[汽車之家 技術(shù)]　　前幾天，我們報道了百度Apollo投放無人駕駛物流車進入武漢醫(yī)院的新聞，有網(wǎng)友評論這種模式值得推廣，也有網(wǎng)友問無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)在文章里問過我相關(guān)的問題，尤其不清楚自動駕駛車頂?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科普，聊聊無人車上最重要的傳感器，整篇文章以科普為主，不會涉及過于深入的原理，請各位網(wǎng)友放心“食用”。 

在這篇文章中你將會看到：

1）無人駕駛傳感器的種類；

2）分分鐘了解激光雷達的詳細分類；

3）傳感器有哪些腦洞大開的布置方式。

一、無人車是如何“看到”周圍的？

　　聊感知，你得知道無人駕駛車都會有哪些傳感器。無人車的造型看起來各有特色，但本質(zhì)是通過一系列不同的傳感器作為自己眼睛、耳朵來對外面的世界進行觀察，而這些傳感器也確實是無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類、感知類和定位類。

　　從近到遠，分別是超聲波雷達-激光雷達-毫米波雷達，而這些不同種類的雷達中，激光雷達顯然擁有十分重要的地位。毫米波雷達雖然可以對更遠的障礙物進行判斷，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，毫米波雷達是無法對不同水平面上的物體進行有效識別。但激光雷達并不存在這個問題，它的優(yōu)勢在于精確獲得前方物體的三維位置信息，同時不受光線等環(huán)境因素的影響，因此激光雷達是高精度識別的必須產(chǎn)品。

　　這個地圖會和云端的高精度地圖進行匹配來定位車輛，同時還要識別行人、車輛、車道線，以及沿途的車輛和環(huán)境等，所以激光雷達在整個無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)勢和缺陷，因此科技公司們在開發(fā)無人車或者自動駕駛系統(tǒng)時，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)在我們在電視上看到的那樣。

二、最貴的傳感器——激光雷達

　　 前面我們已經(jīng)大概了無人車的基本傳感器組成，下面我們來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。

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

1）成本較高、產(chǎn)量受限的機械式激光雷達

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

　　不過機械式激光雷達的缺點也明顯：首先是機械旋轉(zhuǎn)機構(gòu)精度、可靠性要求高，硬件內(nèi)部的每一條線都有一對激光發(fā)射器和接收器組成，為保證精確測距，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的接收器收到，產(chǎn)品難度較高；目前訂單量較小，激光雷達都是采用手工制作，需要將發(fā)射和接收模塊進行精密光學(xué)對準裝配，工作繁復(fù)，工作量大，大批量生產(chǎn)難度大。

2）強勢崛起的固態(tài)激光雷達

　　 固態(tài)激光雷達和機械式最大的不同在于取消了機械的相關(guān)機構(gòu)，自然而然造型就會變小，這對量產(chǎn)有著重要意義，另外固態(tài)激光雷達的掃描結(jié)構(gòu)都是微型化，穩(wěn)定性相對機械式也有提升。而在成本方面，以美國著名的Quanergy公司為例，他家的固態(tài)激光雷達S3目前售價大概在250美元，但訂貨量超過一萬臺就可以降到100美元以下。這是機械激光雷達無法企及的價格。（Velodyne機械激光雷達64線基本在80萬人民幣左右、32線在40萬左右）

三管齊下的固態(tài)激光雷達

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

○相控陣固態(tài)激光雷達（OPA）

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

優(yōu)點：相控陣固態(tài)激光雷達的優(yōu)點十分明顯，主要有三點。第一是掃描速度快，這也是繼承軍事應(yīng)用的特點，開機馬上使用。第二是掃描的指向精度極高，目前可以做到小數(shù)點后面三位的精度。第三是光束容易被控制，簡單點就是想對什么區(qū)域掃描就能掃描，只要通過電信號對光源進行控制即可。

