混搭激光雷达,能实现真正的自动驾驶吗?

没有人怀疑自动驾驶巨大的市场潜力,但大家真正开始思考技术的边界与限制,思考自动驾驶的刚需程度,思考自动驾驶的落地难度。

  显然,激光雷达已经渗透到ADAS市场。

  在旨在增强感测和物体检测能力的所有汽车传感器中,激光雷达提供了迄今为止最复杂,最多样化的选择。每个激光雷达系统中部署的技术往往不仅在光源上有所不同,而且在"测距"和"成像"方法上也有所不同。

  目前一些成熟的激光雷达正在达到大规模生产。但是,新的激光雷达技术经常出现在研发或概念验证阶段。不可避免的是,这些激光雷达在成本、尺寸和性能上存在巨大差异。

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  更为复杂的是,越来越多的激光雷达公司(估计有70-80家公司)挤占了市场。合并和收购活动猖獗。一些激光雷达公司通过选择SPAC(特殊目的收购公司)找到了新的出路,许多初创公司将SPAC视为筹集资金和进入公开股权市场的另一种方式。

  但事情正变得更加复杂。作为追求不同技术的激光雷达公司,汽车制造商和Tier One公司在如何将激光雷达部署在什么应用上的愿景存在分歧。

  “当我们最近采访激光雷达公司时,他们告诉我们每个OEM和Tier One都有不同的要求——要求在特定的视野,距离和位置上将激光雷达集成到车辆中。”Yole Développement的固态照明和照明系统分析师Pierrick Boulay表示。

  “这不会成为赢家通吃的市场。”AEye首席营销官史蒂芬·兰布赖特(Stephen Lambright)表示。同时,兰布赖特指出,许多激光雷达公司仍在尝试许多想法,就像生物技术产业一样。当然,将激光雷达领域等同于生物技术很难让人感到欣慰。

  尽管如此,但我们不得不承认,汽车行业对激光雷达的需求是真实的。

  兰布赖特透露,仅在ADAS领域,AEye就有15到16种不同的激光雷达报价请求,所有报价都针对计划于2025-2026年生产的ADAS车辆。尽管激光雷达市场出现了分歧,但汽车公司在未来18个月内开始对四五年后的部署下注。

  激光雷达技术矩阵

  检验激光雷达技术多样性的最佳方法是绘制带有两个轴的图表:一个轴专注于成像,另一个轴专注于测距。

  成像中使用的技术从机械,MEMS和光学相控阵到Flash,差别很大。

  测距技术包括脉冲,FMCW(调频连续波)和相移。

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  上图绘制了激光雷达格局图,尽管这张图可能不全,因为新的参与者不断涌现,但这张图展示了激光雷达所使用的技术的多样性。

  不同的激光雷达使用不同的光源。

  大多数激光雷达制造商使用905nm的边缘发射器和雪崩光电二极管(APD),因为这些组件很容易大批量获得。一些激光雷达,如Luminar,已经开始使用1550nm全光纤激光源。后者的挑战是降低成本。然而,1550nm激光器在不影响眼睛安全的情况下,能更好地实现更长的距离。困扰905nm激光器的问题是,除了低分辨率或短距离应用外,它们对眼睛不安全。

  但是,边缘发射器和光纤激光器并不是唯一的选择。激光雷达公司正在迅速采用垂直腔表面发射激光器(VCSEL),这一想法最初是由Apple在iPad Pro 11的激光雷达扫描仪上引发的。

  德国的Ibeo公司采用奥地利Ams公司的VCSEL技术,与中国的长城汽车在设计上取得了胜利,计划于2022年发布。以机械激光雷达起家的Ouster,去年宣布推出一款结合VCSEL和单光子雪崩二极管(SPAD)的ADAS用激光雷达,计划于2024年投产。总部位于以色列的Opsys公司也在开发一款固态扫描激光雷达,该激光雷达采用全寻址VCSEL收发器和SPAD接收器,计划于今年晚些时候推出。Opsys承诺探测距离为200米,扫描速率为1000赫兹。

  不同激光雷达技术的利弊

  激光雷达的发展历程从机械发展到MEMS,基于Flash的激光雷达和FWFC(相干探测)。但是,这不是一条简单的发展直线。

  例如,许多机械激光雷达在今天仍然占主导地位,主要是因为它们更便宜。但是,最大的缺点是机械组件可能会成为故障的根源。

  而MEMS激光雷达的主要优势在于其紧凑的尺寸。它的固态使其更可靠,但它仍然使用微小的运动部件。

  相比之下,Flash激光雷达绝对没有活动部件。尽管它被认为更可靠,但是当前这一代仍然受到有限的检测范围的困扰。

  Yole将FMCW放在研发箱中,称其为“TBD”(待定)。

  “我们不希望在2025年之前看到FMCW激光雷达。”2020年,Waymo谈到了FMCW用于未来的自产激光雷达。最重要的是,Mobileye在今年年初讨论了FMCW,并将其描述为正在为全自动驾驶汽车开发的激光雷达的选择。

