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2023-01-31
偌大的特斯拉，容不下一顆小雷達(dá)？
更新時間：2022-10-13 12:06:15作者：智慧百科
雖然特斯拉AI Day才舉辦了兩屆，但由于干貨太多，技術(shù)太過硬核，也被業(yè)內(nèi)稱為自動駕駛領(lǐng)域的春晚。
去年AI Day的關(guān)鍵詞還是BEV、Transfomer和Hydranet，今年就變成了Occupancy Network，技術(shù)迭代能力驚人，而無論名詞怎么變，特斯拉對于純視覺路線的堅(jiān)持絲毫沒有動搖。
反映在現(xiàn)實(shí)層面，隨著AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)越來越成熟，以及云端超算DOJO的推出，特斯拉在感知環(huán)節(jié)所需的硬件端可以實(shí)現(xiàn)“化繁為簡”，成為100%的純視覺派，因此，馬斯克也被稱為“雷達(dá)殺手”。
2018年，馬斯克嘲諷激光雷達(dá)是自動駕駛的“拐杖”、“雞肋”和“闌尾”；2019年，馬斯克又再下判斷，“那些依賴激光雷達(dá)的人注定失敗”。2020年，小鵬宣布要推出帶激光雷達(dá)的P5時，馬斯克甚至在推特上怒噴，隨后何小鵬在微博上強(qiáng)硬回懟，聲稱要把特斯拉打得找不著北。
到了2021年，特斯拉變得更加激進(jìn)，當(dāng)年5月宣布拿掉北美市場新生產(chǎn)的Model 3/Y上的毫米波雷達(dá)，在行業(yè)內(nèi)引發(fā)了不少爭議，上周，特斯拉將刀揮向超聲波雷達(dá)。
問題來了，在整個行業(yè)試圖將更多、更強(qiáng)大的雷達(dá)裝上車，為自動駕駛提供多傳感器保障時，特斯拉為什么堅(jiān)持一枚雷達(dá)也不要？難道僅僅只是因?yàn)椤板X”的問題嗎？
在本文中，我們試圖回答幾個問題
一、特斯拉為何要不斷拋棄雷達(dá)？
二、特斯拉移除各種雷達(dá)的底氣是什么？
三、雷達(dá)還有機(jī)會登上特斯拉嗎？
01
活太糙，價太高
特斯拉拋棄雷達(dá)的原因并不復(fù)雜，總結(jié)一下，要么是干活太糙，要么是要價太高。特斯拉官方認(rèn)證的兩個關(guān)鍵詞則是：信噪比（信號與噪聲的比例）與成本。
率先被特斯拉砍掉的毫米波雷達(dá)，被拿下的理由就是信噪比太低。
毫米波雷達(dá)的工作原理非常簡單，發(fā)射無線電波，接收回波，然后根據(jù)時間差、相位差來測距、測速。
但問題在于，主流車載毫米波雷達(dá)分辨率低，缺乏測高能力，且整個過程中伴隨雜波干擾，這導(dǎo)致物體在探測結(jié)果中常常呈現(xiàn)為一個點(diǎn)（也可能一個點(diǎn)都沒有，或者出現(xiàn)本不該有的雜點(diǎn)），很難判別形狀和類別。
這就好比讓一個人蒙住雙眼，只用一根手指頭去摸索判斷前方物體的屬性，效果可想而知。
汽車行業(yè)對毫米波雷達(dá)的使用大多是揚(yáng)長避短，只取其對動態(tài)物體的追蹤能力。
但靜態(tài)物體是它逃不開的噩夢，為了避免毫米波雷達(dá)把井蓋、天橋等各種靜止物體一概當(dāng)做障礙物，行業(yè)基本會屏蔽其對靜止物體的探測信號，不然會導(dǎo)致“幽靈剎車”的情況頻發(fā)。
因而在傳統(tǒng)汽車毫米波雷達(dá)上，一個復(fù)雜的真實(shí)世界經(jīng)常被降維成只有一些點(diǎn)的平面。
毫米波雷達(dá)眼中的世界
況且，特斯拉使用的毫米波雷達(dá)一直是大陸在2016年推出的入門級產(chǎn)品ARS 410，性能已經(jīng)過時。在特斯拉近兩年的技術(shù)框架中，毫米波雷達(dá)的探測信號經(jīng)常成為感知系統(tǒng)中的“噪聲”，污染感知數(shù)據(jù)，誤導(dǎo)其他傳感器，反而可能增加意外情況。
有這一鋪墊，超聲波雷達(dá)今年被特斯拉砍掉也顯得順理成章。
