激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛上的升騰之路

近幾年來(lái)，自動(dòng)駕駛的概念越來(lái)越被頻繁的提及，而自動(dòng)輔助駕駛技術(shù)也在快速的發(fā)展。隨著自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)在量產(chǎn)車(chē)型上的需求與日俱增，相關(guān)的感知硬件也得以快速發(fā)展。

平時(shí)開(kāi)車(chē)需要用眼睛觀察路況，自動(dòng)（輔助）駕駛便是通過(guò)感知硬件來(lái)感知周?chē)穆窙r，目前汽車(chē)上應(yīng)用到的感知硬件包括但不限于：攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)以及V2X相關(guān)硬件等。

激光雷達(dá)是一種利用激光對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行3D分析以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的先進(jìn)技術(shù)，它是通過(guò)測(cè)量發(fā)射激光脈沖并從目標(biāo)返回所需的時(shí)間來(lái)計(jì)算距離和三維效應(yīng)的原理。特別是，由于它是一項(xiàng)高精度和完整的技術(shù)，因此被認(rèn)為是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的關(guān)鍵部件。

汽車(chē)智能化成大勢(shì)所趨

有數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)，今年自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1200多億美元，未來(lái)幾年先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）將會(huì)逐步開(kāi)始商業(yè)化應(yīng)用，且更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛技術(shù)也是呼之欲出。IDC預(yù)測(cè)，從2020年至2024年，全球自動(dòng)駕駛汽車(chē)的出貨量將從2773.5萬(wàn)輛增加到2024年的5424.7萬(wàn)輛，屆時(shí)L3級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車(chē)的出貨量有近70萬(wàn)輛，自動(dòng)駕駛汽車(chē)的滲透率將超過(guò)5成，年復(fù)合增長(zhǎng)率為18.3%。

在自動(dòng)駕駛技術(shù)快速發(fā)展的背景下，麥肯錫預(yù)測(cè)從2020年至2030年，ADAS及AD系統(tǒng)所需傳感器的市場(chǎng)規(guī)模將由130億美元增長(zhǎng)到430億美元。

目前自動(dòng)駕駛汽車(chē)對(duì)周?chē)h(huán)境的探測(cè)有兩種方式，一個(gè)是重算法的視覺(jué)感知模式，另一個(gè)是以雷達(dá)為主的多傳感器融合感知模式，這其中又以后者為主流，它以雷達(dá)作為主要的環(huán)境探測(cè)設(shè)備，車(chē)用雷達(dá)能提高系統(tǒng)探測(cè)的精準(zhǔn)度與可靠度，進(jìn)而大幅提升汽車(chē)整體的安全性能。

按照探測(cè)原理來(lái)劃分，車(chē)用雷達(dá)又可以分為激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和超聲波雷達(dá)等，其中激光雷達(dá)具有精度高、探測(cè)距離較遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠提供三維深度信息，它被比喻為自動(dòng)駕駛車(chē)輛的“眼睛”，決定著自動(dòng)駕駛行業(yè)的進(jìn)化水平，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛落地“最后一公里“中極為重要的一環(huán)。

激光雷達(dá)起源于１９６０年代初期，是激光技術(shù)與現(xiàn)代光電探測(cè)技術(shù)結(jié)合的先進(jìn)探測(cè)方式。相較于普通雷達(dá)，激光雷達(dá)具有分辨率高，隱蔽性好，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以幫助汽車(chē)感知道路環(huán)境，自行規(guī)劃行車(chē)路線，并控制車(chē)輛達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。隨著汽車(chē)智能化變革的推進(jìn)，以及高級(jí)別自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，乘用車(chē)領(lǐng)域?qū)τ诩す饫走_(dá)的需求正不斷攀升。

激光雷達(dá)在駕駛領(lǐng)域的發(fā)展

1916年，愛(ài)因斯坦提出了光的受激發(fā)射理論，人類對(duì)激光開(kāi)始有了認(rèn)知。激光誕生之后便廣泛應(yīng)用在軍事、醫(yī)療、通訊、工業(yè)、航空等各個(gè)領(lǐng)域，被認(rèn)為是繼核能、電腦、半導(dǎo)體之后人類最重要的發(fā)明之一。

而激光雷達(dá)也是在激光發(fā)生器誕生后立馬就被考慮的一種用途。1969年7月美國(guó)第一次登月，在月球表面安裝了一個(gè)類似鏡子的后向反射器裝置，在地球上向該裝置發(fā)射激光，人類測(cè)得了精確的地月距離。

隨著九十年代末人工智能的發(fā)展，自動(dòng)駕駛概念也在飛速進(jìn)步。2004年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局為了能夠找到為軍方打造無(wú)人駕駛汽車(chē)的解決方案發(fā)起了一項(xiàng)名為DARPA無(wú)人駕駛車(chē)挑戰(zhàn)賽的比賽。

參賽隊(duì)伍中有一支來(lái)自音響品牌Velodyne，其創(chuàng)始人改裝了一輛帶有全景攝像頭的皮卡參加了2004年的DARPA無(wú)人駕駛車(chē)挑戰(zhàn)賽，并未能完賽，后續(xù)便制造一款360°旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)，2005年、2006年他們帶著裝有激光雷達(dá)的無(wú)人駕駛參加了DARPA無(wú)人駕駛車(chē)挑戰(zhàn)賽，開(kāi)始名聲大噪。2007年，第四屆DARPA，11支賽車(chē)隊(duì)通過(guò)了資格測(cè)試，７支車(chē)隊(duì)跑完了全程，而完賽車(chē)隊(duì)中有６支搭載了激光雷達(dá)。

