3月底路特斯汽車在英國(guó)發(fā)布了其最新純電車型Eletre，4顆激光雷達(dá)也追平了喊出『4顆以下別說(shuō)話』口號(hào)的長(zhǎng)城機(jī)甲龍。兩周后，新晉電動(dòng)汽車品牌集度汽車揭秘了其首款汽車機(jī)器人概念車車頭部位的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，從目前曝光的資料來(lái)看，集度汽車將兩顆激光雷達(dá)集成在了機(jī)艙蓋上，此設(shè)計(jì)立即在車圈內(nèi)引發(fā)熱議。不得不說(shuō)，2022年的激光雷達(dá)真的是很忙啊！先卷數(shù)量，現(xiàn)在都開(kāi)始卷布局位置了！今天我們就好好地聊聊，『新四化』時(shí)代的關(guān)鍵傳感器——激光雷達(dá)。

■ 「激光雷達(dá)」：高階輔助駕駛必經(jīng)之路

在說(shuō)「激光雷達(dá)」的作用之前，我們需要先了解下「輔助駕駛」的分級(jí)。根據(jù)2021年1月1日開(kāi)始全國(guó)實(shí)施的工信部《汽車駕駛自動(dòng)化分級(jí)》規(guī)定，目前我國(guó)的駕駛自動(dòng)化共總分為6級(jí)，從低往高依次為0～5級(jí)。各個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具體來(lái)說(shuō)可以這么解釋：

L0：完全由駕駛員持續(xù)進(jìn)行橫向和縱向的操作。

L1：大多數(shù)場(chǎng)景下仍然需要駕駛員持續(xù)進(jìn)行橫向和縱向的操作，具備自適應(yīng)巡航、交通擁堵輔助、交通限速識(shí)別、車道保持、車道偏離預(yù)警等功能。

L2：駕駛員必須一直掌控駕駛，但在特定場(chǎng)景下系統(tǒng)可進(jìn)行橫向和縱向操作。

L3：駕駛員不必一直監(jiān)控系統(tǒng)，但要隨時(shí)做好準(zhǔn)備接入和接管駕駛。系統(tǒng)會(huì)在極限場(chǎng)景下提示駕駛員介入和接管。

L4：駕駛員在定義當(dāng)中的場(chǎng)景中不是必需的，即在定義的場(chǎng)景當(dāng)中可以實(shí)現(xiàn)完全輔助駕駛。

L5：系統(tǒng)可自動(dòng)應(yīng)對(duì)汽車行駛過(guò)程當(dāng)中的任何場(chǎng)景，不需要駕駛員，這是完全意義上的輔助駕駛。

根據(jù)目前世界上大部分國(guó)家對(duì)「輔助駕駛分級(jí)」的公共認(rèn)知，L4級(jí)別及以下實(shí)質(zhì)上都是「輔助駕駛」，只有L5級(jí)別才叫真正的「自動(dòng)駕駛」。為了完成L3、L4級(jí)別這樣更多脫離駕駛員干涉的「高階輔助駕駛」時(shí)，傳感器的選擇就至關(guān)重要。

目前市場(chǎng)上應(yīng)用于環(huán)境感知的主流傳感器產(chǎn)品主要包括攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和激光雷達(dá)四類?？傮w來(lái)看，攝像頭在逆光或光影復(fù)雜的情況下視覺(jué)效果較差，毫米波雷達(dá)對(duì)靜態(tài)物體識(shí)別效果差，超聲波雷達(dá)測(cè)量距離有限且易受惡劣天氣的影響，因此單獨(dú)依靠攝像頭或毫米波雷達(dá)的方案去實(shí)現(xiàn)智能駕駛是存在缺陷的。這個(gè)時(shí)候，激光雷達(dá)的出現(xiàn)填補(bǔ)了上述傳感器的『短板』。

激光雷達(dá)工作原理簡(jiǎn)化圖

從工作原理上講，激光雷達(dá)與「雷達(dá)」非常相近。激光雷達(dá)以激光作為信號(hào)源，由激光器發(fā)射出的脈沖激光，接觸到目標(biāo)物后引起散射，一部分光波會(huì)反射到激光雷達(dá)的接收器上，根據(jù)激光測(cè)距原理計(jì)算，就得到從激光雷達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的距離。脈沖激光以超高頻率不斷地掃描目標(biāo)物，就可以快速?gòu)?fù)建出目標(biāo)的三維模型及各種圖件數(shù)據(jù)，建立三維點(diǎn)云圖，繪制出環(huán)境地圖，以達(dá)到環(huán)境感知的目的。

