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激光雷达上车自动驾驶,量产来势汹汹,谁能领跑?
时间:2021-08-10来源:点击:366分享:

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2021年尚未过半,上汽、长城、本田等国内外传统车企,蔚来、小鹏、哪吒等造车新势力都纷纷高调宣布了各自的激光雷达“上车”计划。激光雷达厂商方面更是动作不断,概念股走高、新产品面世、产线建设……各种利好消息让人目不暇接。

可以说在自动驾驶领域中,除了近年来始终坚持“错的不是我,而是整个世界”的特斯拉之外,激光雷达无疑是曝光率最高的话题。

不过,虽然激光雷达并不是一个“新鲜出炉”的概念,但整个行业目前尚处在“探索、突破、再创新”的早期阶段,还没有公认的最好最成熟的技术体系,也未形成完善成熟的供应链,更无国家标准可言。

在自动驾驶车辆的量产进程进入“冲刺阶段”的当下,怎样的激光雷达产品才能更快更好的满足“上车”要求,帮助车企抓住未来?今天,就让我们来一探究竟。

在自动驾驶基本三要素“感知、决策、控制”中,感知无疑是最顶层也最重要的一环,如果做不到“眼观六路”再强大的算法算力都会成为空中楼阁。激光雷达正是因其强大、高效的全天时感知能力,被业界誉为“无人驾驶之眼”。


与毫米波雷达、摄像头等环境监测传感器相比,激光雷达在探测上具备高分辨率并且对目标形状材料不敏感等优点。自人工智能与自动驾驶概念兴起伊始,激光雷达就牢牢占据着自动驾驶系统中核心传感器的位置,并在全行业范围内受到了高度认可,除了埃隆马斯克……


“用激光雷达的都是傻瓜”、“激光雷达属性鸡肋”……自2019年起,这位硅谷“科技狂人”就在不断地唱衰激光雷达。


不可否认的是,曾经的激光雷达尽管感知性能优秀,但百花齐放百家争鸣式的技术路线之争也让自动驾驶领域难以明确发展路径,并且在成本、体积、环境适应性等方面都存在着不小的短板。使得“量产上车”这一目标,也在很长时间内都是地平线一样的存在——看得见,摸不着。



随着近年来技术的演进和众多厂商的努力,技术路线之争形势开始明朗,并渐渐补全了曾经的诸多短板,激光雷达终于在今年迎来了全面爆发的机会,“上车”进程、量产步伐一再加快。

伴随着行业爆发,激光雷达相关新闻铺天盖地向我们涌来。但企业和媒体关于激光雷达分类的表达可谓是五花八门,如果按照扫描模式、测距原理等多个独立的维度进行组合排列的话,理论上可行的激光雷达系统方案甚至有上百种,往往让人感到一头雾水。

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虽然激光雷达技术路线多种多样,但从扫描方式、器件结构的角度来划分,主要包含机械式、微转镜、微振镜(MEMS)、Flash、OPA五种。


机械式是目前技术上最成熟的路线,同时也是较早被自动驾驶公司采用的方案。通过旋转激光发射和接收模块来获取360°视场的机械式激光雷达,具备扫描速度快、抗光干扰能力强等特点。


但在实际落地过程中,机械式激光雷达却长期面临着一系列阻碍。首当其冲的就是成本,Velodyne机械式64线激光雷达的官方定价始终在7万美元以上,高昂的成本让下游车企直呼“打对折都买不起”。而受限于机械零部件使用寿命,机械激光雷达的可靠性和稳定性也不尽人意。此外,价格高、体型大、难以过车规,工艺繁复,生产效率低等都是机械激光雷达大规模量产的瓶颈。


定价超过7万美金的Velodyne机械式64线激光雷达

   

作为当前唯一真正通过车规验证的方案,微转镜技术路线天然就具备体积小、批量生产后成本低、可靠性高、分辨率高等一系列前装量产方向上的优势。但光学系统控制机制与转轴精度始终是这条路径上绕不开的技术难点,此外如何实现高线束输出并降低功耗,也是华为、Valeo等选择此方案的厂商所必须要解决的问题。


微振镜(MEMS)方案的核心光束操纵原件为微振镜,与微转镜方案相似,MEMS也具备许多有利于实现大规模量产的特点。但就目前而言,微振镜仍存在三个瓶颈有待突破:一是测距能力不足,以色列激光雷达公司Innoviz采用905nm纳米半导体激光发射器的MEMS最远只能达到80米。二是视场较小,MEMS单个镜片视场角只有30度左右。第三,也是最为“致命”的:光纤激光器不耐高低温,难以过车规。


