【有車以後 技術】時間回到2021年年初的NIO DAY 2020，蔚來首款中大型純電轎車——ET7首發亮相。而最矚目，同時也最具爭議的設計，自然是ET7車頂的“瞭望塔”式激光雷達以及“小牛角”。
而僅過去一年有餘，2022年激光雷達便紛紛上車，車頂的“瞭望塔”也成為當下蔚來新車的標誌性設計之一。作為首批搭載激光雷達的車型，蔚來ET7的激光雷達揹負着沉重的額使命，其實力自然也不容小覷。數據顯示，截止近日，蔚來用户使用NIO PILOT輔助駕駛行駛的總里程已經達到4.4億公里，其中使用領航輔助NOP的用户累計里程已達1.67億公里。今天就讓我們一起來深入研究一番，看看蔚來ET7的激光雷達究竟有多牛？
什麼是激光雷達？
在探索蔚來ET7的激光雷達之前，我們不妨先來看一下什麼是激光雷達。如今智能電動汽車上搭載的激光雷達，多為LiDAR（Light Detection And Ranging），它包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統。激光器產生併發射一束光脈衝，打在物體上並反射回來，最終被接收器所接收。接收器通過測量光脈衝從發射到被反射回的傳播時間，計算出車輛與反射物之間的距離。
激光雷達發射並接受若干光脈衝，通過計算自身與周圍障礙物之間的距離，輸出三維空間數據。
為什麼要選擇激光雷達？
先説結論：激光雷達能讓整車感知能力實現質的飛躍 ，對於提升自動駕駛/自動輔助駕駛的安全性具有極大價值。
在目前的自動駕駛感知方案中，攝像頭與毫米波雷達的組合較為成熟，中高端車型已經普遍配裝。不過在當前技術條件下，攝像頭+毫米波雷達的方案在面對強光、隧道逆光、黑夜、未經算法訓練的物體等場景下難以可靠識別障礙物。
此外，目前攝像頭、甚至多目攝像頭，配合視覺算法，依然較難提供自動駕駛感知層面至關重要的深度信息，目標物體越遠，深度信息精度越低。
而激光雷達通過收集反射光脈衝，輸出三維空間數據，併為視覺傳感器提供可靠的深度信息，整體傳感器達到互為冗餘，達到整車感知的升維，提升感知的可靠性。車輛可有效識別路面凸起、井蓋缺失、拋灑物、大型靜止障礙物等目前攝像頭難以識別的目標。
比如在隧道行駛即將駛出時，攝像頭的世界裏，隧道的盡頭是白光，較強的對比度無論是人眼還是攝像頭都已經無法清晰辨別物體，進而存在識別偏差的可能。而激光雷達則完全不存在這個問題，隧道里和隧道盡頭的所有物體都能清晰地展現在激光雷達裏，安全性大大提升。
又比如公路上飄動的塑料袋，對於人眼來説可以輕易識別，對行車幾乎無影響，然而對於攝像頭而言，它很難判斷那是一個塑料袋還是一塊石頭或者是其它什麼物體，然後就做出相應動作，進而有可能產生其他不必要的危險。而激光雷達由於具備3D能力，因此在距離很遠的地方就能夠判斷出它是一個很輕很薄的物體，對行車幾乎無影響，甚至可以直接識別那是一個塑料袋。
Aquila蔚來超感系統為ET7賦能
蔚來ET7搭載Aquila蔚來超感系統，配備33個高性能感知硬件，除了車頂的1個超遠距高精度激光雷達外，還配有7個800萬像素高清攝像頭、4個300萬像素高感光環視專用攝像頭、1個增強主駕感知、5個毫米波雷達、12個超聲波傳感器、2個高精度定位單元和V2X車路協同系統。
而蔚來ET7搭載的超遠距高精度激光雷達則來自Innovusion，最遠探測距離達500米，10%反射率下探測距離達250米，擁有120°超廣水平視角和0.06°*0.06°超高分辨率，同時是全球首款實現大規模量產的1550nm激光雷達。而據蔚來介紹，這顆激光雷達有以下幾個亮點。
波長1550nm：看得更清更遠，不傷眼