激光雷達(dá)的360度掃描成像畫面

激光雷達(dá)在輔助駕駛中的核心特征可以概括為三維環(huán)境感知、高分辨率、強(qiáng)抗干擾能力。

三維環(huán)境感知：激光雷達(dá)在短時(shí)間內(nèi)向周圍環(huán)境發(fā)射大量的激光束，不僅可以通過(guò)測(cè)激光信號(hào)的時(shí)間差來(lái)確定物體距離，還可以通過(guò)水平旋轉(zhuǎn)掃描或者向空掃描角度，以及獲取不同俯仰角度的信號(hào)，來(lái)獲得被測(cè)物體的精確三維信息。

高分辨率：激光雷達(dá)的角分辨率不低于0.1mard，也就是說(shuō)可以分辨3000米距離上相距0.3米的兩個(gè)目標(biāo)；可以同時(shí)追蹤多個(gè)目標(biāo)，距離分辨率可以達(dá)到0.1mard，速度分辨率達(dá)到10m/s以內(nèi)，由于激光頻率高，波長(zhǎng)短，所以可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率，如此高的速度和距離分辨率意味著激光雷達(dá)可以利用距離多普勒成像技術(shù)獲得非常清晰的圖像。

強(qiáng)抗干擾能力：與微波毫米波雷達(dá)雷達(dá)易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同，自然界中能對(duì)激光雷達(dá)起干擾作用的信號(hào)源不多，因此激光雷達(dá)抗有源干擾的能力很強(qiáng)，可「全天候」工作。

各類傳感器的感知范圍示意圖

智能汽車時(shí)代，單兵作戰(zhàn)并不是最優(yōu)解，多傳感器互為『傳感冗余』才是未來(lái)趨勢(shì)。隨著自動(dòng)駕駛的逐級(jí)演進(jìn)，感知層數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，弱感知將對(duì)芯片的性能和算力提出更高的要求，增加實(shí)現(xiàn)難度。不同傳感器的原理和功能各不相同，在不同的場(chǎng)景里發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，難以相互替代。

未來(lái)的智能汽車可以視為『移動(dòng)的傳感器平臺(tái)』，將裝備有大量的傳感器。隨著輔助駕駛從L2向L3級(jí)及以上不斷推進(jìn)，其對(duì)安全性要求也越來(lái)越高，激光雷達(dá)便憑借其精度高、探測(cè)距離長(zhǎng)、可3D環(huán)境建模的特性，在「高階輔助駕駛」中扮演的角色愈發(fā)重要。

■ 市面上的激光雷達(dá)，只有兩種是主流

如果把激光雷達(dá)按照掃描方式來(lái)分類，目前有「機(jī)械式激光雷達(dá)」、「半固態(tài)激光雷達(dá)」和「固態(tài)激光雷達(dá)」三大類。其中「機(jī)械式激光雷達(dá)」最為常用，「固態(tài)激光雷達(dá)」為未來(lái)業(yè)界大力發(fā)展方向，「半固態(tài)激光雷達(dá)」是機(jī)械式和純固態(tài)式的折中方案，屬于目前階段量產(chǎn)裝車的主力軍。

機(jī)械式-機(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)

雖然2021年是激光雷達(dá)爆發(fā)的元年，各大車企開(kāi)啟了量產(chǎn)級(jí)的傳感器『軍備競(jìng)賽』，但激光雷達(dá)在車端的應(yīng)用并不是新鮮事。我們偶爾在路上會(huì)碰到的這種自動(dòng)駕駛測(cè)試車，車頂上支架裝的東西，便是激光雷達(dá)。這也是最早出現(xiàn)的車載激光雷達(dá)——「機(jī)械式激光雷達(dá)」，因?yàn)榧夹g(shù)相對(duì)較成熟，所以大多數(shù)無(wú)人駕駛公司都用它來(lái)做自動(dòng)駕駛的相關(guān)測(cè)試。

福特在CES 2016上無(wú)人車用到的Velodyne激光雷達(dá)

工作原理：發(fā)射和接收模塊被電機(jī)電動(dòng)進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)。在豎直方向上排布多組激光線束，發(fā)射模塊以一定頻率發(fā)射激光線，通過(guò)不斷旋轉(zhuǎn)發(fā)射頭實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描。

百度Apollo自動(dòng)駕駛項(xiàng)目測(cè)試車輛

優(yōu)勢(shì)：機(jī)械式激光雷達(dá)作為最早裝車的產(chǎn)品，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，因?yàn)槠涫怯呻姍C(jī)控制旋轉(zhuǎn)，所以可以長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，每次掃描的速度都是線性的。并且由于『站得高』，機(jī)械式激光雷達(dá)可以對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行精度夠高并且清晰穩(wěn)定的360度環(huán)境重構(gòu)。

