激光雷達上車，背后的真相是什么？

本文來自微信公眾號“極客汽車”，作者：阿寶1900、米其林。

當自動駕駛在量產(chǎn)車上從 L2 級向 L2+邁進，各家車企對軟件、硬件的 pk 已經(jīng)到了白熱化階段。除了依然堅持視覺路線的特斯拉(TSLA.US)外，今年發(fā)布的新車中，沒搭載激光雷達都不好意思秀自己的自動駕駛能力，ARCFOX 極狐 阿爾法 S、小鵬(XPEV.US)P5、蔚來(NIO.US)ET7、上汽 RS33、寶馬 iX、智己 L7 都預告了激光雷達的上車。

激光雷達仿佛成了 L2+，甚至 L3 級、L4 級自動駕駛的代名詞。

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

體積更小、成本更低，激光雷達上車的法寶

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

目前的光電系統(tǒng)中，掃描部件這個類似鏡子的結(jié)構，將激光光束發(fā)散成更多光線，也是激光雷達中最大成本單元，直接影響到性能。我們常說的「機械式」「半固態(tài)」「固態(tài)」，就是按照掃描模塊和激光收發(fā)模塊的運動情況不同來分類的。

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(zhuǎn)運動，這兩個模塊 360°的運動能將激光更密集的發(fā)散出去，探測性能最好。但是雙向運動的機械結(jié)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，掃描模塊自己運動。這種「鏡子」自己運動，當然不如機械式的探測效果好，不過結(jié)構上簡化很多，體積也變小了。不過「鏡子」的材質(zhì)、形狀、運動方式不同，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，沒有了內(nèi)部移動，成本最高的掃描模塊可以在結(jié)構上簡化，整個激光雷達的體積和成本也大大降低了。

不同類型的激光雷達，優(yōu)缺點也很明顯。

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，當然是車企最關心的。

早期用在 Robotaxi 上的機械式激光雷達，以 Velodyne 為例，64 線機械激光雷達在 8 萬美元，32 線機械激光雷達成本在 2 萬美元。第一款滿足車規(guī)級的激光雷達 SCALA，第一代時的價格也一度達到 2 萬美元級別。所以目前在量產(chǎn)車上使用 SCALA 的客戶，無論是奧迪 A8，還是奔馳 S 級，都是百萬級豪車的級別，對價格的寬容度很高。那些由終端消費者買單的大量私家車，對價格敏感度就高多了。

主機廠們普遍能接受的價格期望是多少呢?

在 L4 級自動駕駛系統(tǒng)中，激光雷達的采購價最終能夠達到 1000 美元以下;

在 L2+自動駕駛系統(tǒng)中，激光雷達長期目標價格能夠達到 500 美元以下。

因此我們看到，進入 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，直接從上萬美元降低到 1000 美元時，逐漸接近車企能夠接受的價格，才有了今天激光雷達批量上車的局面。

除了價格，尺寸也是激光雷達批量上車的主要原因。

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，完全不能放置在車內(nèi)。如果把這樣的車賣給消費者，恐怕沒有幾個人愿意買賬。

現(xiàn)在「上車」的半固態(tài)激光雷達，體積已經(jīng)縮小到了 1~2 個手機的大小，安置在車頂或者保險杠兩側(cè)，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)車本身的造型設計。

當然，價格和尺寸只是萬里長征第一步，性能和可靠性才是王道。

多條技術賽道并行

已經(jīng)發(fā)布了搭載激光雷達的車型中，不僅激光雷達來自不同品牌，位置不同，選擇的路線也有很大差別。俗稱外行人看熱鬧，內(nèi)行人看門道，激光雷達都有哪些門道了，其實從主機廠關心哪些指標就知道有哪些門道了。

目前，無論是 OEM 還是激光雷達廠家都達成共識，高速、擁堵等場景是自動駕駛最大的市場。面對高速、擁堵場景，攝像頭的視覺方案+激光雷達是最容易實現(xiàn)自動駕駛的。

