近年來自動駕駛行業爆發勢頭明顯 Waymo、Cruise、百度Apollo、寶馬、特斯拉等行業領導者正在積極推動L2、L3級別的自動駕駛功能加速商業化落地。與此同時 L4級別的自動駕駛功能也進入了試運行階段。而提到自動駕駛 被譽為“自動駕駛之眼”的激光雷達是一個繞不開的關鍵詞。它能夠精確感知周圍環境 以全面周到的方式為自動駕駛保駕護航。Velodyne、Luminar、Mobileye等國外老牌企業和禾賽科技等國內新貴企業都在此領域表現不俗 近期入局的華為實力更是不容小覷。自動駕駛漸成行業風口 而車規級激光雷達若要成其“標配” 仍有難題亟待解決。

車規級激光雷達優勢明顯

汽車智能化競賽已正式開啟加速度 作為衡量汽車智慧程度的重要指標之一 更高級別的自動駕駛成為眾人追求的夢想。自動駕駛系統由感知層、決策層和執行層構成。作為整個自動駕駛系統的基礎 感知層主要采用傳感器技術 涉及激光雷達、毫米波雷達、攝像頭、超聲波傳感器、高精度定位、高精度地圖和V2X等技術。

在自動駕駛感知系統中 毫米波雷達和攝像頭能檢測到99%的路上狀況 但安全需要100%的保障 哪怕有1%的遺漏都能造成嚴重事故。因此 要想在感知方面全覆蓋、有冗余 激光雷達是車輛中最關鍵的傳感器之一。如果把汽車比作一個人 激光雷達就是車輛的眼睛。車規級激光雷達普遍采用多個激光發射器和接收器 建立三維點云圖 從而達到實時感知環境的目的。激光雷達通過發射激光束來探測周圍環境 可以精確感知路面環境和道路上的突發狀況 具備測量距離遠和測量精度高等優點 能夠幫助汽車在無人駕駛的情況下 看得更清楚、行駛得更安全。

車規級激光雷達的使用在很大程度上能夠提升駕駛的安全性。Cepton公司CEO兼聯合創始人裴軍在接受記者采訪時表示 激光雷達可以把車輛前方和后方的障礙物測量得非常清楚 能夠為車輛提供很有力的安全保障。

為自動駕駛保駕護航的激光雷達有哪幾種具體的技術路線？其實 關于激光雷達技術路線的分類有很多種 但有些分類方式可能不太嚴謹。嚴格來講 激光雷達的技術路線應該按照光源、測量和成像這三種方式進行分類。

裴軍告訴記者 光源主要指激光雷達的發射和接收 比如在近紅外波段發射 905 納米的激光 還有Luminar激光雷達采用的1550納米波長的激光。測量主要包括兩種方式 一種是通過測量時間的方式來完成激光測距 如發射光脈沖 將光速和時間相乘來計算距離 這是最為經典的測量方法;另一種方式則是使用FMCW（調頻連續波）技術 這是使用干涉儀的新方法 雖然更加復雜 但測量的結果也更加精確。成像方式中才包含大家熟知的機械式激光雷達、固態激光雷達、混合固態激光雷達和矩陣成像等。這些不同的技術路線各具優勢 能夠增強環境感知的精確度 極大提升了駕駛的安全性。

正如裴軍所言 人們在提升駕駛安全系數方面的追求是沒有盡頭的。作為高級安全與自動駕駛應用的強大基礎 激光雷達正在通過多種技術路線 推動人們走向更高級別的自動駕駛。

眾廠商競逐激光雷達賽道

激光雷達會成為自動駕駛領域的“標配” 這一觀點已成為業內共識。很多專家都認為 要想達到L3或L3以上級別的自動駕駛 就必須要使用激光雷達。

如果說前些年的自動駕駛感知之爭發生在以特斯拉為代表的純視覺派和Waymo領銜的激光雷達派之間 那么現階段 局面已經發生了巨大變化。放棄激光雷達路線、只采用“毫米波雷達+攝像頭”組合的特斯拉 經常會由于深度學習模型中視覺算法訓練數據的局限性導致一些交通事故 漸漸成為自動駕駛領域的“特立獨行派”。目前 越來越多的車企決定在量產車型上搭載激光雷達 很多激光雷達廠商也開始在資本領域受到熱捧。

