[汽車之家 技術(shù)]　　前幾天，我們報(bào)道了百度Apollo投放無(wú)人駕駛物流車進(jìn)入武漢醫(yī)院的新聞，有網(wǎng)友評(píng)論這種模式值得推廣，也有網(wǎng)友問(wèn)無(wú)人車身上圓柱形的零部件都是啥，看到這里我想起以前網(wǎng)友們也曾經(jīng)在文章里問(wèn)過(guò)我相關(guān)的問(wèn)題，尤其不清楚自動(dòng)駕駛車頂?shù)摹按髨A柱”到底是何方神圣，鑒于此，那么這篇文章我們就為大家做個(gè)科普，聊聊無(wú)人車上最重要的傳感器，整篇文章以科普為主，不會(huì)涉及過(guò)于深入的原理，請(qǐng)各位網(wǎng)友放心“食用”。 

在這篇文章中你將會(huì)看到：

1）無(wú)人駕駛傳感器的種類；

2）分分鐘了解激光雷達(dá)的詳細(xì)分類；

3）傳感器有哪些腦洞大開(kāi)的布置方式。

一、無(wú)人車是如何“看到”周圍的？

　　聊感知，你得知道無(wú)人駕駛車都會(huì)有哪些傳感器。無(wú)人車的造型看起來(lái)各有特色，但本質(zhì)是通過(guò)一系列不同的傳感器作為自己眼睛、耳朵來(lái)對(duì)外面的世界進(jìn)行觀察，而這些傳感器也確實(shí)是無(wú)人駕駛研究中的重要一環(huán)。

　　從感知類型上看大概可以分為視覺(jué)類、感知類和定位類。

　　從近到遠(yuǎn)，分別是超聲波雷達(dá)-激光雷達(dá)-毫米波雷達(dá)，而這些不同種類的雷達(dá)中，激光雷達(dá)顯然擁有十分重要的地位。毫米波雷達(dá)雖然可以對(duì)更遠(yuǎn)的障礙物進(jìn)行判斷，但很顯然它的局限性較大，比如路牌，紅綠燈，或者橫在道路上的貨車車廂等，毫米波雷達(dá)是無(wú)法對(duì)不同水平面上的物體進(jìn)行有效識(shí)別。但激光雷達(dá)并不存在這個(gè)問(wèn)題，它的優(yōu)勢(shì)在于精確獲得前方物體的三維位置信息，同時(shí)不受光線等環(huán)境因素的影響，因此激光雷達(dá)是高精度識(shí)別的必須產(chǎn)品。

　　這個(gè)地圖會(huì)和云端的高精度地圖進(jìn)行匹配來(lái)定位車輛，同時(shí)還要識(shí)別行人、車輛、車道線，以及沿途的車輛和環(huán)境等，所以激光雷達(dá)在整個(gè)無(wú)人車的傳感器中都是舉足輕重。

　　這些不同的傳感器各具有不同的優(yōu)勢(shì)和缺陷，因此科技公司們?cè)陂_(kāi)發(fā)無(wú)人車或者自動(dòng)駕駛系統(tǒng)時(shí)，通常采用多種傳感器結(jié)合的方式，而最終的展現(xiàn)形式就是現(xiàn)在我們?cè)陔娨暽峡吹降哪菢印?/p>

二、最貴的傳感器——激光雷達(dá)

　　 前面我們已經(jīng)大概了無(wú)人車的基本傳感器組成，下面我們來(lái)看看這些傳感器里面的必需品也是最昂貴的部分：激光雷達(dá)。

　　激光雷達(dá)可以按照不同功能進(jìn)行分類，目前在汽車領(lǐng)域主要按照有無(wú)機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行分類，一般分有旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件的機(jī)械式激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)。

1）成本較高、產(chǎn)量受限的機(jī)械式激光雷達(dá)

　　機(jī)械激光雷達(dá)由光電二極管、MEMS發(fā)射鏡、激光發(fā)射接收器等部件組成，我們所謂的“機(jī)械”就是指可以進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)的并能控制發(fā)射角度的MEMS發(fā)射鏡。

　　不過(guò)機(jī)械式激光雷達(dá)的缺點(diǎn)也明顯：首先是機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)精度、可靠性要求高，硬件內(nèi)部的每一條線都有一對(duì)激光發(fā)射器和接收器組成，為保證精確測(cè)距，需要保證激光在完成這100-200米的路程后，剛好能讓發(fā)射出去的激光要被成對(duì)的接收器收到，產(chǎn)品難度較高；目前訂單量較小，激光雷達(dá)都是采用手工制作，需要將發(fā)射和接收模塊進(jìn)行精密光學(xué)對(duì)準(zhǔn)裝配，工作繁復(fù)，工作量大，大批量生產(chǎn)難度大。

2）強(qiáng)勢(shì)崛起的固態(tài)激光雷達(dá)