隨著Velodyne的崛起和無(wú)人駕駛汽車(chē)配備激光雷達(dá)的前景被看好，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始了車(chē)載激光雷達(dá)的研發(fā)，涌現(xiàn)出了Velodyne LiDAR、Luminar、Ouster、法雷奧、禾賽科技、華為、大疆覽沃、圖達(dá)通等一眾激光雷達(dá)頭部企業(yè)，激光雷達(dá)的成本也開(kāi)始大幅度降低。

在谷歌開(kāi)始自動(dòng)駕駛項(xiàng)目后，全球涌現(xiàn)出了大量的自動(dòng)駕駛研發(fā)的企業(yè)，包括百度、Uber、Cruise、文遠(yuǎn)知行、小馬智行等等。而這些企業(yè)無(wú)一例外的選擇從L4級(jí)無(wú)人駕駛開(kāi)始著手，自己打造測(cè)試車(chē)在法規(guī)限定的區(qū)域進(jìn)行測(cè)試。

2022年以來(lái)，奔馳、寶馬、“蔚小理”等車(chē)企的多款搭載激光雷達(dá)的乘用車(chē)紛紛上市。截至目前，國(guó)內(nèi)宣布搭載激光雷達(dá)的車(chē)型已超過(guò)20款，包括蔚來(lái)ET7、理想L9、極狐αS HI、阿維塔11、智己L7等。據(jù)佐思汽研統(tǒng)計(jì)，2022年H1國(guó)內(nèi)乘用車(chē)新車(chē)激光雷達(dá)安裝量達(dá)到2.47萬(wàn)顆；2022年下半年，國(guó)內(nèi)擬交付的激光雷達(dá)新車(chē)達(dá)10余款，包括小鵬G9、威馬M7等，將大幅提升激光雷達(dá)上車(chē)量，預(yù)計(jì)全年總安裝量有望突破8萬(wàn)顆。

隨著汽車(chē)智能化加速，L3+自動(dòng)駕駛快速導(dǎo)入，激光雷達(dá)整機(jī)及其上游產(chǎn)業(yè)鏈將迎來(lái)爆發(fā)型增長(zhǎng)。據(jù)沙利文數(shù)據(jù)， 2021 年全球激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 20 億美元，同比增長(zhǎng) 100%100%，預(yù)計(jì) 2025 年全球激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 135.4 億美元，2019 2025 年的 CAGR 為 64.6% 。

降本成激光雷達(dá)上車(chē)和量產(chǎn)關(guān)鍵

在對(duì)信息精度具備苛刻要求的高級(jí)別自動(dòng)駕駛中具備不可替代的優(yōu)勢(shì)，在對(duì)信息精度具備苛刻要求的高級(jí)別自動(dòng)駕駛中具備不可替代的優(yōu)勢(shì)。自動(dòng)駕駛帶動(dòng)車(chē)載激光雷達(dá)進(jìn)入需求爆發(fā)期，未來(lái)５年汽車(chē)智能化最大的邊際變化將會(huì)是Ｌ３級(jí)別自動(dòng)駕駛滲透率快速提升。Ｌ３級(jí)自動(dòng)駕駛方案的最大變化是增加了激光雷達(dá)作為多重傳感器方案的重要組成部分，預(yù)計(jì)２０２３年起，車(chē)載激光雷達(dá)賽道將進(jìn)入持續(xù)高速成長(zhǎng)期。

現(xiàn)階段激光雷達(dá)上車(chē)早期尚處于技術(shù)驅(qū)動(dòng)階段，性能是首要考量因素，隨著技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，可靠性和低成本將成為接下來(lái)驗(yàn)證和量產(chǎn)階段的角逐重心，這也是激光雷達(dá)上車(chē)和量產(chǎn)的決定因素。根據(jù)行業(yè)調(diào)研，激光雷達(dá)要大規(guī)模量產(chǎn)，９４％的被調(diào)研者接受的價(jià)格在５０００元以下，可接受價(jià)格控制在５００元以下的占比２５％，在５００－１０００元之間的占比３９％，在１０００－５０００元之間的占比３０％。當(dāng)前ＭＥＭＳ、轉(zhuǎn)鏡、棱鏡類型激光雷達(dá)的成本普遍已降至１０００美元左右，離規(guī)模量產(chǎn)仍有一定距離。

當(dāng)下激光雷達(dá)成本是阻礙普及的最大障礙。多個(gè)研究表明，收發(fā)芯片集成化是降本關(guān)鍵：發(fā)射芯片通過(guò)將數(shù)十個(gè)光學(xué)通道在集成光學(xué)芯片上一次制作完成，用集成式模組替代需要逐一通道進(jìn)行調(diào)試的分立式模組，可大幅度降低了物料成本和調(diào)試成本，降本幅度達(dá)到70%以上，并同時(shí)提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性、一致性。接收芯片目前主要使用APD方案，由于APD單顆接收芯片較大，不適合CMOS集成。而SPAD尺寸小，利于和readout電路集成，從而降低了成本。

最后

隨著自動(dòng)駕駛級(jí)別的逐步升級(jí)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)對(duì)外部環(huán)境探測(cè)感知的要求只會(huì)是越來(lái)越高，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，傳感器技術(shù)仍然會(huì)存在多種技術(shù)流派齊頭并進(jìn)的發(fā)展格局。

未來(lái)依靠雷達(dá)的高級(jí)別自動(dòng)駕駛不會(huì)只用單一的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，多傳感器融合已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)共識(shí)和發(fā)展趨勢(shì)，激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、攝像頭等設(shè)備會(huì)根據(jù)需要被搭配使用，這樣的組合也可以充分發(fā)揮不同傳感器技術(shù)之間的互補(bǔ)性，進(jìn)一步提升探測(cè)效率與行車(chē)安全。