2021年是激光雷達(dá)量產(chǎn)上車(chē)元年，這一年里海內(nèi)外汽車(chē)廠商發(fā)布了多款搭載激光雷達(dá)的車(chē)型，并在小鵬P5上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)上市。隨后的2022年里，激光雷達(dá)已經(jīng)在多家新勢(shì)力車(chē)企的車(chē)型上成為標(biāo)配，根據(jù)電子發(fā)燒友網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2022年國(guó)內(nèi)搭載激光雷達(dá)的車(chē)型銷(xiāo)量已經(jīng)超過(guò)10萬(wàn)輛。

盡管如今發(fā)展速度很快，但激光雷達(dá)從應(yīng)用于自動(dòng)駕駛開(kāi)始，到真正開(kāi)始規(guī)模量產(chǎn)上車(chē)，期間經(jīng)歷了20年之久。自動(dòng)駕駛的廣泛應(yīng)用，令發(fā)展多年的激光雷達(dá)終于有機(jī)會(huì)來(lái)到量產(chǎn)車(chē)型上。那么激光雷達(dá)以及自動(dòng)駕駛都經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展歷程？

起源

談到激光雷達(dá)上車(chē)，就肯定不能離開(kāi)自動(dòng)駕駛。自動(dòng)駕駛的起源，來(lái)自于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展，早在1977年，日本國(guó)家實(shí)驗(yàn)室就利用攝像頭檢測(cè)前方標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛車(chē)輛的導(dǎo)航，不過(guò)這只是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的一種方式。海外研究團(tuán)隊(duì)在上世紀(jì)60年代還有過(guò)在道路上鋪設(shè)電線或是磁力線來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛引導(dǎo)的“自動(dòng)駕駛”，盡管這有點(diǎn)類(lèi)似于軌道引導(dǎo)。

而到了80年代，德美兩大汽車(chē)工業(yè)國(guó)開(kāi)始真正在自動(dòng)駕駛上發(fā)力。在這段時(shí)期，德國(guó)慕尼黑聯(lián)邦國(guó)防軍大學(xué)的Ernst Dickmanns團(tuán)隊(duì)用一輛奔馳汽車(chē)實(shí)現(xiàn)了視覺(jué)導(dǎo)航的自動(dòng)駕駛，在交通順暢的情況下達(dá)到63km/h的時(shí)速。歐洲的Euerka當(dāng)時(shí)投入7.5億美元用于自動(dòng)駕駛汽車(chē)的研發(fā)，在大量資源的推動(dòng)下，多款自動(dòng)駕駛汽車(chē)的原型被成功開(kāi)發(fā)。

與此同時(shí)，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局DARPA也建立了ALV計(jì)劃，與卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、斯坦福大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作，利用激光雷達(dá)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)第一次實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自主控制下的自動(dòng)駕駛，并在無(wú)人車(chē)上首次使用了便攜式計(jì)算設(shè)備，速度達(dá)到了31Km/h。

80年代末，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)首次在自動(dòng)駕駛汽車(chē)上使用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)控制，這也在后來(lái)成為了現(xiàn)代控制策略的基礎(chǔ)。

1991年，美國(guó)國(guó)會(huì)授權(quán)交通運(yùn)輸部研發(fā)自動(dòng)化汽車(chē)和高速公路系統(tǒng)，繼續(xù)通過(guò)國(guó)家力量推動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的發(fā)展。

同期德國(guó)方面相關(guān)項(xiàng)目也碩果累累，1992年大眾開(kāi)啟了自動(dòng)泊車(chē)的項(xiàng)目，這也成為了后來(lái)自動(dòng)駕駛最早成熟并落地的一個(gè)應(yīng)用。1993年，前面提到的Ernst Dickmanns團(tuán)隊(duì)以奔馳S500為基礎(chǔ)，裝備了攝像頭等多種傳感器，并且在普通交通環(huán)境下成功行駛了超過(guò)1000公里。

值得一提的是，國(guó)內(nèi)高校從80年代末開(kāi)始研發(fā)自動(dòng)駕駛汽車(chē)技術(shù)，中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)在1992年研發(fā)出國(guó)內(nèi)第一輛無(wú)人駕駛汽車(chē)。