　　 固態(tài)激光雷達(dá)和機(jī)械式最大的不同在于取消了機(jī)械的相關(guān)機(jī)構(gòu)，自然而然造型就會(huì)變小，這對(duì)量產(chǎn)有著重要意義，另外固態(tài)激光雷達(dá)的掃描結(jié)構(gòu)都是微型化，穩(wěn)定性相對(duì)機(jī)械式也有提升。而在成本方面，以美國(guó)著名的Quanergy公司為例，他家的固態(tài)激光雷達(dá)S3目前售價(jià)大概在250美元，但訂貨量超過(guò)一萬(wàn)臺(tái)就可以降到100美元以下。這是機(jī)械激光雷達(dá)無(wú)法企及的價(jià)格。（Velodyne機(jī)械激光雷達(dá)64線基本在80萬(wàn)人民幣左右、32線在40萬(wàn)左右）

三管齊下的固態(tài)激光雷達(dá)

　　機(jī)械激光雷達(dá)的技術(shù)路線相對(duì)比較單一，但固態(tài)激光雷達(dá)就不同了，我梳理了目前市面上常見(jiàn)的三種技術(shù)路線，供大家了解。

○相控陣固態(tài)激光雷達(dá)（OPA）

　　提起相控陣?yán)走_(dá)，喜歡軍事的朋友肯定十分熟悉。比如前段時(shí)間下水的055大型驅(qū)逐艦就采用了相控陣?yán)走_(dá)，外號(hào)“肥電”的F35也采用了相控陣?yán)走_(dá)。

優(yōu)點(diǎn)：相控陣固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，主要有三點(diǎn)。第一是掃描速度快，這也是繼承軍事應(yīng)用的特點(diǎn)，開(kāi)機(jī)馬上使用。第二是掃描的指向精度極高，目前可以做到小數(shù)點(diǎn)后面三位的精度。第三是光束容易被控制，簡(jiǎn)單點(diǎn)就是想對(duì)什么區(qū)域掃描就能掃描，只要通過(guò)電信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行控制即可。

缺點(diǎn)：這種技術(shù)路線的雷達(dá)最大問(wèn)題就是加工難度過(guò)高，同時(shí)相控陣激光雷達(dá)對(duì)材料要求也很高，耐激光的電光材料開(kāi)發(fā)難度較大，相應(yīng)成本也會(huì)比較高，這些問(wèn)題目前很限制相控陣激光雷達(dá)的發(fā)展。

○ 3Dflash固態(tài)激光雷達(dá)

　　3Dflash固態(tài)激光雷達(dá)是一種非掃描式雷達(dá)，它可以短時(shí)間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測(cè)區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器，來(lái)完成對(duì)環(huán)境周圍圖像的繪制，以2維或3維圖像為重點(diǎn)輸出內(nèi)容。

優(yōu)點(diǎn)：這種類型的激光雷達(dá)穩(wěn)定性很好，同時(shí)成本占有優(yōu)勢(shì)。

缺點(diǎn)：探測(cè)距離近是它的一個(gè)主要缺點(diǎn)，而且技術(shù)成熟度并不高。

○MEMS固態(tài)激光雷達(dá)

　　我在上面已經(jīng)給大家介紹了MEMS，我們說(shuō)這是機(jī)械激光雷達(dá)的一個(gè)組件，但其實(shí)在固態(tài)激光雷達(dá)中也有這個(gè)技術(shù)路線，這也是很多網(wǎng)友經(jīng)常搞混的地方，這種雷達(dá)可以看做是機(jī)械激光雷達(dá)的進(jìn)化型。

優(yōu)點(diǎn)：MEMS固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)在于探測(cè)距離長(zhǎng)，而且能保證高分辨率，同時(shí)因?yàn)樾�轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的取消，降低了雷達(dá)的成本，從量產(chǎn)角度，其零部件較為成熟，容易量產(chǎn)。

缺點(diǎn)：目前缺點(diǎn)還是在技術(shù)難度上，吃透MEMS微振鏡還是很有難度的。

　　以上三種就是目前固態(tài)激光雷達(dá)的主要分類，除此之外還有一些目前看起來(lái)很神秘或者說(shuō)小眾的技術(shù)比如Cepton的MMT微動(dòng)技術(shù)。

　　這種類型的激光雷達(dá)最大的優(yōu)點(diǎn)在于“小”，有多小呢？這種形式的激光雷達(dá)可以集成到車燈里面，另外Cepton也透露，因?yàn)檫@種雷達(dá)內(nèi)部的零部件全是目前市場(chǎng)上的量產(chǎn)產(chǎn)品，因此成本較低。

　　以上內(nèi)容就是現(xiàn)階段激光雷達(dá)的所有類型，根據(jù)專業(yè)調(diào)查機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，目前固態(tài)激光雷達(dá)發(fā)展迅速，大約在2021年達(dá)到裝車量產(chǎn)，不過(guò)技術(shù)路線的格局尚不清晰。當(dāng)然，雖然激光雷達(dá)的路線還處于百家爭(zhēng)鳴的情況，但已經(jīng)有了一些實(shí)際的量產(chǎn)應(yīng)用。比如大陸第一款激光雷達(dá)SRL1在2015年用于沃爾沃的City Safety主動(dòng)安全系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)AEB功能，但級(jí)別較低。