劣勢(shì)：雖然技術(shù)成熟，但因?yàn)槠鋬?nèi)部的激光收發(fā)模組線束多，并且需要復(fù)雜的人工調(diào)教，制造周期長(zhǎng)，所以成本并不低，并且可靠性差，導(dǎo)致可量產(chǎn)性不高。其次，機(jī)械式激光雷達(dá)體積過(guò)大，消費(fèi)者接受度不高。最后，它的壽命大約在1000h~3000h，而汽車廠商的要求是至少13000h，這也決定了其很難走向C端市場(chǎng)。

Waymo自動(dòng)駕駛出租車頭頂?shù)臋C(jī)械式激光雷達(dá)

目前，機(jī)械式激光雷達(dá)的代表性廠商海外為Velodyne、Waymo、Valeo、Ouster，國(guó)內(nèi)為速騰聚創(chuàng)、禾賽科技、鐳神智能、北科天繪等。Velodyne的代表性產(chǎn)品包括HDL-64、HDL-32、VLP-16等在，價(jià)格范圍在0.4萬(wàn)-8萬(wàn)美金之間。谷歌無(wú)人小車的64線激光雷達(dá)就來(lái)自Velodyne，當(dāng)時(shí)價(jià)格高達(dá)7萬(wàn)美元。高昂的成本也決定了其目前主要應(yīng)用于自動(dòng)駕駛技術(shù)的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，比如百度Robotaxi、谷歌無(wú)人駕駛測(cè)試車隊(duì)，車規(guī)級(jí)前裝量產(chǎn)市場(chǎng)暫無(wú)應(yīng)用。

半固態(tài)-MEMS激光雷達(dá)

MEMS全稱Micro-Electro-Mechanical System（微機(jī)電系統(tǒng)），是將原本激光雷達(dá)的機(jī)械結(jié)構(gòu)通過(guò)微電子技術(shù)集成到硅基芯片上。本質(zhì)上而言MEMS激光雷達(dá)并沒(méi)有做到完全取消機(jī)械結(jié)構(gòu)，所以它是一種半固態(tài)激光雷達(dá)。

MEMS激光雷達(dá)微振鏡模塊

工作原理：MEMS在硅基芯片上集成了體積十分精巧的微振鏡，其核心結(jié)構(gòu)是尺寸很小的懸臂梁——通過(guò)控制微小的鏡面平動(dòng)和扭轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將激光管反射到不同的角度完成掃描，而激光發(fā)生器本身固定不動(dòng)。

速騰聚創(chuàng)MEMS固態(tài)激光雷達(dá)RS-LiDAR-M1的量產(chǎn)版本

優(yōu)勢(shì)：MEMS激光雷達(dá)因?yàn)閿[脫了笨重的「旋轉(zhuǎn)電機(jī)」和「掃描鏡」等機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置，去除了金屬機(jī)械結(jié)構(gòu)部件，同時(shí)配備的是毫米級(jí)的微振鏡，這大大減少了MEMS激光雷達(dá)的尺寸，與傳統(tǒng)的光學(xué)掃描鏡相比，在光學(xué)、機(jī)械性能和功耗方面表現(xiàn)更為突出。其次，得益于激光收發(fā)單元的數(shù)量的減少，同時(shí)MEMS振鏡整體結(jié)構(gòu)所使用的硅基材料還有降價(jià)空間，因此MEMS激光雷達(dá)的整體成本有望進(jìn)一步降低。

劣勢(shì)：MEMS激光雷達(dá)的「微振鏡」屬于振動(dòng)敏感性器件，同時(shí)硅基MEMS的懸臂梁結(jié)構(gòu)非常脆弱，外界的振動(dòng)或沖擊極易直接致其斷裂，車載環(huán)境很容易對(duì)其使用壽命和工作穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。其次，MEMS的振動(dòng)角度有限導(dǎo)致視場(chǎng)角比較小（小于120度），同時(shí)受限于MEMS微振鏡的鏡面尺寸，傳統(tǒng)MEMS技術(shù)的有效探測(cè)距離只有50米，F(xiàn)OV角度只能達(dá)到30度，多用于近距離補(bǔ)盲或者前向探測(cè)。

速騰聚創(chuàng)與合作伙伴的簽約儀式

目前，由于MEMS上游供應(yīng)鏈已經(jīng)相對(duì)成熟，比如Luminar的MEMS半固態(tài)激光雷達(dá)已將制造成本降低到了500-1000美元，使規(guī)模量產(chǎn)成為了可能。國(guó)內(nèi)方面，速騰聚創(chuàng)和廣汽埃安、威馬、極氪等11家車企建立了合作，同時(shí)其產(chǎn)品「RS-LiDAR-M1」已于2020年12月開(kāi)始批量出貨，成為全球首款批量交付的車規(guī)級(jí)MEMS激光雷達(dá)。海外方面，Luminar在全球范圍內(nèi)已擁有50多位行業(yè)合作伙伴，其中包括沃爾沃、上汽飛凡汽車、小馬智行等。

