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【為什麼我們要挑選這篇文章】自駕車技術快速發展,除了特斯拉不用光達之外,目前多數自駕車輛皆有搭載光達。然而光達發射的訊號會互相干擾,影響系統的判斷與決策,是自駕車安全性的一大隱憂。(責任編輯:郭家宏)

未來的某一天,自動駕駛已經普及,大街上跑著各種各樣的自動駕駛汽車,人們在車裡睡覺。

突然,一輛車上搭載的光達錯誤接收了本不屬於它的訊號,進而產生了一系列誤判,一瞬間,道路上飛速行駛的機器們陷入混亂……

這個有點賽博朋克(TO 編按:一種科幻小說,描繪 AI 的矛盾)的場景,在今天似乎還很難讓人感同身受,但事實上,在一些自動駕駛車輛集中的測試區域,這樣的狀況已經出現。

據一家研究自動駕駛的高管介紹,他們在亦莊(北京的一個區域)佈置了不少自動駕駛測試車隊,這些測試裝載了光達,也裝載了毫米波雷達,做到了我們想像中的單車智慧上的足夠的設備和安全冗餘,但就是有一次實際測試過程中,一個光達出現了從未遇到的失靈。後來查明原因是測試環境中設備太多,產生了干擾,導致一些感測器直接秀逗了。

這種機器彼此影響而帶來隱憂的情景,看起來十分科幻,但它背後的問題十分現實:如果搭載光達的自動駕駛車輛大規模上路,那麼他們彼此之間是否會形成互相干擾?這種干擾,會成為影響自動駕駛安全的隱憂嗎?

自駕車的光達會互相干擾,影響駕駛準確度

今年是光達上車元年,量產車上,包括蔚來、小鵬、長城等都宣佈搭載光達的量產車將上市。

蔚來 ET7 將搭載 Innovusion 超遠距高精度光達,小鵬汽車將搭載 Livox 光達,長城將搭載 ibeoNEXT 光達。

蔚來 ET7 NAD 硬體配置表。圖片來源:蔚來官網

大家都在想,誰會率先將量產光達車型落地,這似乎也讓我們感覺距離 L3、L4 輔助駕駛時代已經越來越近了。

與此同時,我們也不得不承認,汽車駕駛時代,已經不是手握方向盤、腳踩剎車,由駕駛員掌握安全的傳統時代了。人機共駕,或者說,人類駕駛的除了汽車本身,還是由一行行程式碼,承載著中央處理器,搭載著大量感測器和晶片,併進行著大量複雜運算,機器正在悄然掌控著人機共駕的新駕駛時代。

如果說,科技正在創造新的駕乘體驗,那麼,科技是否也會產生新的問題?

在品玩/品駕(本文作者)詢問了一圈準備搭載光達的主機廠、OEM 和 Tier 1 供應商時,幾乎無一例外的回答,干擾是會存在的。

我們試圖從幾個角度來回答:

首先,從技術角度來看,光達之間的干擾是如何產生的?

其次,光達干擾的問題會在什麼樣的環境下形成,目前如何解決?

最後,自動駕駛時代,究竟應該如何定義安全?

關於光達的干擾,Cepton(賽瞳科技)光達創辦人裴軍為品玩/品駕舉了個例子:毫米波雷達發射電磁波,然後接收電磁波,來探測前面物體的距離和速度,這個過程中就會有干擾。

「如果前面有一輛車也發射了毫米波雷達,跟你的波段是一樣的,就干擾了。」裴軍說。而光達和毫米波雷達的工作原理類似。

目前主流的是 TOF 光達,有干擾的問題

首先需要科普一下光達的工作原理。

目前,車載光達主要有兩種技術路線:FMCW(調頻連續波)光達和 TOF(飛行時間)光達。TOF 光達目前是主流,例如為 BMW 提供 L3 級自動駕駛量產光達的 Innoviz,採用的就是基於 TOF 的 MEMS 方案。

能夠產生干擾的也是 TOF 光達,它在接收來自其它光達的脈衝時可能會產生干擾。還有一種雖然發生機率小,但仍然有可能發生的情況:A 的雷射光照射到物體上,再漫射到 B 的接收器,雷射光照到物體上的反射是漫射,這種漫射有可能造成 B 無法識別是否是自己的光達發出的雷射光束。

目前的解決方式是引入編碼技術,將傳輸信號分割成多個脈衝,或者按照時間序列號去做識別,與我們手機接收驗證碼的原理相似,這是普遍的做法。

裴軍說,FMCW 光達的方法,用調製波的方法各自調製,最後可以抗干擾。但是 FMCW 光達技術雖然在消除干擾、提高遠程性能方面具有優勢,但是成本較高,所以一直沒有被普遍應用。

儘管解決方案一致,但是在搭載光達的車輛沒有大規模上路時,發生干擾的情境及機率,目前還是在預測中,工程師們還無法預見。待數以百計搭載光達的車輛上路,馬路上是密密麻麻的光達時,究竟會怎樣?

