，在200m处，相邻的两个点距离约在87.5px。以0.1°角分辨率的激光雷达为例，其接收到的相邻两点间隔875px，对于行人、自行车、摩托车这样的目标物体，点云过于稀疏，对于算法挑战极大。

　　• 视场关键区域策略性加密，提升数据利用的有效性。

　　ET7激光雷达具备"定睛凝视"功能，仿生人眼灵活变焦，可在行车关键视野区域产生角分辨率高达0.06°*0.06°的高密度点云，将该区域的目标看得更清晰。ET7激光雷达的定睛凝视功能范围为25°H(横向)*9.6°V(纵向)。在前方50m处，该区域覆盖范围：横向覆盖达10条车道，纵向覆盖大于一层楼高度)，可充分覆盖前方行车区域。

　　ET7激光雷达定睛凝视区域策略性选择加密关键区域，而非全局铺满点，可根据需要随时让任意区域分辨率高起来。避免占用不必要的计算资源，增加功耗、带宽等，提升数据利用的有效性，减轻算法压力，更利于整车感知系统运行，真正实现“把“点”用在刀刃上”。

　　• ROI区域动态可调，保障行车安全。

　　ROI动态可调，实现对车辆与行人等更好地感知和追踪，即便在前方大曲率转弯或者上下坡道等工况下，也可以有效地提前发现远处危险目标。更早地发现，才能更早地减速、同时更早地对用户发出警告，从而提高自动驾驶的可靠性和安全性。

　　看得稳：POD是衡量激光雷达性能的重要指标

　　POD，探测概率Probability of Dectection，一般为超过连续100帧发射的激光束数量(即理论点数量)与被探测到的激光束数量(即有效点数量)的比值。POD体现出激光雷达接收返回点数的能力和稳定性，是反应激光雷达性能的一项重要指标。

　　蔚来搭载的激光雷达具有优秀的探测能力，感知250m处10%反射率物体的探测概率超过90%，行业领先。更高的POD，可以让车辆更清晰明确地感知到目标物体，减轻算法压力，实现更远的有效感知距离，提升自动驾驶系统整体的安全性。

　　蔚来与图达通联合开发激光雷达

　　优势互补：主导NT2平台激光雷达主板设计

　　蔚来与图达通优势互补，联合开发ET7激光雷达。蔚来利用自身整车工程与电子电气领域的研发优势，主导了激光雷达主板设计。

　　蔚来与图达通合作，开发出第一个量产上车的高性能激光雷达，引领行业发展。这是蔚来供应链创新模式的重要体现。

　　整车工程：科技与美的完美融合

　　设计师在车顶位置布置了超远距高精度激光雷达和800万高清摄像头。“暸望塔”设计确保了传感器视野更开阔，同时也对整车造型与空气动力学性能提出更大的挑战。激光雷达的布置既要满足设计的美观需求，也要充分保证性能。这就要求激光雷达具备更紧凑更流畅的造型。

　　工程团队与设计团队反复试验和打磨，充分考虑了空气动力学(风阻)、整车安全、热管理、防水、空间等多个环节，对壳体线型及圆角进行大量模拟分析及优化验证，寻找最优参数，给用户提供更好的感官体验。

　　最终，瞭望塔式造型与原始方案(无LiDAR)相比，风噪仅增加0.8db，风阻系数仅增加0.002，最终创造 0.208超低风阻系数，位列全球量产车风阻系数前二。

　　激光雷达耐久性测试

　　在业内没有统一标准的前提下，蔚来联合图达通共同制定针对ET7激光雷达可靠性标准，设计了DVPV实验的架设环境、检测条目、性能及实验要求。

　　• 冲击测试：产品承受50个G实验

　　• 冷热冲击测试：极热(85℃)到极寒(-40℃)，历经100+循环

　　• 温湿交变+霜冻测试：温湿交变环境下，快速降温到-10℃，历经10+循环

　　• 环境测试：进行耐有害气体腐蚀实验，暴露在SO2 NO2 CO2 CL2等有害气体下;耐化学试剂实验，暴露在挡风玻璃清洗液、洗车化学制品、玻璃清洁剂、接触式喷雾、含咖啡因和糖的饮料等化学试剂环境中测试

　　• 光照测试：模拟阳光辐射和紫外线对零部件的影响，2000-3000h下持续运行在最强光照下(>盛夏吐鲁番光照强度)

　　关于Innovusion

　　Innovusion是全球领先的图像级激光雷达提供商，公司成立于2016年，在硅谷、苏州和上海设有研发中心，在宁波和武汉拥有高度工业化的车规级激光雷达制造基地。

　　Innovusion潜心致力于激光雷达的探索与创新，不断提供高性能的激光雷达产品及多样化的应用解决方案。其图像级超远距激光雷达猎鹰(Falcon)已于今年3月28日作为蔚来ET7自动驾驶超感系统的标配量产交付。这是全球首批真正实现量产上车的高性能激光雷达，有着行业里程碑式的意义。

　　依托产品技术的先进性和成本的可控性，Innovusion在国内外还与多家车联网、智慧高速、轨道交通、以及工业自动化等行业龙头企业开展着积极合作，用先进的硬件及软件解决方案赋能安全与智能生活。