2021年 整車廠量產搭載激光雷達的車型預計有寶馬、戴姆勒、蔚來和長城等 其中本田于2021年內推出的旗艦車型“LEGEND”將搭載5個激光雷達 小鵬和理想計劃在2021年上市的量產車型中標配激光雷達。與此同時 蔚來、長城、北汽ARCFOX等多家自主品牌紛紛宣布新車將搭載激光雷達上市。

為整成廠輸送裝備的激光雷達廠商在資本領域也早已動作頻頻。國外方面 Velodyne、Luminar、Aeva、Innoviz和Ouster等激光雷達公司均已經或即將完成美股登陸 其中激光雷達鼻祖——Velodyne目前市值已超40億美元 Luminar市值則一度突破百億美元。值得注意的是 英特爾無人駕駛汽車子公司Mobileye的負責人也于近日宣布 希望為每輛汽車配置一個激光雷達傳感器 以降低自動駕駛的成本。

國內方面 當前已經有百余家大大小小的激光雷達廠商 最早入局激光雷達領域的速騰聚創、禾賽科技、鐳神智能這三家企業發展較快 已進入融資中后期階段。其中 激光雷達初創企業——禾賽科技擬在科創板上市 有望站上中國激光雷達第一股。此外 搭載在蔚來ET7上的激光雷達公司——Innovusion獲得均勝電子千萬元的戰略投資；激光雷達廠商歡創科技宣布完成8000萬元B輪融資;北科天繪、國科光芯、光勺計劃和北醒光子科技等多家企業紛紛對激光雷達核心技術展開研發；大疆、華為、科沃斯等各領域巨頭也相繼入局激光雷達領域 激光雷達賽道上的競爭異常火熱。

量產難題亟待破解

眾多廠商對激光雷達青睞有加 激光雷達將搭載于量產車型的消息近期亦不絕于耳。但是目前 車規級激光雷達普及的最大難點是大規模量產。

是什么阻礙了激光雷達的量產？在眾人的慣有認知中 高昂的成本和較長的生產周期是阻礙激光雷達實現量產的最大“攔路虎”。但實際上 這兩個問題是可以解決的。北京理工大學信息與電子學院博士鄭爽向記者介紹 激光雷達的成本和量產周期其實取決于工藝路線。“如果通過購買組裝分立器件來生產激光雷達 那么成本確實比較高 周期也會長一些。但如果能有較為完整的工藝鏈 成本和周期問題是可以得到解決的。”鄭爽說。

事實上 當前的量產難題主要與車規級激光雷達嚴苛的量產交付標準有關。真正意義上的車規量產級激光雷達對封裝尺寸、汽車集成性、大規模量產性、高分辨率、可靠性和低成本等方面的要求苛刻且嚴格 這些要求正是行業需要加速攻破的難點。裴軍認為 車規級激光雷達需同時滿足可靠性、成本和性能這三個條件才能真正投放市場 只滿足一個或兩個條件是不行的。研發出同時滿足這三個條件的激光雷達非常難 這也是導致車規級激光雷達量產難的主因。

具體來看 目前似乎沒有哪一特定種類的激光雷達能在可靠性、成本和性能之間達到完全平衡。以部分種類的激光雷達為例 洛倫茲（北京）科技有限公司CEO杜晨光介紹 機械式激光雷達存在精密裝配困難、系統龐大等問題 目前價格仍居高不下 很難在量產車型上大規模普及；拍照式Flash激光雷達雖系統結構簡單、體積小、成本低 但探測距離較短；相控陣OPA激光雷達方面 光學相控陣天線的大規模集成將增大其光學孔徑并提高分辨力 但相控陣列數越多 電極排布越困難 短期內很難產品化。

現階段 只依靠激光雷達來實現“自動駕駛夢”顯然是不現實的 多種傳感器技術的互補與融合才是自動駕駛進一步發展的關鍵。在自動駕駛的硬件層面 需要配備不同種類的傳感器 才能保證信息獲取充分且有冗余。鄭爽指出 激光雷達探測波長較短 在雨雪霧等極端天氣情況下 光束傳輸易受阻或受擾動 性能易受限。在此情況下 毫米波雷達可起到補充作用。與此同時 攝像頭雖然探測距離有限 但它對車內外的目標識別來說仍非常重要。

未來 攝像頭、毫米波雷達、激光雷達將協同發展、相互促進 將獲取的數據、信息集中在一起綜合分析 能更準確地描述外界環境 進而提高系統決策的正確性。 責任編輯:tzh