4个雷达10万美元 自动驾驶真离不开激光雷达?

时间:2019-02-22 10:39来源:千家网作者:yeyan 点击:
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摘要:2018年,自动驾驶行业迅速发展,全球数十家主流汽车主机厂相继发布了不同自动驾驶产品的2018年-2030年上市规划。作为自动驾驶的“眼睛”——传感器中不可或缺的部分,激光雷达行业也迎来快速增长时期。初创企业、汽车一级供应商和汽车OEM厂商等都在投资布局。

关键字:激光,激光技术,激光雷达

  2018年,自动驾驶行业迅速发展,全球数十家主流汽车主机厂相继发布了不同自动驾驶产品的2018年-2030年上市规划。作为自动驾驶的“眼睛”——传感器中不可或缺的部分,激光雷达行业也迎来快速增长时期。初创企业、汽车一级供应商和汽车OEM厂商等都在投资布局。

  方象知产研究院研究发现,目前进入路测的各种自动驾驶感知系统解决方案都在研发和实测中,但激光雷达仍然是多数企业的首选,尤其是以机械式激光雷达为主搭配其他传感器实现感知。未来随着技术完善,固态激光雷达将逐步替代机械式激光雷达,解决机械式激光雷达高成本和量产制约的问题。

4个雷达10万美元 自动驾驶真离不开激光雷达?

  一、自动驾驶要看得清 离不开激光雷达

  实现自动行驶,需要机器感知、决策、控制,而要感知外界情况,离不开传感器。自动驾驶的传感器包括毫米波雷达和摄像头还有激光雷达。

  激光雷达(LiDAR——Light Detection And Ranging)是集激光、GPS全球定位和惯性测量为一体的装置系统。它通过激光发射器发射激光,光束遇物体反射回接收器,系统根据发送和接收信号的时间差,判断物体的相对方位。激光雷达能建立起周围世界的三维点云图像(见图1),探测到车辆和行人等,通过点云数据与高精度地图数据匹配实现导航及车辆定位。

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  图1:激光雷达点云图像示意

  来源:Velodyne

  毫米波雷达受制于波长,探测距离受到频段损耗的直接制约(想要探测得远,就必须使用高频段雷达),同时由于分辨率限制无法感知行人、对障碍物建模;摄像头能够识别物体,但是无法进行点阵建模和远距测距(见图2)。

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  图2:自动驾驶主流传感器功能特性示意

  来源:北科天绘

  目前来看,无论是毫米波雷达还是计算机视觉方案,短期内很难替代激光雷达,所以除以特斯拉为代表的少数企业之外,多数自动驾驶研发和测试厂商,都使用激光雷达作为主要传感器,与毫米波雷达和摄像头共同建立系统,实现路况判断和车辆定位。

  二、激光雷达技术仍以机械式为主

  从应用上看,激光雷达经历了从机械旋转式、混合固态到纯固态的发展过程:机械式通过摄像头本身的物理旋转来扫描更大范围;混合固态外部不会旋转,但内部有小型机械旋转扫描系统,而纯固态探测视角通过可以上下左右震颤的微颤镜来对激光发射和接收角度进行调整。固态激光雷达无法进行360度旋转,只能探测前方,因此要实现全方位扫描,需在不同方向布置多个固态激光雷达。固态激光雷达技术路线尚未定型,目前主要分为MEMS、OPA和3D Flash三类(见表1)。

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  表1:激光雷达分类

  来源:国金证券,YoleDéveloppement

  目前,MEMS固态雷达因为存在振动部件,在寿命和工作稳定性上很难替代其他技术;而OPA的旁瓣效应以及3D Flash的人眼保护问题尚未解决,在应用上均存在一定限制。因而现阶段,多数自动驾驶解决方案仍然需要机械激光雷达与其他传感器配合来实现。

  三、机械式激光雷达成本高应用受限

  目前来看,传统机械式激光雷达的成本及量产问题,成为制约很多传感器厂商和激光雷达需求方拓展应用的根本症结。

  现在主流的机械旋转式激光雷达结构复杂,各核心组件价格昂贵,主要包括激光器、扫描器、光学组件、光电探测器、接收集成电路以及位置和导航器件等(见图3),导致其成本居高不下。除物料成本外,激光雷达组装成本也较高,且目前自动驾驶还属于实验测试阶段,对激光雷达的需求有限,产品无法量产,也导致成本难以降低。

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  图3:激光雷达产业链

  来源:Yole Développement,方象知产研究院翻译

  以下是部分市场主流产品的性能及价格(见表2),最贵的Velodyne HDL-64,价格达到7.5万美元,也是目前企业应用最多的产品,包括百度,谷歌,Uber/沃尔沃 XC 90,丰田普锐斯等。

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  表2:目前市场的典型激光雷达产品特点、成本及应用

  来源:方象知产研究院根据公开报道整理

  以百度自动驾驶方案为例,只从激光雷达来看,百度使用了1个Velodyne的64线激光雷达HDL-64,3个Velodyne的16线激光雷达VLP-16。其中每个HDL-64的价格约为7.5万美元,每个VLP-16的价格约为8000美元,总计约9.9万美元,折合人民币约67万左右,几乎是一辆豪华乘用车的价格。所以目前来看,在量产车上使用激光雷达,要面对较大的成本制约。

  四、激光雷达产品研发向固态式转变

  激光雷达最初应用于军事、探测等领域。自2010年以来,随着自动驾驶技术迅速发展,为传统激光雷达行业带来新的发展机遇。由于传统机械式激光雷达使用受限,激光雷达技术向固态式激光雷达转变。

  方象知产研究院梳理了2018年至今12家典型融资企业发现(见表3),虽然各家技术不完全相同,但基本体现了从传统机械式激光雷达向固态激光雷达转变的研发趋势。

表3无水印.jpg

  表3:2018年激光雷达企业融资及产品状况

  来源:数据整合自OFweek、新闻报道等

  从上表中,方象知产研究院发现,不少投资方在自动驾驶产业链中都有布局,比如百度领投的禾赛科技,比如NIO Capital(蔚来资本)领投了Innovusion等等。这也说明自动驾驶企业,希望借助打通产业链,降低生产成本,提升产品竞争实力。

  五、方象观察:固态从配合到替代或是激光雷达发展方向

  目前自动驾驶技术都在发展中。作为自动驾驶感知系统中的核心传感器,激光雷达搭配其他传感器仍是主流选择。目前各厂商均在积极探索解决方案,可以说谁率先解决了机械式激光雷达的成本或者替代问题,谁就有可能在市场中占据先机。

  方象知产研究院认为,随着技术逐步成熟,针对L3级别自动驾驶,MEMS激光雷达很可能首先配合机械激光雷达广泛应用;随着L4级自动驾驶逐步实现,3D Flash激光雷达和OPA激光雷达将很可能替代MEMS成为未来的技术发展方向。这些产品的研发和迭代,值得关注。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
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