光束角自动驾驶不远了!激光雷达照进CES车载产品或将年内实现量

教育资讯 2021-02-1767未知admin

  相信不少人都曾在小学作文中写到:遥远的2020年,那时汽车已经飞上了天空,不再需要驾驶员驾驶……

  不过,“遥远的2020年”已然来到我们的眼前。似乎梦想中的飞行汽车并未实现,但自动驾驶确确实实的离我们更近了。就在今日开幕的美国CES展上,博世不仅亮相了首款车规级激光雷达,还宣布已经进入量产阶段。

  

  无独有偶,除了博世之外,InnovizTechnolies、QuanergySystems等制造商传出将在不久的未来,实现激光雷达量产化应用的消息。而我们总听到激光雷达是自动驾驶技术“左膀右臂”这样的论断,那么它究竟是什么,又为什么实现自动驾驶的重担会落在它的身上?

  2019年4月份,马斯克曾公开表示:“傻子才用激光雷达,现在谁要还是靠激光雷达,那就注定完蛋!”诚然,“激光雷达无用论”或许太过偏激,但毕竟头部自动驾驶Waymo,旗下的激光雷达最贵成本高达7万美元,这对于一个需要疯狂压缩成本进入中国市场的商人来说,有些夸张过分了。

  

  那么为什么有着如此高成本的激光雷达,仍然有人的啃着这块“硬骨头”,甚至还不断有新的科技、初创“飞蛾扑火”?原因就在于激光雷达有着现行车载雷达/毫米波雷达/摄像头等车辆探测方式,均存在着无法忽视的性能劣势。

  反观激光雷达,其具有高于探测方式的距离分辨率、角分辨率、速度分辨率;整体探测精度更高、距离更广,并且相对前者抗干扰能力强(鲁棒性好),可以更加直观地生成出多位影像。最关键的一点还在于,激光雷达无论是白天还是黑夜,光照条件对本身成像影响不大,对实现更高级别自动驾驶起到至关重要的作用。

  

  而一旦激光雷达达成量产、商用化的条件,仅车辆搭载需求方面,就将是块巨大的蛋糕,谁能率先入局,就能拥有结对的话语权。

  激光雷达分为单线数和多线数两种类型,不过单线数往往只能进行平面扫描,不适用于汽车行驶的复杂。因此应用于汽车之上的为多线数激光雷达,相较单线数提升了维度,现行国际市场上已经有4线线线,甚至头部企业有的已经推出了128线产品。

  

  上述类型是按线数分类,而在多线数激光雷达产品中,根据扫描方式不同,还分为机械旋转式、MEMS型、FLASH型和相控阵等激光雷达。

  其中,传统机械旋转式是最早诞生的激光雷达,也是目前相对最成熟的类型。然而这种机械旋转式激光雷达也同样有着不可忽视的劣势,由于内部核心包含激光器、扫描器、光学组件、光电探测器、接收IC以及和器件等复杂且精密的部件,整体硬件成本高居不下,量产门槛较高,当下许多研发激光雷达的已经抛弃了这种类型,转投到了固态激光雷达的类型。

  所谓固态激光雷达,也就传统机械旋转式的激光雷达类型,分别是MEMS、FLASH、相控阵三种。这三者中,最受欢迎的既是MEMS,这种系统可以替代用于扫描近红外激光的扫描机构,从而达到降低成本的目的。而且可以动态调整自己的扫描模式,以此来聚焦特殊物体,采集更远更小物体的细节信息并对其进行识别,这是传统机械激光雷达无法实现的,也是处理复杂行驶况的必要能力之一。

  

  该系统通过一面较小的反射镜就能引导固定的激光束射向不同方向,由于反射镜质量、体积很小,总体惯性并不大,可以进行快速,反应速度得到了进一步提升。

  采用相控阵原理实现固态激光雷达,完全取消了机械结构,搭载了一排发射器可以通过调整信的相对相位来改变激光束的发射方向,光束角是通过对其相位进行严格的控制实现光束指向扫描,光束角因此也可以称为电子扫描技术。但此方法易形成旁瓣,影响光束作用距离和角分辨率,多数也仅停留于实验室阶段。

