激光雷达前装“破冰”： 自动驾驶卡车感知智能化的提速与掣肘
虽然推进速度不及乘用车，但卡车智能化也在快马加鞭。
前不久，激光雷达企业速腾聚创（RoboSense）宣布与图森未来达成战略合作，聚焦部署第二代智能固态激光雷达RS-LiDAR-M1（以下简称“M1”）的L2与L4自动驾驶卡车前装定点项目，将面向高级辅助驾驶（ADAS）和自动驾驶（AD）系统实现规模化量产。在此之前，自动驾驶卡车公司主线科技与激光雷达企业探维科技也表示，将共同打造基于ALS技术平台和硬件级图像前融合的车规级混合固态激光雷达解决方案，助力自动驾驶卡车量产与智能物流业务规模化落地。
激光雷达在乘用车上前装量产，以提升自动驾驶能力早已不是新鲜事，但这类传感器在商用车领域的应用仍比较少见。那么，激光雷达开始上车，可否被视为商用车提升感知智能化水平的一个明确信号？又将对卡车自动驾驶的发展产生怎样的影响？
卡车自动驾驶带来前装机会
记者了解到，我国商用车尤其是卡车自动驾驶技术已有较为成熟的应用，其中港区、矿山、厂区是较为常见的场景。资料显示，主线科技先后交付了31辆无人集卡与60台ART人工智能运输机器人，运输了近55万个集装箱，其自动驾驶重卡则在宁波舟山港等多地投入实际应用。2020年，东风商用车与中远海运、中国移动联手打造的无人驾驶集装箱卡车交付厦门港，正式投入运营；今年6月30日，东风商用车技术品牌“无限星”第三代港口集卡项目完成阶段性目标，标志着东风在智慧物流领域更进一步。踏歌智行的无人驾驶卡车在内蒙古、新疆等地的矿山开始大规模“上岗”。驭势科技则在多个厂区内实现了自动驾驶卡车的“无安全员”常态化运输。
“从商用车的属性来看，卡车是运输工具，涉及生产经营安全，无论政府相关主管部门还是企业自身对这方面的责任只会越来越重视。激光雷达可助力自动驾驶更加安全，这是整个运输行业所看重的。”速腾聚创合伙人兼品牌生态战略副总裁王嗣翔这样告诉《中国汽车报》记者。
自动驾驶技术在卡车领域的推广应用，能够降低交通运输过程中的事故率，解决当下日益显现的驾驶员从业人员缺口问题，更能帮助货运物流行业提质增效。在政策利好的大环境下，这些刚性需求及技术应用所带来的明显收益，成为当下商用车自动驾驶飞速发展的驱动力。行业人士指出，虽然商用车自动驾驶技术较为成熟的应用，仅局限于港口、矿山、厂区等特定的低速、封闭场景，但可以预见的是，在需求与政策双重因素的作用下，商用车自动驾驶未来将形成巨大的市场空间，而这必然为新兴感知元器件的前装带来机遇。
“激光雷达前装上车，能够帮助解决高速场景的Corner Case（长尾问题）。目前，根据相关政策要求，商用车标配毫米波雷达＋摄像头的AEB（自动紧急制动）系统，但其依然存在‘盲区’，如检测不出路面倒下的交通锥等异形物体，而激光雷达可以主动探测到障碍物，高精度三维成像，从而解决这类问题。”王嗣翔介绍说，感知是单车智能化提升的充分条件，更是实现自动驾驶的“第一哨”，存在实际需求的牵引。从商用车自动驾驶成熟场景技术方案的变迁中可以发现一项新趋势，激光雷达正在成为感知套件中的重要配件。
港口场景单车智能进阶
“商用车自动驾驶的技术方案是有更替的。”北京主线科技有限公司前瞻研究院院长王超告诉记者，“以目前应用比较成熟的仓库和矿区场景为例，早期技术解决方案是通过AGV磁导航无人驾驶小车来实现的。”
随着汽车智能化、网联化的推进，AGV磁导航不再是商用车自动驾驶技术的惟一选择，且其不足之处也逐渐显现。“AGV磁导航方案的应用正逐渐走向衰落。”王嗣翔认为，“背后的原因在于，第一，磁导航的成本较高，虽然单颗磁钉成本低，但根据不同区域、面积、地形，通常要安装数百万颗磁钉，整体成本控制难度极大；第二，安装工程量大、部署难度高，几百万颗磁钉要安装在地面下约7厘米的位置，每颗磁钉都有不同的编号，并固定记录所处位置的坐标等信息，需要非常专业的安装部署，对于港口、矿山、机场、厂区而言，可以满足长期固定位置安装条件的场景不多；第三，可延展性稍显不足，一旦采用磁钉方案，后续的维护和改建成本将较高，难以持续。这些问题都抬高了AGV磁导航方案的整体运营成本。”