某種程度上，超聲波雷達(dá)更是劣化版的毫米波雷達(dá)——毫米波有的功能它沒有，毫米波存在的問題它一個不少。其探測距離短（通常3米內(nèi)），無法測速，也不能測出物體輪廓，主要優(yōu)點(diǎn)是便宜（數(shù)十元一枚，一整套方案也不過幾百塊），能用在低速場景下，倒車、泊車時輔助防撞。
相比于性能孱弱的毫米波和超聲波雷達(dá)，激光雷達(dá)在信噪比問題上倒是有很大改善，大到特斯拉也悄悄用過這根“拐杖”。
表面上對激光雷達(dá)嗤之以鼻的特斯拉，實(shí)際上在2021年給一批車輛安裝過激光雷達(dá)，目的是利用后者精度極高的測量，幫助視覺算法進(jìn)行校準(zhǔn)。然而，這批車僅僅是測試車型，充其量激光雷達(dá)只在特斯拉打了一段時間臨時工。
搭載激光雷達(dá)測試的Model Y
激光雷達(dá)自始至終沒能登上特斯拉量產(chǎn)車，主要原因是另一個命門：成本太高。
成本殺手的理念刻在特斯拉的基因里。特斯拉創(chuàng)業(yè)之初選擇18650圓柱電池作為動力電池，原因就是工藝成熟，價格低廉。更新的例子，是特斯拉在Model Y白車身上率先啟用了后橋一體化壓鑄工藝，將原本七十個零部件一體成型，不僅降低重量，還將成本削減40%[1]。
作為智能電動汽車第一摳廠，激光雷達(dá)的高成本讓特斯拉難以接受。
當(dāng)前，一枚高性能激光雷達(dá)價格可達(dá)上萬元，便宜的也要3000元[2]，而一枚高清車載攝像頭模組的價格僅400元[3]，特斯拉自研的FSD芯片估算成本也才200美元。
如果搭載激光雷達(dá)，特斯拉的智能駕駛硬件成本可能會直接翻倍，這和特斯拉“技術(shù)普惠”的愿景背道而馳。
此外，除開信噪比與成本兩個大頭，雷達(dá)們還有其他問題：數(shù)據(jù)格式不同，標(biāo)定、融合的技術(shù)門檻高，計(jì)算開銷大；工作頻率不同（激光雷達(dá)每秒10幀，攝像頭每秒36幀），數(shù)據(jù)時間同步也是技術(shù)障礙。采取多傳感器路線的車企，往往要供養(yǎng)數(shù)百甚至上千人規(guī)模的團(tuán)隊(duì)。
而特斯拉將雷達(dá)悉數(shù)砍掉的破釜沉舟，則能背水一戰(zhàn)，將資金與資源悉數(shù)聚焦到馬斯克最信任的技術(shù)路線上——純視覺自動駕駛。
02
視覺“殺死”雷達(dá)
過去幾年，特斯拉拒絕雷達(dá)的理由，說到底，還是因?yàn)樗鼈兘当驹鲂У乃俣冗€不夠快。故事的B面，則是特斯拉押下重注的純視覺路線技術(shù)突飛猛進(jìn)，快到在不到三年的時間里端了各種雷達(dá)的飯碗。
其實(shí)特斯拉早期的Autopilot走多傳感器路線，理論上攝像頭與毫米波雷達(dá)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)輔助駕駛。
但面對復(fù)雜情況時兩者常常互撂挑子——毫米波雷達(dá)在水平方向盲人摸象，攝像頭則是在一幀幀垂直圖像上勉力識別，像極了兩個二維生物在爭吵這個世界該是橫還是豎。
上圖：毫米波雷達(dá)視野；下圖：攝像頭視野
這段時期也是特斯拉輔助駕駛事故的高發(fā)期。2016年特斯拉撞上一輛側(cè)翻白色卡車的事件早已成為多傳感器協(xié)作失效的經(jīng)典案例：毫米波雷達(dá)盲人摸象失敗，攝像頭對特征模糊的卡車熟視無睹，人類駕駛員未做兜底，事故避無可避。
改變自2020年開始發(fā)生，特斯拉意識到依靠兩個二維生物交換信息，很難準(zhǔn)確還原三維世界。
當(dāng)年，特斯拉推出FSD beta，全面倒向潛力更高的攝像頭，對智能駕駛算法進(jìn)行重構(gòu)：一方面，通過深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練，讓視覺算法學(xué)習(xí)對物體的距離和速度進(jìn)行預(yù)估，獲得初步的三維感知能力；另一方面，從鳥瞰視角將多枚攝像頭獲取的信息進(jìn)行融合，同時加入時間維度，算法由此“活”在了更逼近現(xiàn)實(shí)的四維時空中。