半固態(tài)-轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)

轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)與MEMS激光雷達(dá)差異在于，前者的掃描鏡是圍繞著圓心旋轉(zhuǎn)，后者則是圍繞著某條直徑上下振動(dòng)。相比之下，轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)的功耗更低，散熱難度更低，因而也更容易擁有比較高的可靠性。

法雷奧應(yīng)用于奧迪A8的轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)

工作原理：與MEMS微振鏡平動(dòng)和扭轉(zhuǎn)的形式不同，轉(zhuǎn)鏡是反射鏡面圍繞圓心不斷旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)激光的掃描。在轉(zhuǎn)鏡方案中，也存在一面掃描鏡（一維轉(zhuǎn)鏡）和一縱一橫兩面掃描鏡（二維轉(zhuǎn)鏡）兩種技術(shù)路線。一維轉(zhuǎn)鏡線束與激光發(fā)生器數(shù)量一致，而二維轉(zhuǎn)鏡可以實(shí)現(xiàn)等效更多的線束，在集成難度和成本控制上存在優(yōu)勢(shì)。

理想L9將搭載禾賽科技AT128轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)

優(yōu)勢(shì)：轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)的激光發(fā)射和接收裝置是固定的，所以即使有「旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)」，也可以把產(chǎn)品體積做小，進(jìn)而降低成本。并且旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)只有反射鏡，整體重量輕，電機(jī)軸承的負(fù)荷小，系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)更穩(wěn)定，壽命更長(zhǎng)，是符合車規(guī)量產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)條件。

劣勢(shì)：因?yàn)橛小感D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)」這樣的機(jī)械形式的存在，便不可避免地在長(zhǎng)期運(yùn)行之后，激光雷達(dá)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度會(huì)受到影響。其次，一維式的掃描線數(shù)少，掃描角度不能到360度。

奧迪A8上搭載的法雷奧Scala 1轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)

從應(yīng)用看，具備車規(guī)級(jí)量產(chǎn)實(shí)力的Tier1供貨商有法雷奧（Scala）、鐳神智能（CH32），Innovusion（Falcon）。2017年，奧迪A8為全球首款量產(chǎn)的L3級(jí)別自動(dòng)駕駛的乘用車，其搭載的激光雷達(dá)便是法雷奧和Ibeo聯(lián)合研發(fā)的4線旋轉(zhuǎn)掃描鏡激光雷達(dá)。2020年，鐳神智能自主研發(fā)的CH32面世，成為全球第二款獲得車規(guī)級(jí)認(rèn)證的轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)，目前已經(jīng)規(guī)?；桓稏|風(fēng)悅享量產(chǎn)前裝車型生產(chǎn)。2022年，搭載Innovusion Falcon激光雷達(dá)的蔚來(lái)ET7上市，該款激光雷達(dá)為1550nm方案，等效300線數(shù)。從售價(jià)看，法雷奧Scala 2為900歐元（約6500元人民幣），已經(jīng)下降至車企可接受的價(jià)格范圍。

半固態(tài)-棱鏡式激光雷達(dá)

無(wú)人機(jī)龍頭廠商大疆孵化覽沃科技（Livox）入局激光雷達(dá)，便是采用的棱鏡式掃描方案，大疆利用其在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域積累的電機(jī)精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)及自動(dòng)化產(chǎn)線，有信心克服棱鏡軸承或襯套壽命的難題，也為其激光雷達(dá)技術(shù)構(gòu)筑護(hù)城河。

棱鏡式激光雷達(dá)工作示意圖

工作原理：棱鏡式激光雷達(dá)也稱為雙楔形棱鏡式激光雷達(dá)，內(nèi)部包括兩個(gè)楔形棱鏡，激光在通過(guò)第一個(gè)楔形棱鏡后發(fā)生一次偏轉(zhuǎn)，通過(guò)第二個(gè)楔形棱鏡后再一次發(fā)生偏轉(zhuǎn)?？刂苾擅胬忡R的相對(duì)轉(zhuǎn)速便可以控制激光束的掃描形態(tài)。與前面提到的掃描形式不同，棱鏡激光雷達(dá)累積的掃描圖案形狀狀若菊花，而并非一行一列的點(diǎn)云狀態(tài)。這樣的好處是只要相對(duì)速度控制得當(dāng)，在同一位置長(zhǎng)時(shí)間掃描幾乎可以覆蓋整個(gè)區(qū)域。

