激光雷達(dá)正在成為ADAS邁向自動(dòng)駕駛的“必備”技術(shù)。

繼奧迪之后，豐田旗下豪華品牌雷克薩斯即將在今年底上市的最新一代LS轎車上也將搭載由電裝開發(fā)的3D激光雷達(dá)。

這是豐田汽車迄今為止量產(chǎn)配置的最先進(jìn)自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)，可以在高速公路上自動(dòng)換道并實(shí)現(xiàn)超車。除了激光雷達(dá)傳感器，還將搭載來自電裝的前向雷達(dá)、雙目攝像頭，并且具備比目前L2系統(tǒng)更高水平的計(jì)算能力。

在早期的自動(dòng)駕駛汽車原型上，那些體積較大、安裝在車頂?shù)募す饫走_(dá)大塊頭，正在慢慢讓位于安裝在汽車引擎蓋、擋泥板或前格柵上的小型車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)。

不管是早期日系廠商開發(fā)的2D激光雷達(dá)、還是法雷奧為奧迪提供的第一代SCALA激光雷達(dá)，性能雖還未達(dá)到L4級(jí)自動(dòng)駕駛的要求，但至少起到了一定的感知安全冗余的作用。

從奧迪、到雷克薩斯，再到寶馬、沃爾沃，基本上國(guó)際一線汽車制造商在量產(chǎn)新車選擇搭載激光雷達(dá)，已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。

一、L2+打開新窗口

事實(shí)上，激光雷達(dá)在汽車行業(yè)的發(fā)展，離不開汽車制造商和零部件廠商的扶持。

2016年，通用汽車收購了自動(dòng)駕駛初創(chuàng)公司Cruise，后者隨后又收購了激光雷達(dá)初創(chuàng)公司Strobe。

2017年，福特汽車收購了自動(dòng)駕駛初創(chuàng)公司Argo AI，后者收購了激光雷達(dá)初創(chuàng)公司Princeton Lightwave。此外，福特還持有Velodyne的一部分股份。

2018年開始，奧迪的自動(dòng)駕駛部門分別與激光雷達(dá)初創(chuàng)公司Luminar和Aeva合作，用于自動(dòng)駕駛研發(fā)測(cè)試。隨后，保時(shí)捷宣布投資Aeva，并啟動(dòng)搭載于ID Buzz自動(dòng)駕駛小型貨車的量產(chǎn)計(jì)劃。

2018年，沃爾沃汽車宣布對(duì)Luminar進(jìn)行投資，并且在L4級(jí)量產(chǎn)車型進(jìn)行搭載。后者還與豐田合作用于自動(dòng)駕駛測(cè)試車輛。

亞馬遜投資的自動(dòng)駕駛初創(chuàng)公司Aurora，在2019年也收購了激光雷達(dá)初創(chuàng)公司Blackmore。

寶馬則是計(jì)劃在2021年推出L3級(jí)量產(chǎn)新車，激光雷達(dá)系統(tǒng)由以色列的Innoviz公司提供，麥格納作為集成商參與。

截至目前，已經(jīng)推出車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)的零部件廠商，除了法雷奧，就是大陸集團(tuán)。這家公司今年首次亮相了一款探測(cè)距離約50米的Flash激光雷達(dá)，搭載量產(chǎn)新車型即將上市。

遠(yuǎn)期，大陸集團(tuán)還在開發(fā)一款長(zhǎng)距激光雷達(dá)，探測(cè)距離達(dá)到200-300米，計(jì)劃在兩三年后上市。而法雷奧的第二代SCALA也已經(jīng)拿下訂單。

此外，這些汽車零部件巨頭大多數(shù)都已經(jīng)在過去幾年參股投資一些激光雷達(dá)初創(chuàng)公司。比如，電裝投資的TriLumina。

在接下來的幾年里，更多的汽車制造商預(yù)計(jì)將開始批量訂購激光雷達(dá)，用于L3/L4級(jí)自動(dòng)駕駛量產(chǎn)車的研發(fā)測(cè)試。在此之前，低成本的激光雷達(dá)有望增強(qiáng)現(xiàn)有L2+級(jí)別新車的感知。

正如博世公司所言，激光雷達(dá)填補(bǔ)了“傳感器的空白”。

二、降本已到臨界點(diǎn)

如何將成本降至汽車制造商能接受的水平，一直是行業(yè)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。答案在于固態(tài)解決方案，將所有機(jī)械部件集成到一個(gè)微芯片中，基于規(guī)模效應(yīng)來降低成本，同時(shí)意味著更好的可靠性。