缺點：這種技術(shù)路線的雷達最大問題就是加工難度過高，同時相控陣激光雷達對材料要求也很高，耐激光的電光材料開發(fā)難度較大，相應(yīng)成本也會比較高，這些問題目前很限制相控陣激光雷達的發(fā)展。

○ 3Dflash固態(tài)激光雷達

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

優(yōu)點：這種類型的激光雷達穩(wěn)定性很好，同時成本占有優(yōu)勢。

缺點：探測距離近是它的一個主要缺點，而且技術(shù)成熟度并不高。

○MEMS固態(tài)激光雷達

　　我在上面已經(jīng)給大家介紹了MEMS，我們說這是機械激光雷達的一個組件，但其實在固態(tài)激光雷達中也有這個技術(shù)路線，這也是很多網(wǎng)友經(jīng)常搞混的地方，這種雷達可以看做是機械激光雷達的進化型。

優(yōu)點：MEMS固態(tài)激光雷達的優(yōu)點在于探測距離長，而且能保證高分辨率，同時因為旋轉(zhuǎn)機械結(jié)構(gòu)的取消，降低了雷達的成本，從量產(chǎn)角度，其零部件較為成熟，容易量產(chǎn)。

缺點：目前缺點還是在技術(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)激光雷達的主要分類，除此之外還有一些目前看起來很神秘或者說小眾的技術(shù)比如Cepton的MMT微動技術(shù)。

　　這種類型的激光雷達最大的優(yōu)點在于“小”，有多小呢？這種形式的激光雷達可以集成到車燈里面，另外Cepton也透露，因為這種雷達內(nèi)部的零部件全是目前市場上的量產(chǎn)產(chǎn)品，因此成本較低。

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

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

三、頂著大蘑菇太難看，未來會有哪些傳感器布置方案？

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

　　目前看來，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，有兩種方式比較常見。

1）車頂布置

　　首先就是車頂布置，不過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，偉巴斯特認為認為車頂是自動駕駛車輛傳感器進行布置的最佳位置，對于沒有天窗的車輛，在制造過程中提前加入傳感器必然是個可行的方案，但對于未來的車子來說，沒有天窗幾乎不太可能，因此將天窗和傳感器融合是條勢在必行的道路。

　　傳感器的定位和全天候穩(wěn)定工作對感知環(huán)境至關(guān)重要。因此，為了應(yīng)對惡劣天氣對傳感器的干擾，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的手段，比如奧迪A8和奧迪A6的激光雷達就隱藏在前進氣格柵，在未來這也是一種布置方式，不過隨著激光雷達的小型化，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)在車燈內(nèi)部布置的方案。

　　這個方案來自上面提到的Cepton。在他們的設(shè)計中，一臺車會布置四個激光雷達，兩個在前面，兩個在后面。

　　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的激光雷達集成到LED大燈中的計劃，看樣子在未來極有可能在雷克薩斯品牌上出現(xiàn)。

四、總結(jié)篇

　　過去三年，全球在激光雷達方面的投資超過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)，他們通常以收購初創(chuàng)企業(yè)或者固定投資，或者合作開發(fā)為主，牢牢把握的激光雷達的核心技術(shù)。

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

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

　　最后我們來看一下應(yīng)用前景。激光雷達目前還是成本較高，尤其是機械激光雷達高居不下；目前市場總體規(guī)模并不大，同時成本高使其市場滲透率較低。好在各大汽車企業(yè)和供應(yīng)商加大了對激光雷達的投資，同時外部資本依然對這個領(lǐng)域很感興趣，根據(jù)Velodyne的預(yù)測，激光雷達市場未來每年都會翻番，而IHS（商業(yè)研究機構(gòu)）預(yù)測2025年全球車載激光雷達市場規(guī)模規(guī)模25億美元。另一方面，國內(nèi)廠商正在加快研發(fā)步伐，當(dāng)中國市場越發(fā)活躍后，依托巨大市場，有望拉低激光雷達的總體成本。（汽車之家 圖/文 冷曉陽）