自动驾驶汽车传感器雷达和激光雷达: 竞争还是协作?

到 2024年,汽车 LiDAR 市场规模将增长至42亿美元;汽车雷达市场规模将超过80亿美元。

        近年来, 自动驾驶汽车的发展迅猛。无论是Waymo自动驾驶车队,还是奥迪发布首款搭载激光雷达(LiDAR)的A8后的动作,都表明了这个领域的高热度。

        不过,当前的 "自动驾驶"车辆包含两种类型。一是嵌入了多种传感器的无人驾驶汽车,搭载摄像头、激光雷达和雷达, 以实现完全的自动驾驶。另一种是配备高级驾驶辅助系统 (ADAS)的乘用车,仅嵌入数量有限的传感器,以实现部分自动驾驶。据Yole 近期更新的《汽车和工业应用的激光雷达-2019版》报告预测, 到 2024年, 汽车 LiDAR 市场规模将增长至42亿美元。

Autonomous car sensing from present to future

        无人驾驶车辆使用多个 LiDARs 来绘制周围的地图。为了确保乘客的安全, 激光雷达必须和摄像头、雷达相结合,才能实现传感器之间的高度安全冗余

自动驾驶技术分为0~4共五个等级

        由于原始设备制造商(OEM)的目标是部分自动化, 所以能够监控驾驶环境的3级ADAS目前仍有很大的不确定性。对于这一层级的自动驾驶,OEM 将定义汽车自主驾驶的使用案例。目前, OEM大多针对两种用例:交通堵塞和/或高速公路驾驶。例如, OEM 将选择何时可以启用自动驾驶模式, 且可以定义避免夜间条件。OEM 做出的这些选择主要由成本驱动, 将直接影响 ADAS 车辆中嵌入传感器的类型和数量。此外,由于传统的传感器性能在不断提高,摄像头、雷达和超声波传感器的组合成本够低,并且足以满足这种自动驾驶的水平。由于其成本应该仍可以为客户所接受,所以这种解决方案可供大部分OEM 使用。而对于高端OEM 和 豪华车型的ADAS 产品系列,客户有意愿采用最新的技术,从而实现差异化,可以提供另一种应用激光雷达的解决方案。这可能会提供更高级的功能, 或增加更多自动驾驶的场景。

        自动驾驶汽车需要全面把握周围的环境信息, 才能安全行驶。有许多传感器可用于向自动驾驶车辆提供这些信息,包括摄像头和全球导航卫星系统 (GNSS) 传感器等。不过, 只有三种传感模型能够提供直接距离测量:短距离测距的超声波传感、用于物体检测的雷达和用于3D环境感知的激光雷达。

        现在,这些传感器既可用于乘用车,也可用于无人驾驶汽车, 但应用之间存在差异。乘用车的自主能力有限, 而无人驾驶汽车顾名思义必须依赖传感器冗余实现完全自动驾驶。由于空气会造成超声波大幅衰减, 超声波传感器的探测范围被限制在几米以内, 主要用于停车辅助。雷达常用于乘用车自适应巡航控制 (ACC) 和自主紧急制动 (AEB)。因此, 在 Yole 最新的《汽车雷达和无线通信-2019版》报告中预测,汽车雷达市场规模在2024年将超过80亿美元。

        无人驾驶汽车既可以使用带有大型天线阵列的4D 成像雷达, 可实现低于1°的角度分辨率, 也可使用数十个小型超宽带高分辨率雷达。然而, 目前4D 成像雷达的尺寸超过了10 x10cm, 这使得常规汽车设计师不喜欢他们。同时,超宽带雷达的的探测范围也被限制在几十米以内。而价格高达数千元的激光雷达,对汽车制造商来说没有吸引力。不过,它们高达200 米的探测范围和0.1°的角分辨率等高性能,收到无人驾驶汽车公司的广泛青睐。

        毫无疑问,未来这些技术还将继续发展。其中一个推动因素,是将他们集成到乘用车中,以实现3级ADAS,在2019年,3D雷达将走向市场,带来垂直市场和实现多普勒传感能力。3D雷达。摄像头和GNSS的传感器融合,或将足以达到3级ADAS所需的车道级精度。这种情况或将严重影响激光雷达业务发展,限制激光雷达在汽车市场的应用。  此外, 4D成像雷达进一步开发,有网使其适用于个人乘用车辆。首批商业化产品可能会在2025-2030年上市,正好赶上4级ADAS的市场渗透。对于激光雷达传感器,得益于MEMS 光学扫描仪和Flash激光雷达光电探测器阵列等新技术的应用,预计将使激光雷达传感器的价格在同时期获得大幅度下降。激光雷达售价降低的另一个关键因素是市场规模效应,产量的规模化导致价格下降。

        传感器行业炙手可热,没人可以真正预知4级ADAS及以后的传感器组合最终会如何发展。因此,产业正在投资未来最有前景的技术。雷达和激光雷达的性能和成本竞赛已经开始,竞争有利于推动自动驾驶技术不断向前。这值得我们密切关注。


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