實(shí)際上，在整個(gè)90年代，激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛上應(yīng)用得并不多，技術(shù)進(jìn)度也較為緩慢。但在2000年初，DARPA舉辦的一系列無(wú)人駕駛挑戰(zhàn)賽可以說(shuō)是自動(dòng)駕駛技術(shù)高速發(fā)展的開(kāi)端。

發(fā)展

DARPA舉辦無(wú)人駕駛挑戰(zhàn)賽的契機(jī)也有不少背后的故事，由于2001年美國(guó)深陷阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)，路邊炸彈襲擊導(dǎo)致了大規(guī)模的軍隊(duì)人員傷亡。于是美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)一項(xiàng)法案，要求到2015年軍方三分之一的車(chē)輛都要實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。作為美國(guó)國(guó)防部屬下機(jī)構(gòu)，DARPA需要采取一些措施來(lái)推動(dòng)十多年來(lái)一直發(fā)展緩慢的自動(dòng)駕駛技術(shù)，于是2004年，DARPA挑戰(zhàn)賽就此誕生。

第一屆比賽舉辦方拿出了100萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金來(lái)吸引參賽者，如今被視為自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)開(kāi)山鼻祖的Velodyne創(chuàng)始人Dave Hall盡管沒(méi)有參加第一次挑戰(zhàn)賽，但當(dāng)時(shí)他正在。

這場(chǎng)比賽在莫哈韋沙漠進(jìn)行，全程142英里。然而在第一屆比賽中沒(méi)有一位參賽者的車(chē)輛能夠自主完成全程比賽，獎(jiǎng)金也就無(wú)從送出。在這次比賽中，有一些參賽者采用了多個(gè)激光測(cè)距傳感器對(duì)前方障礙物進(jìn)行探測(cè)，這引起了Dave Hall的興趣。

2005年，Dave Hall在他參賽的車(chē)輛上安裝了第一個(gè)機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)的原型，這個(gè)安裝在車(chē)頂?shù)木薮蟮膫鞲衅饕鹆酥鬓k方DARPA以及一些參賽者的關(guān)注。這個(gè)傳感器通過(guò)快速旋轉(zhuǎn)的多線激光發(fā)射和接收模塊，對(duì)車(chē)輛周?chē)?60°環(huán)境進(jìn)行掃描，獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)要相比以往激光測(cè)距豐富得多。

雖然最后因?yàn)檐?chē)輛遭遇嚴(yán)重機(jī)械故障沒(méi)有完賽，但Dave Hall的團(tuán)隊(duì)在40名參賽者中表現(xiàn)較為出色。而在挑戰(zhàn)賽過(guò)后，讓激光雷達(dá)商業(yè)化，則成為了Velodyne和Dave Hall后來(lái)的主要方向。

所以到了2007年，DARPA的城市挑戰(zhàn)賽中有十多個(gè)團(tuán)隊(duì)就向Velodyne請(qǐng)求利用他們的激光雷達(dá)技術(shù)，當(dāng)時(shí)Velodyne向自動(dòng)駕駛團(tuán)隊(duì)提供64線的機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)HDL-64E，單價(jià)高達(dá)8萬(wàn)美元。

實(shí)際上Velodyne在早期的商業(yè)訂單主要來(lái)自地圖和建筑公司，用于測(cè)繪。直到2010年之后，包括谷歌、Cruise、蘋(píng)果、Uber以及一些車(chē)企在他們的自動(dòng)駕駛測(cè)試車(chē)上使用了Velodyne的激光雷達(dá)，逐漸地，這種機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)成為了自動(dòng)駕駛的標(biāo)配產(chǎn)品。

不過(guò)，旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)，在量產(chǎn)車(chē)上就很難應(yīng)用了。一個(gè)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的耐久度問(wèn)題，另外是由于掃描方式是整體發(fā)射和接收模塊進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，體積較大，因此安裝的位置很難做到融入到正常車(chē)身設(shè)計(jì)中。

所以現(xiàn)在可以看到，市面上在量產(chǎn)車(chē)型上使用的激光雷達(dá)都是固態(tài)或半固態(tài)的形式。最早在2017年，奧迪A8成為了全球首款搭載激光雷達(dá)的量產(chǎn)車(chē)型，其可選配的激光雷達(dá)，來(lái)自于法雷奧的轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)SCALA。這種激光雷達(dá)激光發(fā)射和接收部分是固定的，依靠一個(gè)旋轉(zhuǎn)的反射鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境的掃描。