測速、測距本是毫米波雷達(dá)安身立命之本，這意味著，特斯拉視覺能力的出師之日，就是毫米波雷達(dá)失業(yè)之時。
2021年5月，特斯拉北美車型上的毫米波雷達(dá)慘遭一鍋端。當(dāng)年6月，特斯拉人工智能總監(jiān)Andrej Karpathy（今年已離職）作出解釋——在實(shí)測中，視覺算法的測速測距能力，已經(jīng)逼近甚至超越毫米波雷達(dá)[4]。
而在今年，特斯拉的純視覺算法更進(jìn)一步，橫空出世的占用網(wǎng)絡(luò)（Ocuppancy Network），讓攝像頭把對手瞄向了更強(qiáng)的存在——激光雷達(dá)。
基于純視覺的占用網(wǎng)絡(luò)算法將感知空間劃分為一個個立體網(wǎng)格，通過檢測網(wǎng)格是否被占用，以一種低算力開銷、低計(jì)算延遲的方式，實(shí)現(xiàn)對物體體積的測算————包括讓全世界智能駕駛團(tuán)隊(duì)頭疼的各類異形物體。
這解決了視覺感知“物體未識別則不存在”的經(jīng)典難題。而在此之前，行業(yè)多認(rèn)為昂貴激光雷達(dá)才是正確答案。
特斯拉精準(zhǔn)探測在業(yè)內(nèi)通常是難題的“前動后靜”超長巴士
在視覺算法擁有了對標(biāo)激光雷達(dá)的能力后，羸弱的超聲波雷達(dá)在邏輯上也失去了存在的必要，順勢砍掉，將為特斯拉每輛車節(jié)省數(shù)百元的成本。
特斯拉官方表示，超聲波雷達(dá)走后，占用網(wǎng)絡(luò)將接管其工作：隨著算法更新，特斯拉難用的自動泊車能力將得到增強(qiáng)，而一直跳票的智能召喚也將隨之到來。
至此，在特斯拉體系內(nèi)攝像頭與雷達(dá)的賽馬中，攝像頭通過算法的進(jìn)化，完成了對雷達(dá)能力的模擬，以低成本實(shí)現(xiàn)了視覺雷達(dá)效果，一個頂仨。面對這種史詩級奮斗逼，雷達(dá)們只能相繼畢業(yè)。
只不過，有的雷達(dá)可能成為歷史，有的雷達(dá)，則有望在改造之后，在特斯拉重新上崗。
03
毫米波雷達(dá)再就業(yè)
率先下崗再就業(yè)的大概率是毫米波雷達(dá)。
今年6月和9月，特斯拉被發(fā)現(xiàn)向FCC（美國聯(lián)邦通信委員會）提交的兩款自研毫米波雷達(dá)認(rèn)證申請已經(jīng)通過，美國白客Green也在特斯拉車型的新物料清單中發(fā)現(xiàn)了毫米波雷達(dá)的身影。
特斯拉申請認(rèn)證的自研毫米波雷達(dá)
問題是，特斯拉去年才把毫米波雷達(dá)裁了，為什么又要光速打自己的臉？
其中一個答案可能是隱私與數(shù)據(jù)安全。
2019年，特斯拉推出了哨兵模式與寵物模式，這兩個功能通過攝像頭，在車主離開的情況下持續(xù)對車內(nèi)、車外環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，用以防盜、保護(hù)車內(nèi)寵物。然而功能在推出后，先后引起了挪威軍方、柏林警方、中國政府的警惕，理由是高清攝像頭可能造成隱私泄漏或者國家安全風(fēng)險。
而傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的低分辨率特征，反而是一個優(yōu)勢——它能在不過分采集高精度數(shù)據(jù)的前提下，實(shí)現(xiàn)這些功能。
比如特斯拉申請的60Ghz車內(nèi)雷達(dá)，根據(jù)特斯拉提交的材料，它有幾個和哨兵/寵物模式高度重疊的潛在用途：監(jiān)測車內(nèi)生命體征，可用于兒童感測（防止兒童被遺忘在車?yán)铮?；感知車外兩米以?nèi)/破窗檢測，用于防盜；進(jìn)行手勢識別，豐富車內(nèi)交互形式[5]。
因此這一型號的毫米波雷達(dá)，可能有助于特斯拉車型在推出新功能的同時滿足各國隱私、數(shù)據(jù)合規(guī)要求。
不過在技術(shù)黨們看來，另一枚被特斯拉申請了保密的毫米波雷達(dá)才是重頭戲。
