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自动驾驶商业化,激光雷达并非唯一答案

2021/12/11
390
阅读需 22 分钟
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当我们谈论自动驾驶的时候,必然绕不开技术路线、成本、量产以及商业化这些关键词。

技术路线上,业内有坚持视觉感知技术能解决一切问题的特立独行者——特斯拉,也有认为激光雷达传感器对于高级别自动驾驶来说不可或缺的新造车势力们。

传感器配置的不同,带来自动驾驶系统的成本差异,到底是多用价格亲民的摄像头、压榨视觉感知的能力极限,还是尝鲜使用现阶段有些小贵的激光雷达,成为每一家自动驾驶研发商或者车企需要权衡的选择。

而在商业化路径上,既有坚持在 Robotaxi 这类运营场景里持续投入的自动驾驶流派,也有致力于将自动驾驶技术应用于消费级别量产车的新型供应商和求新求变的新老车企。

无论你选择哪条技术路线,搭载什么样的传感器套件,无论是运人、运货还是直接卖给消费者,技术上稳定、成本上可控、商业模式走通,是所有企业需要突破的难关。

Robotaxi + Apollo Lite:百度两手抓、两手硬

百度作为自动驾驶的忠实信徒,在该领域投入了大量真金白银、时间成本、人力成本,他给出的答案是:我不做选择,我全都要!

纵观百度在自动驾驶上的布局,「两条腿走路」是主旋律。

首先,在技术路线上:

百度有专门供 Robotaxi 用的配有激光雷达的 L4 级自动驾驶全栈技术;也有供消费级别车型率先量产的纯视觉感知技术 Apollo Lite。

基于 Apollo Lite 技术路线,百度已经推出了自动泊车产品 AVP、导航辅助驾驶产品 ANP。

百度的策略是,强化视觉感知能力,挖掘视觉感知的极限,在此基础上不抛弃激光雷达。特别是其 Robotaxi 载人运营以安全为第一要务,传感器冗余必须要有。

而在商业化路径上:

百度的 Robotaxi 运营平台「萝卜快跑」已经在全国多个城市多个区域日常营业,服务于普通市民的通勤,而且已经在北京率先开启了收费尝试。

在 Robotaxi 之外,百度的另一条业务线就是以 Apollo Lite 技术为基石的量产自动驾驶业务,目前包含两大主要「智驾」产品 AVP 和 ANP。

按照现在的商业化进程看,合作的车企正在不断增加,系统装车量也在进行爬坡,未来 2-3 年将迎来高速增长期。

百度 Apollo L4 级融合感知全栈技术与 Apollo Lite 纯视觉感知技术二者也存在着互相促进的关系。

Apollo Lite 主打视觉感知,强化视觉能力,意味着其对高线束高成本激光雷达的依赖将会降低,直接带来的影响就是减少车上的高线束激光雷达数量,这对于百度 Robotaxi 的降本增效有直接推动作用;

反过来,百度 Robotaxi 的大规模路测和运营积累的能力也将为 Apollo Lite 所用,进而支持 AVP、ANP 等智能驾驶产品的开发和迭代。

Apollo Lite 从哪里来?

从定义上来看,Apollo Lite 是一项轻量化的 L4 级自动驾驶技术,它的「轻量」体现在以视觉感知为主,弱化对高性能计算平台、激光雷达、高精地图等的依赖,目标是拉低成本,并且更快实现量产。

这套技术既可以支持 L2+ 级别的自动辅助驾驶功能,也能不断升级迭代以实现 L4 级自动驾驶功能,但核心是以视觉感知为主,和业内的 Mobileye、特斯拉属于同一流派。

现在百度推出的 AVP、ANP 产品,都是在这个基础上开发出来的。

如果从 2018 年底 Apollo Lite 团队组建开始算起,如今 Apollo Lite 正好走过了 3 周年。

据百度 Apollo 技术委员会主席王亮回忆,百度从 2013 年开始研发 Robotaxi,用的就是激光雷达方案,到了 2015 年,百度 Apollo 的高级研发人员召开了一场内部会议,讨论接下来的技术方案。

当时团队分出两个派别,其中一派认可视觉感知为主的方案,在必要时融合激光雷达,认为摄像头和人眼最像,而且成本也低;另一派则认为继续使用激光雷达。

因为属于技术研发早期,公司高层要求技术团队聚焦,将力量投入到一个技术路线上,所以之后的几年,百度 Apollo 都依托于激光雷达为主进行自动驾驶算法的开发和迭代,走的是多传感器融合路线。