盡管，很多人把使用激光雷達和不使用激光雷達看作兩個技術的對立面，但現(xiàn)實中，選擇激光雷達，是目前車企實現(xiàn)自動駕駛現(xiàn)階段功能的最優(yōu)方案。

因此車企對于激光雷達在 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(比如純黑色車輛)，高速場景下至少有 150 米以上的探測距離。

2. 視場角 FOV：探測的「視野」范圍，F(xiàn)OV 越大，「視野」越好。激光雷達應具有 120°FOV 寬視角，滿足十字路口等特殊場景的檢測。

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。精確度要滿足≤3cm，角分辨率越小越好，水平和垂直角分辨率≤3°。

4. 點云：點云和線束數(shù)量越多，感知的障礙物越精確。激光雷達應具備 100 線以上的掃描效果和百萬級別點頻，這樣，遇到 150m 外的物體時，也能反射回足夠多的激光點云用于識別。

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

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

目前發(fā)布的車型中，大多數(shù)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 ET7 的 Innovusion 和 R 汽車 ES33 的 Luminar 激光雷達屬于轉(zhuǎn)鏡方案，華為的激光雷達屬于轉(zhuǎn)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 ET7、上汽 R ES33 以激光雷達作為核心傳感器，都選擇了轉(zhuǎn)鏡式激光雷達，也就是通過平面鏡繞圓心 360°旋轉(zhuǎn)，將發(fā)射器發(fā)出的激光反射出更多的線束。

轉(zhuǎn)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，滿足了探測距離的要求。針對十字路口這樣的場景，轉(zhuǎn)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，這兩款車也都選擇了頂置，安置在擋風玻璃上端的一顆激光雷達，就能夠探測足夠?qū)挿秶膱鼍啊?/p>

除了蔚來和上汽，BBA、本田選擇法雷奧的激光雷達也是轉(zhuǎn)鏡方案，作為第一個通過車規(guī)級、成本可控的激光雷達，可靠的、可批量化方案，顯然目前更多車企的選擇。

與蔚來和 R 汽車不同，小鵬 P5 沒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方案作為自動駕駛的核心，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(shù)量更多，點云密度更高，這樣探測障礙物精確度高。不過兩個棱鏡折射出的點云沒辦法做到一行一列的點云形狀，而是中間密四周稀疏的菊花型。想要得到密集的點云，需要對同一個位置的掃描時間更長。

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

除了棱鏡式和轉(zhuǎn)鏡式外，半固態(tài)激光雷達中技術相對最成熟、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動和扭轉(zhuǎn)，部件運動小，結(jié)構簡單。不過傳統(tǒng) MEMS 技術的有效探測距離近，只有 50m，F(xiàn)OV 角度只能達到 30°，所以，目前國內(nèi)的新能源汽車目前還沒有采用 MEMS 技術激光雷達的。

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

除了以上幾家搭載了不同技術路線的半固態(tài)激光雷達，也有直接選擇啃硬骨頭的。長城摩卡就直接選擇了 Ibeo 公司提供的 Flash 固態(tài)激光雷達，由于沒有運動部件，體積更小，成本更低、可靠性也更高。不過，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，長城摩卡 2022 年才交付，到時候固態(tài)激光雷達的性能會進化到什么地步，是騾子是馬，還要等上市之后見分曉。

最后

自動駕駛從零開始走到今天，當停車場、高速路這樣的強需求場景下，越來越多的輔助駕駛功能逐漸落地時，自動駕駛也面臨更復雜場景下的困境。激光雷達這種新的感知手段，被無數(shù)車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)上車的「元年」，還只是一個開端。故事的開端通常都是一團亂麻，激光雷達的開端也不例外。每家車企和激光雷達公司都嘗試了不同的路線：有的選擇了不同方案的半固態(tài)激光雷達;有的直接跨過中間態(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的優(yōu)點，也能看到它的很多不足。這是一項新技術上車時，必須經(jīng)歷的「陣痛階段」。只有經(jīng)歷了不同技術路線的探索，激光雷達的路線才能越來越清晰，做到真正的「量產(chǎn)上車」。

在這之前，激光雷達還有一條曲折的長路要走。

（智通財經(jīng)編輯：韓永昌）