Velodyne其實(shí)也在2016年發(fā)布了Velarray系列的固態(tài)激光雷達(dá)，希望開(kāi)拓更加廣闊的乘用車(chē)市場(chǎng)。不過(guò)，用于汽車(chē)智能駕駛的Velarray H800遲遲未量產(chǎn)，甚至目前官網(wǎng)上的產(chǎn)品列表上都找不到這款產(chǎn)品，在車(chē)載激光雷達(dá)量產(chǎn)這一步上，Velodyne已經(jīng)遠(yuǎn)落后于速騰聚創(chuàng)、禾賽、圖達(dá)通、法雷奧等在激光雷達(dá)領(lǐng)域的后來(lái)者。

現(xiàn)狀

很多聲名顯赫的激光雷達(dá)公司，都獲得了車(chē)企定點(diǎn)訂單，像Velodyne、Luminar、Cepton、Innoviz等，然而這幾家海外的激光雷達(dá)公司目前產(chǎn)品能量產(chǎn)上車(chē)的只有Luminar。最魔幻的是Innoviz，他們的固態(tài)激光雷達(dá)走MEMS路線，早在2018年寶馬就宣布將在iNext車(chē)型上搭載Innoviz激光雷達(dá)，Innoviz當(dāng)時(shí)甚至連樣機(jī)都沒(méi)有。

在近幾年，也出現(xiàn)過(guò)很多中途更換激光雷達(dá)供應(yīng)商的情況，其中的原因多數(shù)也是因?yàn)榧す饫走_(dá)供應(yīng)商無(wú)法按時(shí)量產(chǎn)交付產(chǎn)品。比如長(zhǎng)城汽車(chē)曾經(jīng)宣布采用Ibeo的Flash固態(tài)激光雷達(dá)，后來(lái)在量產(chǎn)車(chē)型發(fā)布后轉(zhuǎn)用速騰聚創(chuàng)的產(chǎn)品（Ibeo去年10月已經(jīng)申請(qǐng)破產(chǎn)）。

所以后來(lái)的故事大家都知道了，如今的車(chē)載激光雷達(dá)市場(chǎng)，幾乎被國(guó)內(nèi)廠商所占領(lǐng)。目前國(guó)內(nèi)有速騰聚創(chuàng)、禾賽、華為、Livox等的產(chǎn)品都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)上車(chē)，量產(chǎn)規(guī)模還在持續(xù)高速增長(zhǎng)。

固態(tài)的道路依然會(huì)繼續(xù)走下去，不過(guò)半固態(tài)依然會(huì)是未來(lái)幾年里平衡量產(chǎn)和價(jià)格的最佳形式，包括MEMS振鏡、轉(zhuǎn)鏡等掃描方案，是現(xiàn)階段的主流。雖然FMCW測(cè)距和OPA等技術(shù)上，有公司表示在2024或2025年可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但實(shí)際情況可能沒(méi)有這么樂(lè)觀。

最早宣稱(chēng)“在全球范圍內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了OPA全固態(tài)激光雷達(dá)量產(chǎn)”的Quanergy，就在去年12月宣布公司破產(chǎn)關(guān)停。如今看來(lái)，OPA激光雷達(dá)落地前景令人擔(dān)憂。

寫(xiě)在最后

對(duì)于一種在汽車(chē)領(lǐng)域相對(duì)來(lái)說(shuō)較新的傳感器，由于汽車(chē)供應(yīng)鏈傳統(tǒng)的高門(mén)檻，先上車(chē)的產(chǎn)品，對(duì)于車(chē)企而言是穩(wěn)定的保證，不會(huì)輕易更換供應(yīng)商。而另一方面，在此之前大家都沒(méi)有在量產(chǎn)車(chē)上應(yīng)用激光雷達(dá)的經(jīng)驗(yàn)，首先被搭載在量產(chǎn)車(chē)上的激光雷達(dá)，就擁有了先發(fā)優(yōu)勢(shì)，獲得整車(chē)廠的一手反饋，共同改進(jìn)產(chǎn)品和技術(shù)，形成一種“know how”。

國(guó)內(nèi)激光雷達(dá)廠商在“量產(chǎn)上車(chē)”這個(gè)階段完成了超越，但先發(fā)優(yōu)勢(shì)能否轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨砑夹g(shù)壁壘，這就需要持續(xù)觀察了。

編輯：黃飛