虽然是融合感知路线,但是团队仍然将激光雷达置于主要地位,在解决一些 Bug 的时候,都优先从激光雷达产生的异构数据入手,一旦激光雷达升级换代,百度长期路测累计的里程数据价值将大打折扣;

另外就是激光雷达的成本高昂、符合车规级量产的激光雷达并未普适,一旦激光雷达供应跟不上,势必对后续的自动驾驶商业化不利。

于是在双重夹击之下,百度 Apollo 内部下定决心,要单独将视觉感知这块做强做大,先把激光雷达从车上拿下来,不再过分依赖它。

正好也是在那个时期,以视觉技术起家的以色列自动驾驶公司 Mobileye 公开了一段在耶路撒冷全程 1 小时无接管的无人驾驶路测视频,用的就是纯视觉感知技术方案。

这也给 Apollo 内部研究视觉感知的团队带来极大的启发和信心:Mobileye 能做成,我们在中国复杂城市道路上也能做成!

基于此,内外因素共同驱动,百度在 2018 年底成立了专门做纯视觉技术路线的团队,一开始感知模块有 10 个人,定位模块有 7、8 个人,总共不到 20 个人,其他决策规划的技术都是与 Robotaxi 团队共享。

他们开辟了一条新的技术路线 Apollo Lite,将激光雷达从传感器套件中拿掉,强化视觉感知的应用。

而且,Apollo Lite 和 Robotaxi 的体验目标、技术指标、测试路线都是要对齐的,也就是说,有激光雷达能实现的能力,用纯视觉技术方案也要做到。

这样的目标实现起来非常困难,因为相比于能够产生结构化数据的激光雷达和毫米波雷达,依靠摄像头视觉感知的不确定性太多,而且也有很多技术上的短板需要克服。

但高风险也意味着高收益,一旦在视觉技术上做好,那势必对自动驾驶的量产落地有极大的推动作用,因为视觉技术和人眼最为相似,是自动驾驶最为本质的能力,可以拓宽自动驾驶对更多场景的适配性,而且成本上可控。

这也是特斯拉马斯克一直这么信奉视觉感知的根本原因,Apollo Lite 也是同样的思路。

终于,在 2019 年 6 月 Apollo Lite 团队成立半年后,百度在美国长滩举办的全球计算机视觉及模式识别领域顶级学术会议 CVPR 2019 上,展示了一段在北京城市道路上长达 1 小时的全程自动驾驶视频,首次公布了 Apollo 环视视觉解决方案。

借此,百度 Apollo 正式发布对标 Mobileye、中国唯一的 L4 级纯视觉城市道路自动驾驶闭环技术——Apollo Lite。

Apollo Lite 摆脱了对激光雷达传感器的依赖,最大限度发挥了视觉感知的潜力,能够实现城区道路自动驾驶、红绿灯识别、主辅路切换、环岛通行等自动驾驶能力。相比于传统 L4 方案,Apollo Lite 更为轻量化。

Apollo Lite 主要依靠的主传感器是 10 路摄像头,采用纯视觉感知,而且在计算资源上的消耗也更小,单一 GPU 显卡就可以支撑,相比于其他的方案动辄几百 TOPS 的算力需求来说更具性价比。

进入到 2020 年之后,Apollo Lite 的技术能力不断精进,在各个技术模块上都进行了长足的优化。在这个过程中,Apollo Lite 技术的产品化节奏也在不断加快。

2020 年的 9 月和 12 月,百度先后发布了 Apollo Lite 的两大核心量产产品 AVP 和 ANP,AVP 针对泊车场景,ANP 针对城区和高速的驾驶场景。

百度希望通过泊车场景和行车场景的结合,来帮助普通车主用户实现点到点的自动驾驶能力。

百度当时还立下了一个并不简单的中期目标,那就是在未来 5 年实现 AVP+ANP 系统 100 万辆车的量产搭载目标。

眼看着 2021 年行将结束,百度 Apollo Lite 走过 3 周年,百度在 AVP 和 ANP 的量产车企合作伙伴也越来越多,车型越来越丰富。

站在三周年的节点回头看,王亮坦言:

「Apollo Lite 是非常重要的一个布局,直接影响到在汽车智能化浪潮到来之后,百度可以通过更好的技术储备以一个很好的姿势进入赛道。」

如果现在百度 Apollo 仅仅有激光雷达技术方案,而没有推出 Apollo Lite,那百度的自动驾驶业务很可能会错失接下来数年的智能汽车商业化浪潮。

所幸,这一切并非如此。

三年醇,Apollo Lite 的技术进化之路

走过 3 年的 Apollo Lite,到底得到哪些技术上的进化,或许是业界最为关心的。

作为 Apollo Lite 最核心的目标,强化视觉感知能力,弱化对其他传感器的依赖,是百度技术团队一直在推动的工作。

2019 年,Apollo Lite 已经可以实现基本城市道路的闭环行驶,但在面对一些复杂场景时还不够稳定,后续通过不断的优化、不断的测试,实现了在北京海淀区稻香湖附近一段 往返 18 公里的道路的闭环自动驾驶。

2020 年,Apollo Lite 在感知和定位模块上持续进化,进而对标其 Robotaxi 的性能。当时在北京亦庄的测试路网上,Apollo Lite 的关键技术指标向 Robotaxi 对齐,在接管频率,急刹和不合理驾驶行为等关键可感知指标上,Apollo Lite 表现不俗,整体完成度很高,实现了复杂城市道路的纯视觉自动驾驶能力。

进入到 2021 年,以 Apollo Lite 为基础的两大「智驾」产品 AVP、ANP 已经驶入了产品化和量产化的快车道,特别是今年汽车之心还在北京亦庄实地见证了其城市道路 ANP 的真实表现,这套系统通过视觉感知在乘用车上实现了 Robotaxi 级别的体验。

在这些可感知的舒适驾乘体验背后,有一套 Apollo Lite 团队持续优化而成的视觉自动驾驶技术体系。

(1)首先是轻量化的传感器方案。

产品化后的 Apollo Lite 以摄像头(12 颗)、超声波传感器(12 颗)、毫米波雷达(5 颗)以及高精地图为传感器套件,而且装配在了合作车企的前装量产车型上,这和此前专门用于自动驾驶研发的后装测试车是有本质区别的,因为前装量产对于系统冗余设计、线控调校、散热方案以及传感器集成都有全新挑战,而且车规级的要求对于前装量产车的要求也非常严苛。

Apollo Lite 的这套轻量化传感器方案,既直接跳过了激光雷达过车规的这项要求,也更加方便整车集成。另外,在消费者端的直接反映就是成本更低,使用自动驾驶功能的门槛也更低。

(2)其次是在自动驾驶计算平台上也做到轻量化。

Apollo Lite 团队在过去 3 年投入了大量精力进行了视觉感知模型的轻量化,对模型结构进行了极致压缩,通过多任务模型、量化训练等手段降低计算量,降低推理时延的同时兼顾了模型精度。

正因此,基于 Apollo Lite 技术的车型能够采用低功耗可量产的车规级计算单元,对于算力的需求大幅降低。

此外,Apollo Lite 团队还对其软件系统进行了大刀阔斧的重构改造。根据场景和车辆行为动态分配计算资源到不同的传感器/感知任务,从算力充沛时的兼顾全局到有限算力下的有的放矢,聚焦局部。

具体而言,在算法层面,全面精简算法逻辑,并通过专用指令优化热点算法模块,降低运算量;系统层面,重新设计了计算资源调度分配策略,提升数据流转效率;硬件层面,充分调度异构计算单元上可用的硬件资源(专用图像处理器DSP 计算单元等),缓解 GPU、AI 加速器的计算压力。通过一系列算力优化,其 GPU 占用率大幅降低,端到端时延也显著降低。

这一切的努力,都是为了整个自动驾驶系统的稳定运行,同时满足大规模车规级量产的需求。

(3)Apollo Lite 虽说主要依靠视觉感知,但仍离不开高精地图的加持,所以团队也对高精地图做了轻量化的操作。

具体而言是对高精地图的定义和使用方式都做了降级。

此前,Apollo Lite 仍沿用专为 Robotaxi 定制生产的高精地图,地图中包含丰富的道路拓扑和定位图层信息,地图作为先验能够简化车端算法,降低研发难度。

面向量产乘用车更为广阔的路网,高精地图的生产成本和日常维护难度将影响地图的覆盖范围,车端算法重依赖地图也势必给系统日后的泛化性带来挑战。

针对量产,Apollo Lite 放宽对地图元素的要求,在精度不变的前提下将地图元素减少到了原来的 50%,单位距离地图大小仅为原来的 10%,同时 Apollo Lite 工程师研发了与轻量级地图相适配的感知、定位和决策规划算法,通过车端算法的升级弥补地图信息缺失,弱化对高精地图的依赖。

