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[導(dǎo)讀]   自從2012年谷歌無(wú)人駕駛汽車刷屏以來(lái),頂在車頂?shù)?ldquo;全家桶”總是這么引人矚目。而這“全家桶”就是傳說(shuō)中的激光雷達(dá)。   這款激光雷達(dá)的

  自從2012年谷歌無(wú)人駕駛汽車刷屏以來(lái),頂在車頂?shù)?ldquo;全家桶”總是這么引人矚目。而這“全家桶”就是傳說(shuō)中的激光雷達(dá)。

  這款激光雷達(dá)的供應(yīng)商是來(lái)自美國(guó)Velodyne,當(dāng)時(shí)這個(gè)“全家桶”造價(jià)高達(dá)7萬(wàn)美刀,比車還貴!準(zhǔn)確來(lái)說(shuō),應(yīng)該可以買5輛比亞迪…

  OK,說(shuō)到這里,大家肯定要問(wèn)了,激光雷達(dá)最近好像聽到頻率很高?。?/p>

  沒(méi)錯(cuò),說(shuō)到激光雷達(dá)就不得不提最近風(fēng)頭正勁的ADAS?,F(xiàn)階段的ADAS,激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、視覺(jué)傳感器是用于周圍環(huán)境感測(cè)的主流手段,是實(shí)現(xiàn)ADAS的必備。

  而所謂激光雷達(dá),就是利用激光束探測(cè)目標(biāo),獲得數(shù)據(jù)并生成精確的數(shù)字高程模型。它的工作原理也不難理解,就是發(fā)射和接收激光束。在激光雷達(dá)的內(nèi)部,每一組組件都包含一個(gè)發(fā)射單元與接收單元。我們拿激光雷達(dá)領(lǐng)域最有名的公司Velodyne的旋轉(zhuǎn)鏡面設(shè)計(jì)圖來(lái)說(shuō)明。

  

  激光雷達(dá)工作原理(圖片來(lái)自Velodyne)

  這套發(fā)射/接收組件和旋轉(zhuǎn)鏡面結(jié)合在一起,能掃描至少一個(gè)平面。鏡面不只反射二極管發(fā)出去的光,而且也能把反射回來(lái)的光再反射給接收器。通過(guò)旋轉(zhuǎn)鏡面,能夠?qū)崿F(xiàn) 90到180度的視角,并且大大降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造的復(fù)雜度,因?yàn)殓R面是這里面唯一的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

  探測(cè)距離的原理是基于光返回的時(shí)間,激光二極管發(fā)出脈沖光,脈沖光照射到目標(biāo)物后反射一部分光回來(lái),在二極管附近安裝一個(gè)光子探測(cè)器,它可以探測(cè)出返回來(lái)的信號(hào),通過(guò)計(jì)算發(fā)射和探測(cè)的時(shí)間差就可以計(jì)算出目標(biāo)物的距離。脈沖距離測(cè)量系統(tǒng)一旦被激活就能收集到大量的點(diǎn)云。

  如果點(diǎn)云中有目標(biāo)物,目標(biāo)物就會(huì)在點(diǎn)云中呈現(xiàn)出一個(gè)陰影。通過(guò)這個(gè)陰影可以測(cè)量出目標(biāo)物的距離和大小。通過(guò)點(diǎn)云可以生成周圍環(huán)境的3D圖像。點(diǎn)云密度越高,圖像越清晰。

  講完激光雷達(dá)的原理,同志們可能又有疑問(wèn)了,為什么ADAS里要裝兩種雷達(dá),激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)的區(qū)別又是什么呢?

  小編特意給大家理了張圖,對(duì)比激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)的各方面能力,大家一看便知:

  

  總體而言,激光雷達(dá)的精度更高,但是價(jià)格昂貴。

  激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)非常明顯,其探測(cè)的范圍更廣,且精度更高。但是在極端天氣或者煙霧環(huán)境下性能大大降低,而且由于其數(shù)據(jù)采集量大,價(jià)格也非常貴。目前安裝在百度和谷歌無(wú)人駕駛汽車上的64線激光雷達(dá)(線數(shù)越多,性能越好,造價(jià)越貴),售價(jià)就高達(dá)70萬(wàn)人民幣。

  毫米波雷達(dá)受制于波長(zhǎng),但是價(jià)格較低。

  毫米波雷達(dá)的技術(shù)相對(duì)成熟,其波長(zhǎng)介于厘米波和光波之間,因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn),且其引導(dǎo)頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高。此外,毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng),相比于激光雷達(dá)是一大優(yōu)勢(shì)。但是,由于其收到頻段損耗的直接制約,導(dǎo)致其對(duì)周邊所有障礙物無(wú)法進(jìn)行精準(zhǔn)的建模。不過(guò)受益于技術(shù)成熟,其單價(jià)也更低,只有100美元左右,而且市場(chǎng)需求相較激光雷達(dá)更多。

  所以為了互補(bǔ),大多數(shù)ADAS上都會(huì)裝上兩款雷達(dá)。不過(guò),要推廣ADAS,實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛的遠(yuǎn)大理想,激光雷達(dá)的成本問(wèn)題便成了關(guān)鍵。試想一下,一個(gè)激光雷達(dá)賣的比車還貴,會(huì)有用戶買單嗎?