因保密令到今年12月才解禁，其具體參數(shù)和用途尚不清晰，但從已經(jīng)公開的測試報告得知，這是一枚77Ghz雷達(dá)，在天線設(shè)置上采用了6收8發(fā)方案。這些信息將其身份指向了一種更先進(jìn)的毫米波雷達(dá)——4D毫米波雷達(dá)，也叫成像雷達(dá)[6]。
傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)被特斯拉從車上移除的原因，很大程度上是因?yàn)榉直媛侍停y以完成對物體的精確檢測和識別。但這個問題并非無解，一般來說工作頻率越高、收發(fā)信道越多，毫米波雷達(dá)的分辨率就越高。
自動駕駛高精度感知要求，在倒逼著毫米波雷達(dá)的精度不斷進(jìn)化，高分辨率雷達(dá)早已是熱門技術(shù)，今年更是被稱為4D毫米波雷達(dá)上車元年。
在國內(nèi)，上汽飛凡R7就搭載了來自采埃孚的4D毫米波雷達(dá)，智能駕駛效果進(jìn)步明顯——相比傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)只能在平面上生成少量點(diǎn)，4D毫米波雷達(dá)能夠繪制立體空間中的點(diǎn)云圖，這與激光雷達(dá)效果相似。
Arbe 4D毫米波雷達(dá)原型機(jī)效果，該公司曾與特斯拉進(jìn)行技術(shù)合作
實(shí)際上，4D毫米波雷達(dá)是一種介于傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)之間的傳感器，其感知精度顯著優(yōu)于前者，而成本可以低至后者1/10。特斯拉一向喜歡這樣的性價比之選，毫米波雷達(dá)重歸特斯拉在邏輯上其實(shí)很合理。
當(dāng)下，盡管特斯拉的純視覺智能駕駛算法已經(jīng)取得長足進(jìn)步，但其測速、測距仍然是基于深度學(xué)習(xí)的“估測”，且面對雨、雪、霧等天氣可靠性會大打折扣。
而毫米波雷達(dá)的測速、測距是基于物理原理的計(jì)算，并擁有全天候的探測能力。一枚信噪比顯著提升的4D毫米波雷達(dá)，可以與特斯拉的攝像頭實(shí)現(xiàn)能力互補(bǔ)，提升系統(tǒng)表現(xiàn)。
其實(shí)，馬斯克對毫米波雷達(dá)的態(tài)度也從未一棍子打死，今年初他在推特上互動時，留下了頗有暗示意味的回復(fù)：“高精度（毫米波 ）雷達(dá)才是正解。”
04
尾聲
特斯拉對雷達(dá)態(tài)度的反復(fù)橫跳，可能會讓一些吃瓜群眾有些燒腦——不是說好了 All in 視覺嗎，怎么說變就變？
很久以來，群眾對馬斯克的“第一性原理”有些誤解，認(rèn)為“第一性原理”在特斯拉的表現(xiàn)就是模仿人類，人只靠視覺就能開車，因此自動駕駛也應(yīng)該如此。
實(shí)際上，特斯拉選擇視覺為主的智能駕駛方案，原因一，是其能看到更豐富的信息（如顏色、語義，馬斯克稱為高數(shù)量級的“量子比特”），二是成本低廉。而技術(shù)的發(fā)展是動態(tài)的，只要達(dá)成或者逼近上述條件，不同的傳感器會找到自己的用武之地。
特斯拉對雷達(dá)的曖昧態(tài)度，也能反映出這家公司最真實(shí)的第一性原理——設(shè)立一個高難度的目標(biāo)，然后找到最具性價比的工程手段實(shí)現(xiàn)它。
（PS：國內(nèi)特斯拉車型毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)依然在崗，從未失業(yè)）
參考資料：
[1] 電動車企爭相入局，一體化壓鑄為何被特斯拉帶火，見智研究Pro
[2] 撞了電動車，掏空我錢包，品玩
[3] 自動駕駛駛?cè)肟燔嚨?，車載攝像頭迎來量價齊升，東方證券
[4] CVPR 2021 Workshop on Autonomous Driving，Andrej Karpathy
[5] Federal Communications Commission DA 21-407
[6] 特斯拉再次擁抱雷達(dá)？凡知雜貨鋪