大疆Livox 棱鏡式激光雷達(dá)：Horiz（左） 與Horizon（右）

優(yōu)勢(shì)：首先，該設(shè)計(jì)減少了激光發(fā)射和接收的線數(shù)以實(shí)現(xiàn)一幀之內(nèi)更高的線數(shù)，也隨之降低了對(duì)焦與標(biāo)定的復(fù)雜度，因此生產(chǎn)效率得以大幅提升，并且相比于傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá)，棱鏡式的成本有了大幅的下降。其次，只要掃描時(shí)間夠久，就能得到精度極高的點(diǎn)云以及環(huán)境建模，分辨率幾乎沒(méi)有上限，且可達(dá)到近100％的視場(chǎng)覆蓋率。

劣勢(shì)：棱鏡式激光雷達(dá)FOV相對(duì)較小，且視場(chǎng)中心的掃描點(diǎn)非常密集，雷達(dá)的視場(chǎng)邊緣掃描點(diǎn)比較稀疏，在雷達(dá)啟動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)會(huì)有分辨率過(guò)低的問(wèn)題。對(duì)于高速移動(dòng)的汽車來(lái)說(shuō)，顯然不存在長(zhǎng)時(shí)間掃描的情況，不過(guò)可以通過(guò)增加激光線束和功率實(shí)現(xiàn)更高的精度和更遠(yuǎn)的探測(cè)距離，但機(jī)械結(jié)構(gòu)也相對(duì)更加復(fù)雜，體積讓前兩者更難以控制，存在軸承或襯套的磨損等風(fēng)險(xiǎn)。

小鵬P5上搭載的大疆Livox 棱鏡式激光雷達(dá)

從車規(guī)級(jí)應(yīng)用來(lái)看，小鵬P5配備2顆大疆Livox車規(guī)級(jí)棱鏡式激光雷達(dá)，另外大疆Livox也獲得了一汽解放量產(chǎn)項(xiàng)目的定點(diǎn) 。針對(duì)單顆棱鏡式中心區(qū)域點(diǎn)云密集。兩側(cè)點(diǎn)云相對(duì)稀疏的情況，小鵬P5選擇在車前部署了2顆激光雷達(dá)，前方提高至 180度的超寬點(diǎn)云視野，提高應(yīng)對(duì)近處車輛加塞、十字路口拐彎等復(fù)雜路況的通行能力。

固態(tài)-OPA激光雷達(dá)

針對(duì)車規(guī)級(jí)設(shè)備需要在連續(xù)振動(dòng)、高低溫、高濕高鹽等環(huán)境下連續(xù)工作的特點(diǎn)，固態(tài)激光雷達(dá)成為了較為可行的發(fā)展方向。喜歡軍事的朋友應(yīng)該都聽(tīng)過(guò)軍機(jī)、軍艦上搭載的相控陣?yán)走_(dá)，而OPA光學(xué)相控陣激光雷達(dá)便是運(yùn)用了與之相似的原理，并把它搬到了車端。

OPA光學(xué)相控陣工作原理示意圖

工作原理：相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射的是電磁波，OPA激光雷達(dá)發(fā)射的是光，而光和電磁波一樣也表現(xiàn)出波的特性，所以原理上是一樣的。波與波之間會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，通過(guò)控制相控陣?yán)走_(dá)平面陣列各個(gè)陣元的電流相位，利用相位差可以讓不同的位置的波源會(huì)產(chǎn)生干涉，從而指向特定的方向，往復(fù)控制便得以實(shí)現(xiàn)掃描效果。

Quanergy展示業(yè)界首款基于OPA的100米范圍固態(tài)激光雷達(dá)

優(yōu)勢(shì)：OPA激光雷達(dá)發(fā)射機(jī)采用純固態(tài)器件，沒(méi)有任何需要活動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，因此在耐久度上表現(xiàn)更出眾；雖然省去機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)，但卻能做到類似機(jī)械式的全景掃描，同時(shí)在體積上可以做得更小，量產(chǎn)后的成本有望大大降低。

劣勢(shì)：OPA激光雷達(dá)對(duì)激光調(diào)試、信號(hào)處理的運(yùn)算力要求很大，同時(shí)，它還要求陣列單元尺寸必須不大于半個(gè)波長(zhǎng)，因此每個(gè)器件尺寸僅500nm左右，對(duì)材料和工藝的要求都極為苛刻，由于技術(shù)難度高，上游產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，導(dǎo)致 OPA 方案短期內(nèi)難以車規(guī)級(jí)量產(chǎn)，目前也很少有專注開(kāi)發(fā)OPA激光雷達(dá)的Tier1供應(yīng)商。

