除了依然堅持視覺(jué)路線(xiàn)的特斯拉外，今年發(fā)布的電動(dòng)汽車(chē)新車(chē)中，沒(méi)搭載激光雷達都不好意思秀自己的自動(dòng)駕駛能力。

　　

　　當自動(dòng)駕駛在量產(chǎn)車(chē)上從 L2 級向 L2+邁進(jìn)，各家車(chē)企對軟件、硬件的 pk 已經(jīng)到了白熱化階段。除了依然堅持視覺(jué)路線(xiàn)的特斯拉外，今年發(fā)布的新車(chē)中，沒(méi)搭載激光雷達都不好意思秀自己的自動(dòng)駕駛能力，ARCFOX 極狐 阿爾法 S、小鵬 P5、蔚來(lái) ET7、上汽 RS33、寶馬 iX、智己 L7 都預告了激光雷達的上車(chē)。

　　激光雷達仿佛成了 L2+，甚至 L3 級、L4 級自動(dòng)駕駛的代名詞。

　　

　　激光雷達是怎么從 Robotaxi 上「頭上長(cháng)犄角」的龐然大物，變成了量產(chǎn)車(chē)上的小巧的「必選項」呢?

　　

　　體積更小、成本更低，激光雷達上車(chē)的法寶

　　激光雷達利用發(fā)射和障礙物反射回的激光來(lái)探測障礙物。在這個(gè)過(guò)程中，光波發(fā)射方式、光束操作、探測、測距以及數據處理方式 5 大核心技術(shù)不同，都會(huì )得到性能、效果不一樣的激光雷達。

　　目前的光電系統中，掃描部件這個(gè)類(lèi)似鏡子的結構，將激光光束發(fā)散成更多光線(xiàn)，也是激光雷達中最大成本單元，直接影響到性能。我們常說(shuō)的「機械式」「半固態(tài)」「固態(tài)」，就是按照掃描模塊和激光收發(fā)模塊的運動(dòng)情況不同來(lái)分類(lèi)的。

　　

　　機械式激光雷達中，「鏡子式」的掃描模塊和激光收發(fā)模塊都可以 360°旋轉運動(dòng)，這兩個(gè)模塊 360°的運動(dòng)能將激光更密集的發(fā)散出去，探測性能最好。但是雙向運動(dòng)的機械結構也最復雜，體積龐大。

　　混合固態(tài)(半固態(tài))激光雷達中，激光收發(fā)模塊不動(dòng)，掃描模塊自己運動(dòng)。這種「鏡子」自己運動(dòng)，當然不如機械式的探測效果好，不過(guò)結構上簡(jiǎn)化很多，體積也變小了。不過(guò)「鏡子」的材質(zhì)、形狀、運動(dòng)方式不同，半固態(tài)激光雷達也分成好多種。

　　純固態(tài)激光雷達，則是激光收發(fā)模塊和掃描模塊都不運動(dòng)，沒(méi)有了內部移動(dòng)，成本最高的掃描模塊可以在結構上簡(jiǎn)化，整個(gè)激光雷達的體積和成本也大大降低了。

　　不同類(lèi)型的激光雷達，優(yōu)缺點(diǎn)也很明顯。

　　

　　從機械式、半固態(tài)到純固態(tài)，激光雷達的體積變小，成本也降低了。

　　而成本，當然是車(chē)企最關(guān)心的。

　　早期用在 Robotaxi 上的機械式激光雷達，以 Velodyne 為例，64 線(xiàn)機械激光雷達在 8 萬(wàn)美元，32 線(xiàn)機械激光雷達成本在 2 萬(wàn)美元。第一款滿(mǎn)足車(chē)規級的激光雷達 SCALA，第一代時(shí)的價(jià)格也一度達到 2 萬(wàn)美元級別。所以目前在量產(chǎn)車(chē)上使用 SCALA 的客戶(hù)，無(wú)論是奧迪 A8，還是奔馳 S 級，都是百萬(wàn)級豪車(chē)的級別，對價(jià)格的寬容度很高。那些由終端消費者買(mǎi)單的大量私家車(chē)，對價(jià)格敏感度就高多了。

　　主機廠(chǎng)們普遍能接受的價(jià)格期望是多少呢?