提起激光，想必很多人第一時間想到的一定是激光不能直射眼睛，否則會產生不可逆的損傷。通常人眼可見光波長範圍為380nm～760nm，而1550nm激光則遠超人眼識別範圍，因此無法在人眼視網膜上聚焦成點，且在通過眼球的過程中大部分都會被水吸收，因此幾乎不會對人眼造成傷害。也正是如此，具有更好人眼安全性的1550nm激光雷達可允許輸出更高功率，實現更遠探測距離。
此外，1550nm波長激光抗干擾能力強、光束準直度更好、光源亮度高，這幾個優點也讓激光的發射和接收更高效，可以實現更精細的物體識別。
看得遠：可更早發現障礙物
蔚來ET7激光雷達最遠探測距離可達500米，而在10%反射率標準下的探測距離，可達250米，處於行業領先地位。
新的《道路交通安全違法行為記分管理辦法》已於2022年4月1日正式實行，其中有一條新規引起廣泛關注，即在高速或者城市快速路上，超速20%以內不扣分。因此，在車流密度允許的情況下，部分高速公路將出現車速達140km/h的車輛。
更快的車速要求車輛具備更遠的探測距離：當前方出現危險物體，車輛需要緊急剎停時，車速越高需要的剎停距離越長。因此更長的探測距離，有助於在高速行駛時，更早地發現險情，更早地採取制動，避免事故傷害。
看得清：“定睛凝視”成就圖像級激光雷達
要知道，激光雷達工作原理的本質在於光脈衝打在物體上所反射回來的點陣列，結合算法判斷物體種類和狀態，隨後進行相應的動作判斷。而隨着物體距離激光雷達距離的拉大，點陣列的識別和算法就顯得愈發重要。舉個例子，距離200米開外的物體，每0.01°的角分辨率變化，相鄰的兩個點距離約在3.5cm。以0.1°角分辨率的激光雷達為例，其接收到的相鄰兩點間隔35cm，對於行人、自行車、摩托車這樣的目標物體，點雲過於稀疏，對於算法挑戰極大。
為了解決這一問題，蔚來ET7的激光雷達具備“定睛凝視”功能，可在行車關鍵視野區域產生角分辨率高達0.06°*0.06°的高密度點雲，將該區域的目標看得更清晰。ET7激光雷達的定睛凝視功能範圍為25°H（橫向）*9.6°V（縱向）。在前方50m處，該區域覆蓋範圍：橫向覆蓋達10條車道，縱向覆蓋大於一層樓高度，可充分覆蓋前方行車區域。
值得一提的是，蔚來ET7激光雷達“定睛凝視”區域策略性選擇加密關鍵區域，而非全局鋪滿點，可根據需要隨時讓任意區域分辨率高起來。避免佔用不必要的計算資源，增加功耗、帶寬等，提升數據利用的有效性，減輕算法壓力，更利於整車感知系統運行，真正實現“把“點”用在刀刃上”。
看得穩：感知更精確，行車更安全
這裏要先介紹一個專業詞彙：POD，即探測概率Probability of Dectection，一般為超過連續100幀發射的激光束數量（即理論點數量）與被探測到的激光束數量（即有效點數量）的比值。POD體現出激光雷達接收返回點數的能力和穩定性，是反應激光雷達性能的一項重要指標。
那麼蔚來的POD表現如何呢？數據顯示，感知250m處10%反射率物體的探測概率超過90%，行業領先。而更高的POD，意味着可以讓車輛更清晰明確地感知到目標物體，減輕算法壓力，實現更遠的有效感知距離，提升自動駕駛系統整體的安全性。
Design for AD：科技與美的完美融合
正如文章開頭所説，蔚來ET7車頂瞭望塔設計在發佈之初引發了不小的爭議，雖然它的位置保證了傳感器開闊的視野，但也對整車造型以及空氣動力學性能提出了更高的挑戰。工程團隊與設計團隊反覆試驗和打磨，充分考慮了空氣動力學（風阻）、整車安全、熱管理、防水、空間等多個環節，對殼體線型及圓角進行大量模擬分析及優化驗證，尋找最優參數，給用户提供更好的感官體驗。
最終，瞭望塔式造型與原始方案（無LiDAR）相比，風噪僅增加0.8db，風阻係數僅增加0.002，最終創造 0.208超低風阻係數，位列全球量產車風阻係數前二。而剛剛發佈的蔚來ES7，“瞭望塔”結構進一步優化，對於設計的影響更小，我們也期待蔚來在未來能夠有新的突破，讓科技和美能夠更好地融合。