Louay Eldada展示Quanergy S3

應(yīng)用層面，目前暫無(wú)車規(guī)級(jí)量產(chǎn)案例，OPA方案的代表企業(yè)為Quanergy。2021年8月，Quanergy對(duì)其OPA固達(dá)態(tài)激光雷達(dá)S3系列完成駕駛實(shí)測(cè)演示。測(cè)試結(jié)果顯示，S3系列固態(tài)激光雷達(dá)可以提供超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)的平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF），在全光照下實(shí)現(xiàn)100米的探測(cè)性能，大規(guī)模量產(chǎn)后的目標(biāo)價(jià)格為500美元。

 固態(tài)-FLASH激光雷達(dá)

由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，F(xiàn)lash閃光激光雷達(dá)是目前純固態(tài)激光雷達(dá)最主流的技術(shù)方案。但是由于短時(shí)間內(nèi)發(fā)射大面積的激光，因此在探測(cè)精度和探測(cè)距離上會(huì)受到較大的影響，主要用于較低速的無(wú)人駕駛車輛，例如無(wú)人外賣車、無(wú)人物流車等，對(duì)探測(cè)距離要求較低的自動(dòng)駕駛解決方案中。

FLASH激光雷達(dá)工作示意圖

工作原理：FLASH激光雷達(dá)的原理類似快閃，采用類似相機(jī)的模式，感光元件中的每個(gè)像素點(diǎn)都可以記錄光子飛出的時(shí)間信息，運(yùn)行時(shí)直接發(fā)射出一大片覆蓋探測(cè)區(qū)域的激光，隨后由高靈敏度的接收器陣列計(jì)算每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的距離信息，從而完成對(duì)周圍環(huán)境的繪制。

FLASH激光雷達(dá)成像示意圖

優(yōu)點(diǎn)：FLASH激光雷達(dá)最大的優(yōu)勢(shì)在于可以一次性實(shí)現(xiàn)全局成像來(lái)完成探測(cè)，且成像速度快。體積小，易安裝，易融入車的整體外觀設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，元件極少，成本低。信號(hào)處理電路簡(jiǎn)單，消耗運(yùn)算資源少，整體成本低。刷新頻率可高達(dá)3MHz，是傳統(tǒng)攝像頭的10萬(wàn)倍，實(shí)時(shí)性好，因此易過(guò)車規(guī)。

缺點(diǎn)：不過(guò)FLASH激光單點(diǎn)面積比掃描型激光單點(diǎn)大，因此其功率密度較低，進(jìn)而影響到探測(cè)精度和探測(cè)距離（低于50米）。要改善其性能，需要使用功率更大的激光器，或更先進(jìn)的激光發(fā)射陣列，讓發(fā)光單元按一定模式導(dǎo)通點(diǎn)亮，以取得掃描器的效果。

Ibeo FLASH激光雷達(dá)的接收模塊

為了克服探測(cè)距離的限制，F(xiàn)LASH激光雷達(dá)的代表廠商Ibeo、LedderTech開(kāi)始在激光收發(fā)模塊進(jìn)行創(chuàng)新。車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)鼻祖Ibeo，則一步到位推出了單光子激光雷達(dá)，Ibeo稱其為Focal Plane Array焦平面，實(shí)際也可歸為FlASH激光雷達(dá)。2019年8月27日，長(zhǎng)城汽車與德國(guó)激光雷達(dá)廠商Ibeo正式簽署了激光雷達(dá)技術(shù)戰(zhàn)略合作協(xié)議，三方合作的產(chǎn)品基礎(chǔ)就是ibeonEXT Generic 4D Solid State LiDAR。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，F(xiàn)LASH激光雷達(dá)芯片化程度高，規(guī)模化量產(chǎn)后大概率能拉低成本，隨著技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)LASH激光雷達(dá)有望成為主流的技術(shù)方案。

■ 激光雷達(dá)常見(jiàn)的布局方式

激光雷達(dá)應(yīng)安裝在車輛的什么位置？這是一個(gè)目前所有車企都在探索的話題。出于美觀和實(shí)際應(yīng)用的需求，車企有著不同的考慮，從目前已經(jīng)發(fā)布的車型來(lái)看，前向主激光雷達(dá)主要部署在兩個(gè)區(qū)域：車頂和保險(xiǎn)杠/中網(wǎng)，但也有將激光雷達(dá)布置在前引擎蓋和車身側(cè)面的。