于际新（化名）在国内一家主流重卡企业从事智能网联技术研发工作。他向记者分析道，AGV磁导航方案通过在道路预埋磁钉实现感知、定位、导航，改造成本较高、前期投入大，通常只适用于大型新建港口；相比之下，自动驾驶集卡方案具有无需场地改造、单车成本较低、泛用性强、适用港外公路等优点，有望成为港口运输自动化的主流解决方案。
“自动驾驶卡车发展的早期阶段，AGV磁导航最初被应用于德国汉堡港，后来推广到全球其他港口。但考虑到这一技术方案的成本过高，会对地面造成破坏以及智能化技术不断发展，其几乎快要被放弃了。”王超介绍道，“磁钉的原理是为了定位，但目前自动驾驶基于单车定位的技术提升，已经可以实现完美替代，同时通过单车智能与云端网联，进行更精细化的任务分配和调度管理。”
业内人士普遍认为，对于港口这样相对较为成熟的自动驾驶应用场景，相较于AGV磁导航方案，自动驾驶商用车将成为未来更主流的选择。而激光雷达逐步前装上车，将成为商用车提升单车智能程度，推动商用车向高阶自动驾驶发展的关键一步，也会为探索下一个商用场景打下基础。
“激光雷达在测距上的优势非常明显。”一家就职于智能驾驶整体解决方案公司的工程师涂湘琼（化名）告诉记者，“除了透明或反射率极低的物体，它能对任何材料测距。这里说的测距不仅是目标的距离和位置，包括根据每个点的测距得到的轮廓和朝向，而且激光雷达的性能和稳定性极佳，未来一定会得到大范围应用。”
多方面挑战有待一一破解
激光雷达在自动驾驶卡车领域的前装量产尝试固然可喜，但产业链上下游企业还需共同面对基于商用车自身特点所带来的多方面挑战。
“作为对单车智能化感知能力的提升，商用车前装激光雷达的要求与乘用车的并不一致。”在于际新看来，“首先是测距能力、测距精度、视场角范围等技术方面的要求，在实际应用中，由于卡车与乘用车相比总质量高，外廓尺寸长，这就意味着其在行驶过程中需要更长的制动距离，所以对于激光雷达测量距离的要求更高；其次，卡车在行驶过程中，比如通过减速带时，振动往往更剧烈，所以要求激光雷达具有良好的抗震性；此外，考虑到一些特定场景，激光雷达的外壳材料及使用寿命也是需要关注的重点。”
王嗣翔对此也是深有同感，他补充道：“商用车载重大、惯性也大，紧急变道避险、上下匝道拐弯等较特殊的自动驾驶场景，对激光雷达的地面异物探测、车道线探测长度也有更高的要求。”
涂湘琼则提到了开发流程及测试验证的问题。她认为，若要实现前装量产，零部件实现车规级是最重要的前提条件，而高等级自动驾驶涉及交通责任主体的迁移，激光雷达上车需要面对更高等级的安全要求和更严格的可靠性测试。同时，激光雷达还需要具备完整的量产开发V模型流程，从量产前的产品功能测试，到激光感知算法测试，再到最终的系统集成测试和实车测试，都需要严格按照相应的标准执行。现阶段，从生产、测试验证、产业链完善程度等角度来看，激光雷达上车仍面临不小的挑战。
除了整车匹配，激光雷达的成本也成为商用车企业非常关心的问题。单车成本居高不下，一直是制约自动驾驶汽车商业化落地的因素之一。有业内人士曾向记者表示，几年前，一辆自动驾驶汽车的底盘线控改制可能就需要几十万元，激光雷达在早期的成本也达数万元甚至更高，加之需要多颗激光雷达来保证感知效果，整体核算下来花费往往是天价。用他的话说，这样的汽车更像是实验室里的精密仪器，很难做到大规模部署和商用。