停車場可能是最早出現光達干擾的環境

技術的發展終究是隨著場景的複雜化而逐漸發展的。

關於光達互相干擾如何發生,分為幾種情況。

威爾森智能網聯應用中心總設計師竺大煒分析,具體分為兩種情況:同品牌安裝光達存在干擾,以及不同品牌車型間的干擾。其中不同品牌車型的干擾,也分為兩種,有意干擾和無意干擾。

竺大煒說,上述問題在理論上存在,但是在現實中還沒有成為問題,因為目前並沒有搭載光達的量產車大規模上路。這也是為什麼很多車企在談起干擾問題時,承認其普遍存在並認為能夠被容易解決的原因。

但是,自動駕駛是會在不同場景中逐步落地的。

目前很多車企都先從自主停車功能入手,因為場景單一,行駛速度低,相對來說更好實現。在自主停車功能下,車輛可以在封閉的停車場環境中自己找到停車的位置,而無需駕駛人員在車內控制。那麼封閉的停車場可能就是最早出現干擾的環境之一。因為它具備了大量配裝光達的自動駕駛車輛聚集的條件,當自動停車被廣泛使用,車輛之間的雷射光束形成干擾。

當然,竺大煒也稱,這種低速場景下的封閉環境所產生的干擾問題,對安全方面的影響還比較小,同時,也逼迫車企從技術層面解決這個問題,比如,在低速場景下採用純視覺方案等。

研發了 4D 雷達雷達激光模擬器的德國技術公司羅德史瓦茲,在其測試系統中也考慮到光達的干擾因素。據其產品研發人員向品玩/品駕介紹,雷達在設計階段以及各個測試階段,再到最後裝車階段,對頻率、頻寬、訊號工作的模式等都是有相應指標嚴格要求的,在之後的整車驗證階段也有相應標準,其測試系統也會對電磁兼容的測試進行驗證。

「有意干擾」是安全威脅最大的光達干擾

那麼,另一種情況「有意干擾」,雖然發生的機率低,但是一旦出現,殺傷力極強。

今年歐洲盃,英格蘭隊坐鎮倫敦溫布利球場對陣丹麥隊的那場比賽,在加時賽英格蘭罰進關鍵十二碼時,有現場球迷用雷射光筆照射丹麥守門員,並一度照射到其眼睛上。最終英格蘭球隊十二碼成功,這場決定成敗的十二碼到底有沒有雷射光筆干擾的原因,最終組委會並沒有給予解釋,但是英格蘭球隊卻因此留下了「勝之不武」的名聲。

不妨開個腦洞,如果有神秘駭客組織,使用大型雷射光筆干擾正在行駛的自動駕駛車輛,那後果會怎樣?

一定不堪設想。

雖然駭客攻擊汽車,造成交通大範圍癱瘓的場景只在電影裡見過。也正因為它帶來的安全隱憂巨大,負責自動駕駛測試的人員說,解決感測器干擾問題會是一個十分複雜的問題。這其中不乏不可預測的場景太多,涉及到的除了技術層面的「功能安全」問題,也面對著很多難以預知的風險。

再完美的解決方案,對還沒發生的意外情況的預知終究是有限的。近幾年來,輔助駕駛致死事故增加,也是在提醒我們,技術還沒有做到百分百安全。如竺大煒說,如何讓車主感受到自己在安全的環境中,是自動駕駛時代一個很重要的課題。

「現在車輛失控,人還理解,但是以後車輛失控可能會無法理解,會引起恐慌。」竺大煒說。

根據《北京市自動駕駛車輛道路測試報告》統計,中國自動駕駛汽車改採用的光達品牌,71% 是中國製的,線數多為 40 線以下。

目前,在北京測試的測試主體採用的都是光達 + 毫米波雷達 + 超聲波雷達 + 攝影鏡頭的感知方案,這種方案能夠感知各種環境和照明條件,形成相互補充。

為了達到成本與安全的最佳平衡,不同品牌都在慎重選擇自己的感知方案。

但是,在實際的應用場景中,對於駕乘者來說,除了顛覆性的駕乘體驗,那些隱藏在硬體、感知、演算法背後的安全感,究竟該如何得到?

當各種感知方案出現,駕乘人員如何知道自己正在使用哪種方案,以及它的安全性?

光達被認為是精度最高的感測器方案,最高精度的硬體,最終是否能帶來絶對的安全?

或者說,如果真的事故來臨,車內的駕乘人員會知道究竟發生了什麼嗎?

光達干擾問題只是一個縮影,它是在對我們在未來自動駕駛時代真正來臨時的一個預警,也是為科技公司、主機廠、以及整個法律法規環境提一個醒:當科技進步推動著汽車進入一個新的時代進程的時候,安全究竟該如何定義?

(本文經合作夥伴 品玩 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為〈假如激光雷达欺骗了你〉。首圖來源:Shutterstock)