關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，前段時(shí)間業(yè)內(nèi)人士也開(kāi)展過(guò)相關(guān)的探討。4月18日，集度汽車首款概念車頭部細(xì)節(jié)曝光，搭載了兩顆激光雷達(dá)，據(jù)悉在激光雷達(dá)不工作時(shí)，還可以伸縮至引擎蓋內(nèi)部。對(duì)此，理想汽車創(chuàng)始人李想便在相關(guān)微博下方發(fā)表了自己的看法：『在車頂上放一個(gè)，和在機(jī)蓋或保險(xiǎn)杠上放兩個(gè)，性能上沒(méi)有任何區(qū)別，甚至頭頂?shù)膯涡阅軙?huì)更好。但是，在行人碰撞、維修成本、和震動(dòng)控制（鏈接主車體）上，都是車頂是最優(yōu)的。唯一的問(wèn)題是，車頂激光雷達(dá)的造型會(huì)需要適應(yīng)，因?yàn)樘駲C(jī)動(dòng)戰(zhàn)士-高達(dá)了?！?/p>

對(duì)此集度汽車CEO夏一平在評(píng)論下方回復(fù) 『還是有差別的，120度的FOV和180度的FOV還是不一樣的，解決的corner case也不一樣，所以在產(chǎn)品的能力上和體驗(yàn)上甚至還是安全性上還是有差別的?！?/p>

4月22日，小鵬汽車CEO何小鵬也在朋友圈發(fā)布了自己的看法，他表示『兩顆激光雷達(dá)肯        定從性能上是遠(yuǎn)好于一顆的，將來(lái)在城市NGP和魯棒性中就可以看到差異』。放在哪里這個(gè)問(wèn)題，何小鵬也曾糾結(jié)過(guò)，『我們最開(kāi)始想放兩顆在車頂?shù)?，但是無(wú)論如何設(shè)計(jì)，都類似兔子的粑耳朵，后來(lái)還是放棄了』。

那不同的位置究竟會(huì)帶來(lái)哪些不同的影響，為此我們對(duì)市面上搭載激光雷達(dá)的車型進(jìn)行了一次統(tǒng)計(jì)和總結(jié)。

車頂：?jiǎn)晤w雷達(dá)效益最大化

   僅布局在車頂是目前市面上比較流行的做法，對(duì)于只配備1顆激光雷達(dá)的車型來(lái)說(shuō)，放在車頂能最大程度地物盡其用。從目前的裝車情況來(lái)看，安裝在車頂上方的激光雷達(dá)，其形狀普遍具備長(zhǎng)而扁的特征。

蔚來(lái)ET7車頂搭載的 Innovusion Falcon激光雷達(dá)

理想L9搭載的禾賽科技AT128、蔚來(lái)ET7搭載的Innovusion Falcon以及飛凡R7所搭載的Luminar Iris都擁有120度的水平FOV，而垂直FOV上ET7為30度，理想L9為25.4度，飛凡R7為26度，據(jù)媒體爆料，未來(lái)智己L7以及小米汽車也會(huì)將激光雷達(dá)布局在車頂。作為全車唯一的激光雷達(dá)，它們都能在車頂最大化自己的作用。

飛凡R7車頂搭載的Luminar Iris激光雷達(dá)

優(yōu)勢(shì)：可以看到，表格中的激光雷達(dá)基本以半固態(tài)方案為主，都達(dá)不到機(jī)械式的360度水平FOV，所以『欲窮千里目，更上一層樓』，車頂布置激光雷達(dá)可以帶來(lái)更好的探測(cè)效果，而且不易被物體遮擋。同時(shí)，布局在車頂能避免大部分刮蹭碰撞事故對(duì)其產(chǎn)生的影響，把最貴的傳感器放在最安全的地方，這無(wú)疑是一種保險(xiǎn)的做法。

不足：主要體現(xiàn)在整車的美觀度上，并不是所有消費(fèi)者都能接受這種造型。其次，雨雪天氣會(huì)受到較大干擾，且突出來(lái)的部分，也會(huì)帶來(lái)來(lái)一些NVH的優(yōu)化難題。同時(shí)，雖然越高視野越好，但地面線的盲區(qū)也越大，所以車頂布局需要進(jìn)行視場(chǎng)角（FOV）下邊緣跟車頂蓋的傾角微調(diào)。最后，夏天陽(yáng)光暴曬可能會(huì)導(dǎo)致元件溫度過(guò)高，雖然激光雷達(dá)在80℃以內(nèi)都可以工作，但長(zhǎng)此以往，勢(shì)必會(huì)加快激光雷達(dá)的老化速度。

車頭：傳統(tǒng)巨頭的最愛(ài)

把激光雷達(dá)放置在車頭貌似是傳統(tǒng)大廠最愛(ài)的方式，BBA自家的旗艦車型均把激光雷達(dá)放在了這里。在很早就開(kāi)始布局自動(dòng)駕駛的傳統(tǒng)大廠來(lái)看，激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)一樣，也是感知雷達(dá)的一種，所以把它放在這些老前輩呆的位置并無(wú)不妥，不過(guò)這樣的布局優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯。