不过，也有业内人士对于成本的问题显现出乐观的态度。“成本在近一段时间内可能还会是一个问题，但这并不是难以跨越的关卡。随着整个行业技术水平和制造规模的‘内卷式’升级，激光雷达的身价一直处于快速下降通道，像大疆的产品已逐渐降到了千元级。”王超表示，相比之下，行业标准的缺失更值得担忧，“激光雷达前装带来的标准挑战，是我们需要着重关注的问题。激光雷达的车规级标准尚在制定中，尤其是商用车经常需要面对暴雨、沙尘等恶劣的运行环境，为了保证安全可靠，在激光雷达实现批量上车前，行业还需尽快完善相关标准体系建设。”
事实上，激光雷达企业、自动驾驶方案提供商和整车企业都认为，在激光雷达前装上车的过程中，商用车电子电气架构也将迎来巨大变革。无论是从设计研发，还是软硬分离的角度来看，行业都需要做大量的工作。“激光雷达一旦准备前装，必然要考虑软硬件的耦合性。通常而言，算法可以快速迭代，但硬件性能提升需要较长验证周期，尤其是伴随OTA的普及，算法能够较快升级更新，而一款硬件能否支撑未来3～5年的软件迭代成为关注焦点。”于际新说。
需配合场景全面提升智能化
激光雷达可起到提升卡车智能化水平的作用，在港口、矿山、厂区等封闭场景下，自动驾驶卡车已崭露头角。行业人士进而开始思考，自动驾驶卡车的下一个商业化场景将是什么？卡车的单车智能化发展，未来会驶向何方？
王超认为，对于末端配送应用来说，虽然低速场景看起来更简单，但其实存在更多的长尾问题需要解决，因此，半封闭高速可能会是下一阶段最早能够触及的场景。“第一，从场景属性来看，相较于半开放高速区域，低速开放区域的场景复杂度更高，目前的技术还难以完全支撑全天候的无障碍、无事故应用；第二，低速场景的商业模式目前尚不清晰，一般末端配送车只是作为货物倒运车，所能发挥的作用有限；第三，法律监管模式仍不完善，末端配送车不属于机动车，很难对其进行划分和管理。”王超表示，“相对而言，半封闭高速场景更加简单，交规和其他道路状况明晰；从市场端来讲，高速干线对自动驾驶的需求更迫切，不仅可以有效减少交通事故，还能解决卡车司机短缺的实际痛点；从管理来看，干线运输存在端到端这样的固定模式，干线物流市场规模足够大，能够产生相当的经济价值，配合甩挂、卡车列队等形式，相比低速场景将以更低的成本，构建出完整的运输生态。”
商用车企业对单车智能技术提升的应用持不同看法。国内知名重卡企业的负责人表示，低速开放道路可能更快地迎来商业订单爆发。“技术方面，低速开放道路场景对于商用车感知距离、制动距离等的要求更低，落地难度更小。商业方面，目前很多自动驾驶商用车的低速场景应用案例都已进入稳定运营的状态，成为标杆样本，可以规模化复制。政策方面，目前众多一、二线城市纷纷建设自动驾驶示范先行道路，制定发布地方性法规，完善城区低速开放道路先行的政策保障。”
不过，涂新琼认为，半封闭高速场景有更清晰的盈利模式和更少的长尾问题，这两类场景的落地进程，很难分清先后。
无论低速开放道路，还是半封闭高速场景，两条赛道目前都对商用车单车智能化提出了更高要求。“面对未来的应用场景，商用车有很多方面都需要提升。感知智能化毫无疑问将一马当先，在这方面，商用车企业可以借鉴乘用车行业所走过的路。激光雷达解决的问题关系自动驾驶技术的底层，也就是安全性。感知的冗余可为商用车自动驾驶，提供足够高准确性、高可靠性的数据。”王超告诉记者，“紧随其后的则是整个流程上的决策、控制、执行环节，包括算力等问题。虽然商用车要实现自动驾驶，各方面的能力都有待加强，但不解决底层问题，无论下一个场景是什么，都可能面临一定的安全风险。”
“对于感知层和决策层，国内的自动驾驶解决方案基本拥有了非常成熟的技术和经验，就目前商用车的智能网联程度分析，这两个细分领域是行业里发展得比较好的。”王嗣翔认为。
“以感知方面为例，激光雷达上车并不代表万事大吉，行业仍要致力于提高远距离、小目标的检测精度召回率；在高速夜间光照不足情况下，提高成像质量避免拖影；解决不规则货车的检测以及各类长尾问题。”于继新表示，卡车单车智能化的道路漫漫，行业依然行进在路上。