  诚然,相干探测比直接探测灵敏得多,而且性能更好,比如单脉冲速度测量,以及不受太阳眩光和其他光源的干扰——包括其他汽车使用的激光雷达。然而,FMCW激光雷达面临的严重挑战包括"硅光子学的制造能力"和技术成本。但是,Mobileye认为,可以通过利用英特尔的硅光子学专业知识(包括其自己的晶圆厂,制造商和IP)来克服这一问题。

  激光雷达发展新趋势

  预测激光雷达市场路线图趋势的最好方法是研究如今已经成功的激光雷达设计。

  目前已公布的包括:法雷奥-奥迪的A8;法雷奥-梅赛德斯-奔驰;Innoviz-宝马;Luminar-沃尔沃,等等。

  虽然这些设计都集中在ADAS或完全自主的车辆中安装一个激光雷达,但汽车制造商之间的最新动向是将短,中距离和远程激光雷达结合在同一辆汽车中。

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  好的例子包括:雷克萨斯内部有4个激光雷达(1个电装,3个大陆),现代的两个激光雷达(Velodyne,现在过渡到法雷奥);本田的法雷奥(x5激光雷达);和长城汽车的Ibeo(X3激光雷达)。

  显然,混搭是新趋势。据悉,雷克萨斯将使用一台来自电装的远程激光雷达,但增加三台来自大陆集团的中程激光雷达。

  越来越多的ADAS车辆采用的新激光雷达技术是MEMS、光纤激光和SPAD阵列的Flash激光雷达。

  “高速公路自主化”时代正在来临

  一直到几年前,激光雷达都被认为是昂贵的技术,只有机器人出租车业务才能负担得起。现在情况不再如此。尽管埃隆·马斯克(Elon Musk)称激光雷达为“傻瓜”,但如今激光雷达已经堂堂正正地出现在新型ADAS车辆的地图上。

  根据OEM的询价单,ADAS界对“高速公路自主权”的需求正在增长。OEM希望ADAS车辆能够让驾驶员“放心地”将手从方向盘上移开。

  AEye的Lambright表示:“我们从OEM那里得知,如果您在高速公路上行驶非常快,那么这类车辆希望能够检测出150到200米外道路上的细小物体,轮胎,砖块。”

  虽然小于300米的射程有许多用途,但对于激光雷达应用来说,希望能够以更高的精度看到更远的距离,以提高性能和安全性。在高速公路自动驾驶中,汽车和人类驾驶员之间的交接变得至关重要。你能看到的东西出得越远,你就能给司机更多的时间进行过渡和安全解决。

  远距离的小物体检测成为OEM厂商与激光雷达厂商主要挑战。

  在最近的测试中,AEye将雪佛兰Bolt和一辆梅赛德斯奔驰Sprinter送货车放在跑道的另一端。在1018米的距离里,Aeye的激光雷达在10 Hz的全视野内检测到Bolt和Sprinter货车。

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  除了汽车在高速公路上自主化成为可能,激光雷达使高速收费也走向现实。

  近日,领先的车辆识别解决方案企业Red Fox ID与激光雷达供应商Cepton合作开发出一套名为Quantum的多车道自由流收费系统,该系统能够在高速路上准确地对任何尺寸或类型的车辆进行检测、跟踪和分类。

  Quantum采用基于Cepton微动技术(MMT®)的Sora™-P60或Sora™-P90激光雷达传感器对车辆进行高分辨率剖析,让集成商和道路运营商能够进行高度精确的客户实时计费,同时实现自由流无障碍收费。

  编者有话说:

  经过近几年的发展,曾经“红到发紫”,大受资本青睐的激光雷达正逐步回归理性,没有人怀疑自动驾驶巨大的市场潜力,但大家真正开始思考技术的边界与限制,思考自动驾驶的刚需程度,思考自动驾驶的落地难度。

  诚然,我们渴望自动驾驶的落地,解放我们的双手,改变我们生活的世界,近此年,自动驾驶的进展也给了我们莫大的信心。而我也相信,自动驾驶的发展趋势不可逆,已成为人类未来的必然。或许有一天,大家都会不得不感叹,自动驾驶真是一项伟大的技术!

  但是“没有枷锁的自由,不是真正的自由。”——无论是对于资本还是生命而言,不加约束的自动驾驶,可能是害人的自动驾驶。

  或许,这世界永远不会有真正意义上的自动驾驶。

  本文参考自吉田顺子的《A Look at the Current and Future Market Landscape for Lidars》,略有增删改。

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