在關(guān)鍵性能方面，探測(cè)到反射能力只有10%的目標(biāo)，距離應(yīng)該在200米到250米之間。除此之外，系統(tǒng)必須不受天氣和其他激光雷達(dá)系統(tǒng)的干擾。

潛在的成本下降是最關(guān)鍵要素。電裝投資的激光雷達(dá)初創(chuàng)公司TriLumina此前表態(tài)，系統(tǒng)總成本可能降至200美元。

這家公司預(yù)計(jì)，隨著供應(yīng)鏈上下游的協(xié)作規(guī)模加大，將在未來三到五年內(nèi)看到價(jià)格的真正下降?！耙牢迥昵?，激光雷達(dá)的零部件成本可能高達(dá)4000到5000美元之間。”

TriLumina成立于2011年，核心技術(shù)是將垂直腔面發(fā)射激光(VCSEL)與多個(gè)組件整合在一顆芯片上，來提高可靠性，降低成本。

該公司的技術(shù)是基于倒裝專利芯片，反向發(fā)射VCSEL，能發(fā)出不可見的紅外線激光脈沖，通常在940nm的光譜上。

這種小型半導(dǎo)體芯片集成了數(shù)百個(gè)VCSELs、電子束控制以及晶片級(jí)微透鏡，使其能夠瞄準(zhǔn)、聚焦并形成結(jié)構(gòu)化的照明模式，并且滿足汽車應(yīng)用的溫度要求。

相對(duì)于傳統(tǒng)的LED光源，VCSEL是一種比LED有更窄的光譜和更少的散度的激光器。LED通常被用于近距離和深度感應(yīng)，VCSELs則更加精確，以獲得更好的靈敏度。

去年9月，TriLumina宣布VCSEL倒裝芯片陣列光源完成AEC-Q102 1級(jí)所有認(rèn)證，可以可靠地工作在溫度從-40°C到125°C，也是首款獲得該認(rèn)證的半導(dǎo)體激光器。

三、L4嘗試新路線

一些自動(dòng)駕駛初創(chuàng)公司也在發(fā)力下一代激光雷達(dá)。畢竟對(duì)于他們來說，短期大規(guī)模L4級(jí)自動(dòng)駕駛車輛落地機(jī)會(huì)不大。

Aurora近日宣布，基于2019年收購的激光雷達(dá)公司Blackmore在調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)技術(shù)上的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，推出了一款全新定制開發(fā)的激光雷達(dá)，稱為“FirstLight”。

傳統(tǒng)的激光雷達(dá)大多數(shù)使用脈沖式技術(shù)路線，在固定頻率發(fā)射光脈沖，然后測(cè)量光束返回所需的時(shí)間。

使用這種技術(shù)，物體越遠(yuǎn)，光線返回的時(shí)間就越長(zhǎng)。這意味著更遠(yuǎn)的物體或移動(dòng)的物體不能被精確跟蹤，尤其是在光線反射較弱的情況下。

FMCW激光雷達(dá)使用連續(xù)的激光脈沖，并定期改變光的頻率，也就是“調(diào)頻”。這使得自動(dòng)駕駛車輛的開發(fā)人員可以利用多普勒效應(yīng)更好地確定物體的精確位置和速度。

FMCW激光雷達(dá)在跟蹤移動(dòng)物體方面更加精確，比如道路上的其他車輛。它甚至可以用來確定一個(gè)物體是在靠近還是在遠(yuǎn)離，在光線較弱的情況下，包括在雨中和霧中，它也能更好地探測(cè)物體。

FMCW激光雷達(dá)傳感器可以看到300米以外的目標(biāo)，即使是不反射太多光線的目標(biāo)，比如晚上穿深色衣服的行人。

Aurora的這款激光雷達(dá)也在更高的1550nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)工作，允許傳感器發(fā)射更強(qiáng)的光脈沖，同時(shí)仍然滿足眼睛的安全標(biāo)準(zhǔn)。

大多數(shù)脈沖式激光雷達(dá)系統(tǒng)工作在900nm波段附近，要求他們限制激光輸出到頻率，這導(dǎo)致在低光情況下性能較差。

就在幾天前，激光雷達(dá)初創(chuàng)公司INFOWORKS宣布，將與現(xiàn)代汽車合作，開發(fā)用于自動(dòng)駕駛汽車的FMCW激光雷達(dá)技術(shù)。