当然,这也得益于百度本身就是高精地图生产商的优势,因为同处在一个团队下,配合起来进行联合优化会有更高效率。

根据百度的描述,Apollo Lite「轻地图」技术路线能够保证 ANP 在未来的地图路网覆盖率和产品可用性上有显性优势。

(4)最后一个不可或缺的技术就是自动驾驶的数据闭环。

Apollo Lite 已经有一个和 Robotaxi 进行数据共享的通道。

Apollo Lite 的很多训练数据都是来自于百度 Robotaxi 的路测和运营,而未来 Apollo Lite 的相关产品上路之后,也能收集更大规模的场景数据用于 Robotaxi 的训练和提升。

比如,百度 ANP 系统就内置了数据回收策略,能够在车端动态对高价值数据进行实时挖掘和存储,数据在合适时间通过 wifi/4G 回传到服务器,且每类数据与对应的车端模型或者策略关联在平台统一管理。之后,通过分析工具和标注服务,原始数据被转化为可以参与模型/策略迭代的标准结构化数据。

这些数据可以为百度自动驾驶的所有业务线提供服务。

以往大家认为特斯拉和 Mobileye 最大的优势就是能够通过规模庞大的量产车收集数据以推动自动驾驶系统迭代,现在 Apollo Lite 也拥有了这样的核心能力,相信后续的规模将不输特斯拉和 Mobileye。

Apollo Lite 产品化量产加速

在技术上的不断精进,最终还是要落地到具体的产品上,为广大消费者使用,技术的价值才能体现。

作为 Apollo Lite 技术路线下最拳头的两大产品,AVP 和 ANP 在商业化量产的进展上也表现不俗。

过去的两年中:

百度的的 AVP 系统已经和威马、广汽、长城、福特、现代、宝马、吉利等车企达成了量产合作,威马 W6 成为率先量产这项技术的车型。

而在 ANP 产品上,则分为两个维度:高速场景 ANP 和城市场景 ANP。

目前已知的是高速场景 ANP 将在威马 W6 上率先量产,后续还会有更多车企官宣。

而在城市场景 ANP 方面,百度 Apollo Lite 团队透露的信息是:

2023 年 7 月份左右会率先把 ANP 城市领航辅助驾驶放到集度汽车上实现量产。

而关于 AVP+ANP 产品的中期目标,前文我们已经做过阐述:未来 5 年(到 2025 年)搭载 AVP+ANP 系统的量产车型将达到 100 万辆。

接下来就静待这一目标的达成。

Apollo Lite 走向何方?

虽然 Apollo Lite 坚持纯视觉技术方案,但也不会像特斯拉一样激进到对激光雷达说不,后续做冗余方案是不排斥的,但肯定还是以视觉为主。

王亮很明确的表示,「在我们的(后续)方案中,激光雷达并不是在时时刻刻都要做所有的事情,而只是在关键的决策点上,站出来做一个判断,大部分的工作可以靠视觉去完成,我觉得这是一个比较理想的状态。」

Apollo Lite 团队的策略是做好两手准备:一是把视觉感知做到足够好、足够强;其次是针对激光雷达传感器也进行布局,而且是多方位布局,考虑性能、成本、可量产性等等。

而在未来视觉感知技术极度成熟之后,完全可以将激光雷达这根自动驾驶的「拐杖」拿掉,这将是 Apollo Lite 的终极目标,那时候的自动驾驶将成为真正的无人驾驶。

回到当下,Apollo Lite 仍然不断在自动驾驶的规模化量产、传感器和计算平台的成本、自动驾驶系统的安全性之间取得最佳的平衡点,为车企提供完善的技术方案,为消费者提供好用的自动驾驶功能。无论是 AVP 还是 ANP,目标都是如此。

相比于市面上大多数厂商正在做的基于激光雷达的城市场景领航辅助驾驶,Apollo Lite 所推出的依靠纯视觉技术的城市场景 ANP 系统量产后的表现值得期待。

在王亮看来,到 2023 年,高速领航辅助驾驶功能会成为用户的使用习惯,城市领航辅助驾驶会成为高端车型或对智能化有追求的车型的标配。

如果功能缺失,产品可能很难卖出相应级别的价格。那个时候,各家比拼的核心就是领航辅助驾驶产品的局部体验。

而依靠着整体不俗的性能以及成本更低的视觉技术,百度城市场景 ANP 系统或将成为未来众多车企实现智能化配置的重要选择。

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百度是拥有强大互联网基础的领先AI公司。是全球为数不多的提供AI芯片、软件架构和应用程序等全栈AI技术的公司之一,被国际机构评为全球四大AI公司之一。百度以“用科技让复杂的世界更简单”为使命,坚持技术创新,致力于“成为最懂用户,并能帮助人们成长的全球顶级高科技公司”。

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