  所以,大家都在找把激光雷達(dá)成本降低的方法,然后!固態(tài)激光雷達(dá)就誕生了!

  固態(tài)激光雷達(dá)第一次出現(xiàn)在大眾視野中應(yīng)該是在今年1月的美國(guó)CES上,激光雷達(dá)初創(chuàng)公司 Quanergy Systems 發(fā)布了號(hào)稱是全球第一款固態(tài)激光雷達(dá)傳感器,并稱如果訂貨量在一萬(wàn)臺(tái),每臺(tái)激光雷達(dá)的成本有望控制在 100 美元以下。(這家公司我們下文會(huì)做詳細(xì)介紹,大家不用著急百度)

  100美元啊,什么概念啊…原來(lái)幾十萬(wàn)的東西,現(xiàn)在就買幾百塊啊!到底是干了什么才能讓成本下降這么多呢?

  我們又要回到原理上來(lái),傳統(tǒng)的激光雷達(dá)是靠360度機(jī)械旋轉(zhuǎn)來(lái)運(yùn)作的,而固態(tài)激光雷達(dá)則采用了基于電子部件進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的方案,去除了機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件,采用集成電路上的感應(yīng)晶片掃描各個(gè)方向,然后輸出車輛周圍的 3D 圖像。另外,Quanergy還將其線數(shù)還降低到了8線,這樣不僅大大降低了成本,而且還縮小了體積。

  用一張比較通俗易懂的圖解釋應(yīng)該就是這個(gè)了:

  

  不過(guò)“固態(tài)”就意味著激光雷達(dá)不能進(jìn)行 360 度旋轉(zhuǎn),只能探測(cè)前方。但是,只要在車輛上多裝幾個(gè)就可以解決探測(cè)范圍的不足了。

  除了固態(tài)激光雷達(dá),目前還有一種混合固態(tài)雷達(dá),也是另外一種過(guò)渡性的產(chǎn)品?;旌瞎虘B(tài)雷達(dá)雖然從外觀上看不到傳統(tǒng)激光雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)機(jī)制,但是為了360全視角,其內(nèi)部實(shí)際上仍然存在一些機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件。只是這套機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件做的非常小巧并且藏在機(jī)身內(nèi)部而已。

  不過(guò),雖然以上兩種方案是把激光雷達(dá)的價(jià)格降低了,但是依然無(wú)法解決激光雷達(dá)在極端氣候下性能下降的問(wèn)題。所以,ADAS還是需要將激光雷達(dá)與全天候工作的毫米波雷達(dá)相結(jié)合,來(lái)確保在所有環(huán)境下的探測(cè)性能。

  討論完激光雷達(dá)七七八八的問(wèn)題,我們一起來(lái)看看目前在激光雷達(dá)領(lǐng)域比較有代表性的幾家公司吧。

  Velodyne

  提到激光雷達(dá),就不得不提Velodyne!還記得文章開頭小編提到的價(jià)值幾十萬(wàn)的肯德基全家桶么,那就是他們家的產(chǎn)品。

  

  Velodyne目前已量產(chǎn)銷售的激光雷達(dá)(圖片來(lái)自Velodyne)

  它于1983年成立于美國(guó)硅谷,05年的時(shí)候開始研發(fā)激光雷達(dá),且主要應(yīng)用于無(wú)人駕駛汽車領(lǐng)域。07年的時(shí)候嶄露頭角,發(fā)展成為實(shí)時(shí)激光雷達(dá)傳感器技術(shù)的開發(fā)、制造和供應(yīng)商。09 年,谷歌推出了無(wú)人駕駛汽車項(xiàng)目,用了Velodyne那巨貴無(wú)比的激光雷達(dá),此后Velodyne名聲大噪。2016年,Velodyne將其激光雷達(dá)部門獨(dú)立出去,成立了Velodyne LiDAR,而就是這家新公司在今年獲得了由福特汽車與百度聯(lián)合注資的1.5億美金。

  Velodyne 目前已經(jīng)量產(chǎn)銷售的激光雷達(dá)有三款:分別為 HDL-64E(64 線)、HDL-32E(32 線)、VLP-16(16 線)。除了谷歌、百度、Uber 等無(wú)人駕駛汽車使用 64 線產(chǎn)品外,一些汽車廠商在車上使用 32 線和 16 線產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試。

  你可能要問(wèn)為什么他們家產(chǎn)品那么貴?