　　法雷奧則是真正意義上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)激光雷達(dá)的廠家，法雷奧的激光雷達(dá)于Ibeo合作，2010年開(kāi)發(fā)了4線激光雷達(dá)，2017年正式實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，2018年上市的奧迪A8成為第一款搭載量產(chǎn)4線激光雷達(dá)的車型。

三、頂著大蘑菇太難看，未來(lái)會(huì)有哪些傳感器布置方案？

　　在解決了激光雷達(dá)的問(wèn)題后，再布置上一圈其他的傳感器就完成了一臺(tái)自動(dòng)駕駛車的基本傳感器布置，但這種看起來(lái)科幻味十足的車子，在工程人員的眼中并不完美。

　　目前看來(lái)，各大廠商的思路是想盡各種辦法將這些外露的傳感器藏起來(lái)，有兩種方式比較常見(jiàn)。

1）車頂布置

　　首先就是車頂布置，不過(guò)這里的車頂不是指突出在外側(cè)，而是集成在車頂之上。這套方案由偉巴斯特提出的，偉巴斯特認(rèn)為認(rèn)為車頂是自動(dòng)駕駛車輛傳感器進(jìn)行布置的最佳位置，對(duì)于沒(méi)有天窗的車輛，在制造過(guò)程中提前加入傳感器必然是個(gè)可行的方案，但對(duì)于未來(lái)的車子來(lái)說(shuō)，沒(méi)有天窗幾乎不太可能，因此將天窗和傳感器融合是條勢(shì)在必行的道路。

　　傳感器的定位和全天候穩(wěn)定工作對(duì)感知環(huán)境至關(guān)重要。因此，為了應(yīng)對(duì)惡劣天氣對(duì)傳感器的干擾，還加入了偉巴斯特最新的高壓水清潔系統(tǒng)以及熱管理系統(tǒng)。

2）車頭車尾布置

　　車頭布置是目前常見(jiàn)的手段，比如奧迪A8和奧迪A6的激光雷達(dá)就隱藏在前進(jìn)氣格柵，在未來(lái)這也是一種布置方式，不過(guò)隨著激光雷達(dá)的小型化，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)在車燈內(nèi)部布置的方案。

　　這個(gè)方案來(lái)自上面提到的Cepton。在他們的設(shè)計(jì)中，一臺(tái)車會(huì)布置四個(gè)激光雷達(dá)，兩個(gè)在前面，兩個(gè)在后面。

　　目前日本最大的車輛大燈制造商Koito Automotive（小糸制作所）已經(jīng)確定了將Cepton的激光雷達(dá)集成到LED大燈中的計(jì)劃，看樣子在未來(lái)極有可能在雷克薩斯品牌上出現(xiàn)。

四、總結(jié)篇

　　過(guò)去三年，全球在激光雷達(dá)方面的投資超過(guò)10億美元，其投資公司大多數(shù)是供應(yīng)商，比如法雷奧、博世、大陸等老牌企業(yè)，他們通常以收購(gòu)初創(chuàng)企業(yè)或者固定投資，或者合作開(kāi)發(fā)為主，牢牢把握的激光雷達(dá)的核心技術(shù)。

　　全球領(lǐng)導(dǎo)者谷歌Waymo同樣重視自研激光雷達(dá)，目前雖然使用Velodyne作為測(cè)試車的傳感器，但依然在研發(fā)自己的雷達(dá)，在2019年已經(jīng)開(kāi)發(fā)了3種激光雷達(dá)。

　　國(guó)內(nèi)廠商在激光雷達(dá)領(lǐng)域追趕迅速，并沒(méi)有落下太多。包括禾賽科技、鐳神智能、華達(dá)科捷等廠商在各種類型的激光雷達(dá)上都有拿得出手的產(chǎn)品，主要的制約在芯片領(lǐng)域，目前激光雷達(dá)系統(tǒng)的核心芯片還比較薄弱，目前飛芯科技等廠商對(duì)這方面投入較多。

　　最后我們來(lái)看一下應(yīng)用前景。激光雷達(dá)目前還是成本較高，尤其是機(jī)械激光雷達(dá)高居不下；目前市場(chǎng)總體規(guī)模并不大，同時(shí)成本高使其市場(chǎng)滲透率較低。好在各大汽車企業(yè)和供應(yīng)商加大了對(duì)激光雷達(dá)的投資，同時(shí)外部資本依然對(duì)這個(gè)領(lǐng)域很感興趣，根據(jù)Velodyne的預(yù)測(cè)，激光雷達(dá)市場(chǎng)未來(lái)每年都會(huì)翻番，而IHS（商業(yè)研究機(jī)構(gòu)）預(yù)測(cè)2025年全球車載激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模規(guī)模25億美元。另一方面，國(guó)內(nèi)廠商正在加快研發(fā)步伐，當(dāng)中國(guó)市場(chǎng)越發(fā)活躍后，依托巨大市場(chǎng)，有望拉低激光雷達(dá)的總體成本。（汽車之家 圖/文 冷曉陽(yáng)）