而Flash(焦平面成像激光雷达)路线,尽管有着“0延迟”、小体积、高稳定的亮点,但在探测距离方面的表现却有些无力。此外,OPA(光学相控阵)技术路线目前基本还处于理论阶段,2023年实现量产已经是业界最为乐观的估计。


激光雷达的技术路线之争已经从百家争鸣转变为了群雄逐鹿,北科天绘工程师坦言:“虽然哪些技术路线不靠谱已经比较明确,但谁最靠谱的问题尚无定论。而就目前市场上的技术路线而言,我们坚定地认为,只有微转镜是在三年内最有可能量产‘上车’的。

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   总体来看,微转镜和微振镜是激光雷达产业“冲刺阶段”中最有希望率先成功“上车”,实现量产的技术     路线。而这两者中,以北科天绘C-Fans系列产品为代表的微转镜几乎已经只差“just do it”了。


自发力智能网联汽车业务以来,北科天绘就以研发可前装量产的固态激光雷达为核心目标,全方位审视了各种技术路线后,认为机械式激光雷达量产困难,OPA难以走出实验室,光纤激光器更适合用来做测绘型激光雷达。北科天绘CEO张智武博士表示:“不去碰有明显理论缺陷、性能达到天花板和成本瓶颈的技术路径,让我们省了不少研发时间。”


北科天绘车规型激光雷达在设计之初就瞄准了以下目标:一是便宜;二是小巧;三是功耗低;四是环境适应性强;五是可靠性高;六是适合大规模量产。


从目标出发,并结合车规、成本、场景等需求,北科天绘最终选择了微振镜这条路。凭借在激光雷达领域多年的探索和积淀,北科天绘于2017年发布了自研微转镜激光雷达C-Fans系列的首款产品。


C-Fans 系列产品的微转镜构架“独辟蹊径”,率先将激光雷达的激光发射接收模块及信号处理模块微型化和固态化,采用微型电机驱动多面镜扫描,在充分发挥微转镜技术路线优势的基础上,打造出了基于半导体工艺的低成本前装固态激光雷达。


这源于北科天绘在光机结构、激光收发、信号处理、制造工艺、芯片化、轻小化等方面屡克难题,让大视场、长测程、高分辨、低成本的车规型激光雷达成为现实。

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C-Fans-256


前不久,北科天绘正式发布了图像级超高分辨率固态激光雷达C-Fans-256,便是一款不仅性能优秀、可靠性高、功耗低,而且成本不再高昂的车规级激光雷达产品。


C-Fans-256具备0.1°x0.1°的分辨率,能够准确地在200m距离上进行车辆、行人的捕捉,配合其全方位扫描视场,可以轻松实现大范围远距离区域监控,并在无保护左转等自动驾驶汽车难点场景下提供宽阔的视野,从而照顾到右侧来车或者行人。



运动相机级别的超高帧频,使C-Fans-256拥有强大的视野提供及异常事件捕捉能力,无论是在探测障碍物、还是在鬼探头、高速汇入主路、高速急刹车等自动驾驶难点场景下都有着不俗的表现,更加适合高速、动态、复杂的真实行车环境。同时,C-Fans-256凭借其8bit的灰度分辨力,实现了清晰的全天候车道线识别,显著提高了无人驾驶系统全天候感知能力。


目前,C-Fans系列产品已经通过了IATF 16949(汽车行业质量管理认证体系),并在ISO 16750标准下完成了一系列车规可靠性实验。其中C-Fans32是目前唯一一款通过“本安”认证的激光雷达产品;C-Fans-256做到了小于16W的低功耗和通过ISO 16750总计9类共31项测试的高车规符合性。这两款产品取得的成绩从侧面验证了北科天绘自主芯片在产品功耗低、启动电流低、产热量低方面的贡献,保障了在煤矿等易燃易爆环境内机器人和无人车运行的安全性。


C-Fans激光雷达的性能和成本优势源于北科天绘的核心技术实力。截至目前,北科天绘已成功实现了激光雷达信号处理核心模块的芯片化,共计独立研发5类24款芯片,做到了核心器件的完全自主可控。

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车载激光雷达市场已然开始全面爆发,对于任何一家厂商而言,都不可能放弃自己一直所坚持,且或将具备高度差异化的技术路线。虽然护城河不深的企业注定会被一批批淘汰,但激光雷达的产业边际很大、产业链也很长,在未来激光雷达市场中必将会同时存在多家成规模的企业。


换言之,激光雷达车规量产绝非某一个企业就能单独实现,需要产业链、供应链、技术端的协同创新,需要更多的厂商向着车规量产这一目标奔跑,而北科天绘已正在路上。