　　在 L4 級自動(dòng)駕駛系統中，激光雷達的采購價(jià)最終能夠達到 1000 美元以下;

　　在 L2+自動(dòng)駕駛系統中，激光雷達長(cháng)期目標價(jià)格能夠達到 500 美元以下。

　　

　　因此我們看到，進(jìn)入 2020 年后，當半固態(tài)、固態(tài)激光雷達逐漸代替機械式雷達，激光雷達的成本和體積大幅度降低，直接從上萬(wàn)美元降低到 1000 美元時(shí)，逐漸接近車(chē)企能夠接受的價(jià)格，才有了今天激光雷達批量上車(chē)的局面。

　　除了價(jià)格，尺寸也是激光雷達批量上車(chē)的主要原因。

　　早年 Robotaxi 上的機械式激光雷達，就像天靈蓋上的犄角，占的體積非常大，完全不能放置在車(chē)內。如果把這樣的車(chē)賣(mài)給消費者，恐怕沒(méi)有幾個(gè)人愿意買(mǎi)賬。

　　

　　現在「上車(chē)」的半固態(tài)激光雷達，體積已經(jīng)縮小到了 1~2 個(gè)手機的大小，安置在車(chē)頂或者保險杠兩側，大疆展示的激光雷達甚至能集成在后視鏡上。更小的體積，才能讓激光雷達不影響量產(chǎn)車(chē)本身的造型設計。

　　

　　當然，價(jià)格和尺寸只是萬(wàn)里長(cháng)征第一步，性能和可靠性才是王道。

　　多條技術(shù)賽道并行

　　已經(jīng)發(fā)布了搭載激光雷達的車(chē)型中，不僅激光雷達來(lái)自不同品牌，位置不同，選擇的路線(xiàn)也有很大差別。俗稱(chēng)外行人看熱鬧，內行人看門(mén)道，激光雷達都有哪些門(mén)道了，其實(shí)從主機廠(chǎng)關(guān)心哪些指標就知道有哪些門(mén)道了。

　　目前，無(wú)論是 OEM 還是激光雷達廠(chǎng)家都達成共識，高速、擁堵等場(chǎng)景是自動(dòng)駕駛最大的市場(chǎng)。面對高速、擁堵場(chǎng)景，攝像頭的視覺(jué)方案+激光雷達是最容易實(shí)現自動(dòng)駕駛的。

　　盡管，很多人把使用激光雷達和不使用激光雷達看作兩個(gè)技術(shù)的對立面，但現實(shí)中，選擇激光雷達，是目前車(chē)企實(shí)現自動(dòng)駕駛現階段功能的最優(yōu)方案。

　　因此車(chē)企對于激光雷達在 L2+的性能要求如下。

　　1. 測距距離：探測障礙物的最遠距離。比如折射率低于 10%的物體(比如純黑色車(chē)輛)，高速場(chǎng)景下至少有 150 米以上的探測距離。

　　2. 視場(chǎng)角 FOV：探測的「視野」范圍，FOV 越大，「視野」越好。激光雷達應具有 120°FOV 寬視角，滿(mǎn)足十字路口等特殊場(chǎng)景的檢測。

　　

　　3. 測距的精準度：精確度越高，探測到障礙物的位置信息越準確。精確度要滿(mǎn)足≤3cm，角分辨率越小越好，水平和垂直角分辨率≤3°。

　　4. 點(diǎn)云：點(diǎn)云和線(xiàn)束數量越多，感知的障礙物越精確。激光雷達應具備 100 線(xiàn)以上的掃描效果和百萬(wàn)級別點(diǎn)頻，這樣，遇到 150m 外的物體時(shí)，也能反射回足夠多的激光點(diǎn)云用于識別。

　　5. 車(chē)規級：具有車(chē)規級標準的工作溫度，能夠規?；a(chǎn)。

　　這些要求看起來(lái)不復雜，但其實(shí)都滿(mǎn)足這些條件的激光雷達，目前基本上寥寥無(wú)幾，或多或少都有不滿(mǎn)足的地方。這就是為什么，現在各車(chē)企在激光雷達上選擇的路線(xiàn)不同，安裝的位置也不同。

　　目前發(fā)布的車(chē)型中，大多數都選擇了半固態(tài)激光雷達：小鵬 P5 搭載的 Livos 激光雷達屬于棱鏡方案，蔚來(lái) ET7 的 Innovusion 和 R 汽車(chē) ES33 的 Luminar 激光雷達屬于轉鏡方案，華為的激光雷達屬于轉鏡方案，Lucid Air 選擇的速騰聚創(chuàng ) M1 激光雷達，都是半固態(tài)激光雷達。這其中有成本、體積的原因，也有兼顧了性能需求的考慮。

　　蔚來(lái) ET7、上汽 R ES33 以激光雷達作為核心傳感器，都選擇了轉鏡式激光雷達，也就是通過(guò)平面鏡繞圓心 360°旋轉，將發(fā)射器發(fā)出的激光反射出更多的線(xiàn)束。

　　

　　轉鏡式激光雷達最遠探測距離 500 米，針對 10%低反射物的探測距離達到 250m，滿(mǎn)足了探測距離的要求。針對十字路口這樣的場(chǎng)景，轉鏡式激光雷達的 FOV 角度大，120°*30°的大角度，能探測垂直于行駛方向道路上的障礙物。因為 FOV 更大，這兩款車(chē)也都選擇了頂置，安置在擋風(fēng)玻璃上端的一顆激光雷達，就能夠探測足夠寬范圍的場(chǎng)景。