  其實(shí)造成價(jià)格高昂的主要原因是因?yàn)榧す饫走_(dá)還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用的地步。而且 Velodyne 在灣區(qū)的工廠還處于手工組裝和調(diào)教階段,人工成本非常高。

  以激光雷達(dá) 64 線數(shù)的調(diào)教為例,每一條線都有一對(duì)激光發(fā)射器和接收器:20 圈每秒的速度旋轉(zhuǎn),放出的激光要達(dá)到 100 米至 200 米的距離。在組裝過(guò)程中,為保證發(fā)射出去的激光要被成對(duì)的接收器收到,不能有任何偏差。在這種情況下,64 線雷達(dá)一個(gè)星期只能完成兩臺(tái)成品。這樣的組裝和調(diào)校過(guò)程極其復(fù)雜和耗時(shí)。

  不過(guò)今年他們的情況應(yīng)該會(huì)有所改觀,因?yàn)閂elodyne 計(jì)劃將產(chǎn)品交給中國(guó)一線代工企業(yè)代工了。

  Quanergy

  Quanergy的出名是因?yàn)樗诮衲昴瓿醯腃ES消費(fèi)電子展上發(fā)布了“世界第一款面向自動(dòng)駕駛汽車的固態(tài)激光雷達(dá)”,并且號(hào)稱將激光雷達(dá)產(chǎn)品的價(jià)格削減至100美元左右。

  它成立于2012年,是一家專注于研發(fā)激光雷達(dá)的初創(chuàng)公司,作為一家成立不到4年的公司,已經(jīng)受到了風(fēng)投和汽車零部件巨頭的青睞:

  2014年獲得來(lái)自三星電子風(fēng)險(xiǎn)投資,特斯拉創(chuàng)始人及清華企業(yè)家協(xié)會(huì)天使基金的種子投資;同年完成 3000萬(wàn)美金的A輪融資;2015 年獲得德爾福戰(zhàn)略投資,德爾福收購(gòu)了 Quanergy 部分股權(quán),目前兩家公司的工程師正在努力研發(fā)激光雷達(dá)系統(tǒng);2016年獲得1億美金B(yǎng)輪融資。

  目前,他們正在和德爾福汽車合作研發(fā)產(chǎn)品,然而進(jìn)入量產(chǎn)階段還得再等兩年。..

  Ibeo

  來(lái)自德國(guó)漢堡的Ibeo,在激光雷達(dá)領(lǐng)域其實(shí)算不上新人了。Ibeo成立于 1998 年,2000年被傳感器制造商Sick AG收購(gòu)。2009 年公司脫離Sick AG獨(dú)立,2010 年和法雷奧合作開始量產(chǎn)可用于汽車的產(chǎn)品ScaLa。然后今年被汽車零部件供應(yīng)巨頭采埃孚(ZF)收購(gòu)了40% 的股權(quán)。雙方將合作開發(fā)下一代 Lidar,應(yīng)該也是固態(tài)激光雷達(dá)。

  講了這么國(guó)外的企業(yè),我們國(guó)內(nèi)的企業(yè)在這塊上有沒(méi)有什么突破呢?

  小編表示非??上У氖羌す饫走_(dá)的核心技術(shù)大部分還掌握在國(guó)外企業(yè)里。國(guó)內(nèi)目前在做激光雷達(dá)的企業(yè)也有10家左右,但是大多數(shù)的應(yīng)用在大氣污染檢測(cè)和三維測(cè)繪,專注于車載激光雷達(dá)研發(fā)的為數(shù)不多,主要有護(hù)航實(shí)業(yè)、鐳神智能和思嵐科技這三家。由于受限于技術(shù)實(shí)力,在無(wú)人駕駛領(lǐng)域國(guó)內(nèi)的激光雷達(dá)公司普遍缺乏話語(yǔ)權(quán),這也使得國(guó)內(nèi)無(wú)人駕駛的應(yīng)用研發(fā)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)面臨許多挑戰(zhàn)。初創(chuàng)公司若想進(jìn)入這塊領(lǐng)域,則需要考慮激光雷達(dá)如何在保持探測(cè)精度的情況下降低成本,才有可能殺出市場(chǎng)。

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