  最后一种是FLASH激光雷达,3DFlash技术的固态激光雷达属于非扫描式雷达,它发出的激光束会直接向各个方向漫射,通过快闪场景。好处在于避免了扫描过程中目标或激光雷达带来衍生问题。不过此种激光雷达探测距离较近,因为如果探测距离扩大,自然而然的像素也就越大,需要处理的信随之增多,当海量像素塞进光电探测器,精度也就逐步下降。

  

  总体而言,鉴于成本、稳定性、精确性和行车使用场景匹配等因素,目前固态激光雷达是各家主要研发的方向,这其中MEMS又是性价比较高的方案,所以该种形式或将成为日后车载激光雷达的主力产品。

  说到激光雷达,就不得不提到全球最大激光雷达供应商——Velodyne,也是最早进入激光雷达领域的“先行者”。这一切要追溯到2006年,当时的中国汽车市场还在初步发展阶段,Velodyne的创始人DavidHall就已经掌握了多光束激光雷达传感器的专利。

  

  第二年,美国高级研究计划局举办的自动驾驶挑战赛上,总共6辆完赛车型中,5辆都搭载了Velodyne的激光雷达技术。从此,Velodyne名声大噪,一度成为激光雷达的头部企业和代名词。

  随后,Velodyne肆意发展,成为自身领域的供应商,并在机械扫描雷达不断。受摩尔定律影响,该产品升级迅猛,再结合自身的技术,2017年其已经推出高达128线的激光雷达。但同样的,价格却没有严格遵循摩尔定律,因为这款产品的零售价已经高达70万元,整合上文所说,机械激光雷达的价格不菲。虽然技术登峰造极,可搭载到车型上,需要处理大量数据的集成中心难以进行缩小,需要占用不少车内空间,成为VLS-128的一块“心病”。再加上固态激光雷达的不断成长,VLS-128(128线激光雷达)也只能成为Velodyne的秀技之作。

  

  成本高居不下,固态雷达险些掉队的Velodyne,近年来还遇到了国内激光雷达初创的上升期。其中最具有代表性的就是禾赛科技与速腾聚创两家。

  

  后者以16线线产品为主,依据本土优势和相对廉价的人力成本,对标产品只达到了Velodyne的一半。值得一提的是,就在几天前,Velodyne宣布裁撤中国办公室的同时,速腾聚创却发布了125线固态激光雷达,零售价格只有8美元。

  

  另一方面,国内百度曾是Velodyne的“金主爸爸”,而2018年刚刚推出固态激光雷达的Velodyne显然不能让人满意,此后百度转投禾赛科技,通过Apollo,发展自动驾驶技术。

  被国内初创将市场份额蚕食殆尽,Velodyne2018年中旬正式对国内的禾赛科技、速腾聚创提讼,称两家了Velodyne拥有的美国US7969558专利,也正式标志着国内、外激光雷达进入了白热化的竞争阶段。

  说了这么多,激光雷达究竟何时会开始量产?它的量产意味着自动驾驶功能将迈进历史性的一大步,距离实现作文中的“梦想”也更进一步。

  

  曾几何时,在5年以前,行业人士对于L3及的量产化预测普遍集中在2022至2023年左右。近期对于这一目标的预测却更加保守,时间被延长到了2025年以后,主要原因就在于激光雷达的普及速度还远远慢于人们的判断。

  关于激光雷达的量产,除了博世宣布其首款车规级长距离激光雷达已经进入量产阶段之外,以色列制造商InnovizTechnolies也称旗下第二代激光雷达产品已在2019年夏季交付样品,计划于2020年正式量产。

  

  另外,美国QuanergySystems也计划将于2021年,将激光雷达搭载到量产车型上;日本先锋的先锋电子则比较保守,预计将在2020年安装到当地巴士等特殊用途车辆之上。

  由此可见,倘若计划如期进行,激光雷达最快将于今年年内进行量产。光束角届时,你我将成为汽车行业完成跨时代一步的者。

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