　　

　　除了蔚來(lái)和上汽，BBA、本田選擇法雷奧的激光雷達也是轉鏡方案，作為第一個(gè)通過(guò)車(chē)規級、成本可控的激光雷達，可靠的、可批量化方案，顯然目前更多車(chē)企的選擇。

　　與蔚來(lái)和 R 汽車(chē)不同，小鵬 P5 沒(méi)有把激光雷達作為核心傳感器，而是以攝像頭和高精地圖組合的視覺(jué)方案作為自動(dòng)駕駛的核心，激光雷達只是一種安全冗余的手段。

　　因此，小鵬 P5 采用的 Livox 激光雷達，屬于棱鏡式。

　　

　　就像小時(shí)候玩的三棱鏡，一束光達到棱鏡上，能折射出彩虹的光譜，棱鏡式激光雷達發(fā)射器數量更多，點(diǎn)云密度更高，這樣探測障礙物精確度高。不過(guò)兩個(gè)棱鏡折射出的點(diǎn)云沒(méi)辦法做到一行一列的點(diǎn)云形狀，而是中間密四周稀疏的菊花型。想要得到密集的點(diǎn)云，需要對同一個(gè)位置的掃描時(shí)間更長(cháng)。

　　

　　因此小鵬 P5 在前保險杠兩側配備了兩顆激光雷達，來(lái)保障點(diǎn)云覆蓋密集。因此這個(gè)激光雷達 10%低反射物的探測距離只有 150 米，點(diǎn)云密度等效于 144 線(xiàn)，比其他幾家的激光雷達近得多。不過(guò)作為一種硬件冗余手段，倒是足夠了。

　　除了棱鏡式和轉鏡式外，半固態(tài)激光雷達中技術(shù)相對最成熟、產(chǎn)業(yè)鏈也最完整的 MEMS 是很多人認為的當下主流。Lucid Air 采用的就是速騰聚創(chuàng ) M1 激光雷達。

　　MEMS 激光雷達是利用半導體器件微振鏡做很小的平行運動(dòng)動(dòng)和扭轉，部件運動(dòng)小，結構簡(jiǎn)單。不過(guò)傳統 MEMS 技術(shù)的有效探測距離近，只有 50m，FOV 角度只能達到 30°，所以，目前國內的新能源汽車(chē)目前還沒(méi)有采用 MEMS 技術(shù)激光雷達的。

　　當然也有例外，速騰聚創(chuàng ) M1 采用了新技術(shù)把 FOV 擴大到 120°，探測距離 200m，10%低反射物的探測距離 150m，這樣就能滿(mǎn)足車(chē)企的需求了。

　　除了以上幾家搭載了不同技術(shù)路線(xiàn)的半固態(tài)激光雷達，也有直接選擇啃硬骨頭的。長(cháng)城摩卡就直接選擇了 Ibeo 公司提供的 Flash 固態(tài)激光雷達，由于沒(méi)有運動(dòng)部件，體積更小，成本更低、可靠性也更高。不過(guò)，目前的純固態(tài)激光雷達還處在探索階段，探測距離只有 130 米。不過(guò)，長(cháng)城摩卡 2022 年才交付，到時(shí)候固態(tài)激光雷達的性能會(huì )進(jìn)化到什么地步，是騾子是馬，還要等上市之后見(jiàn)分曉。

　　最后

　　自動(dòng)駕駛從零開(kāi)始走到今天，當停車(chē)場(chǎng)、高速路這樣的強需求場(chǎng)景下，越來(lái)越多的輔助駕駛功能逐漸落地時(shí)，自動(dòng)駕駛也面臨更復雜場(chǎng)景下的困境。激光雷達這種新的感知手段，被無(wú)數車(chē)企和科技公司當成了困境中的一顆「救命稻草」。

　　2021 年作為激光雷達量產(chǎn)上車(chē)的「元年」，還只是一個(gè)開(kāi)端。故事的開(kāi)端通常都是一團亂麻，激光雷達的開(kāi)端也不例外。每家車(chē)企和激光雷達公司都嘗試了不同的路線(xiàn)：有的選擇了不同方案的半固態(tài)激光雷達;有的直接跨過(guò)中間態(tài)，選擇了固態(tài)激光雷達;當然也有更大膽的，直接拋棄了激光雷達。

　　我們能清楚的看到每種路線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，也能看到它的很多不足。這是一項新技術(shù)上車(chē)時(shí)，必須經(jīng)歷的「陣痛階段」。只有經(jīng)歷了不同技術(shù)路線(xiàn)的探索，激光雷達的路線(xiàn)才能越來(lái)越清晰，做到真正的「量產(chǎn)上車(chē)」。

　　在這之前，激光雷達還有一條曲折的長(cháng)路要走。