新款奔馳S級(jí)將法雷奧Scala 2集成在中網(wǎng)

可以看到，奔馳奧迪兩家大廠都被法雷奧拿下，法雷奧的第一代Scala便給到了奧迪A8，其垂直FOV為3.2度，水平FOV為145度，但探測(cè)距離僅有80米。新款奔馳S級(jí)上的是Scala第二代，升級(jí)后的產(chǎn)品也幫助奔馳成功獲得了全球首個(gè)有條件自動(dòng)駕駛（SAE-L3級(jí)）的系統(tǒng)國(guó)際認(rèn)證。而唯一量產(chǎn)Flash 固態(tài)激光雷達(dá)的供應(yīng)商Ibeo，則選擇了與長(zhǎng)城WEY進(jìn)行合作。

奔馳EQS同樣將法雷奧Scala 2集成在中網(wǎng)

優(yōu)勢(shì)：就像大家能明顯感受到的那樣，激光雷達(dá)布局在車頭最大的優(yōu)點(diǎn)就是沒(méi)有存在感，整車的造型設(shè)計(jì)也不需要為其讓步妥協(xié)。同時(shí)，可以通過(guò)布置多顆雷達(dá)的方案，彌補(bǔ)大部分半固態(tài)雷達(dá)FOV較小的缺點(diǎn)。

劣勢(shì)：如今市面上車型的保險(xiǎn)杠大多為塑料材質(zhì)，雖然在碰撞事故中能減少對(duì)行人的傷害，但也將激光雷達(dá)置于了『危險(xiǎn)』的境地，在激光雷達(dá)的規(guī)模成本下來(lái)之前，輕微的碰撞事故可能就會(huì)讓車主付出高昂的維修費(fèi)用。其次，激光雷達(dá)布置位置較低，更容易被污濁物遮蔽，影響探測(cè)效果，但現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始有車企為激光雷達(dá)配備了「清洗裝置」，因此這一點(diǎn)在未來(lái)并不是致命傷。

車身側(cè)面： 多雷達(dá)的補(bǔ)盲方式

相比于前兩種方案，多顆激光雷達(dá)的布局更傾向于補(bǔ)足『側(cè)視能力』，除了負(fù)責(zé)前視的車頂或車頭雷達(dá)，車企一般還會(huì)在車身側(cè)面布置雷達(dá)，以形成接近全視域的傳感閉環(huán)。可以看到，目前華為所有的激光雷達(dá)布局都是「保險(xiǎn)杠+車身側(cè)面」方案。在經(jīng)費(fèi)充足的情況下，車頂布局一顆前向長(zhǎng)距激光雷達(dá)，車身安裝多顆中短距角激光雷達(dá)也是更為合理且安全的方案。

威馬M7搭載了3顆激光雷達(dá)

威馬M7搭載3顆來(lái)自速騰聚創(chuàng)的M1激光雷達(dá)，分別位于車頂和翼子板兩側(cè)，可以實(shí)現(xiàn)水平探測(cè)范圍達(dá)330度。而高調(diào)宣稱『4顆以下別說(shuō)話』的沙龍汽車，更是為其機(jī)甲龍配置了4顆激光雷達(dá)。同樣采用4顆激光雷達(dá)方案的還有3月發(fā)布的路特斯ELETRE，其中有兩顆「伸縮式」的128線激光雷達(dá)。

位于阿維塔11前輪拱后上方的激光雷達(dá)

優(yōu)勢(shì)：從覆蓋面上來(lái)說(shuō)，在車頂/車頭安裝一顆前向激光雷達(dá)的方案，在車輛四角補(bǔ)充2-4個(gè)中短距的激光雷達(dá)是最全面的做法，基本能做到360度的水平FOV，同時(shí)在垂直FOV上也大大提升，在L3級(jí)別的駕駛輔助向L4或更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛邁進(jìn)的過(guò)程中，多激光雷達(dá)方案會(huì)逐漸成為主流。

劣勢(shì)：高收益自然伴隨著高風(fēng)險(xiǎn)，上述布局的缺點(diǎn)在多激光雷達(dá)方案里幾乎都會(huì)涉及，不管是車頂雷達(dá)的熱管理，還是車頭雷達(dá)的易碰撞，多雷達(dá)的最大缺點(diǎn)可以說(shuō)是成本了，無(wú)論是售前還是售后，多激光雷達(dá)方案都意味著需要付出更多的金錢。

機(jī)艙蓋：另辟蹊徑的集度

除了上述的三種主流布局方式，集度開(kāi)創(chuàng)了機(jī)艙蓋布局的先河，這是一種非常新穎的布局方式，也必然會(huì)引起行業(yè)內(nèi)的諸多看法。

集度汽車機(jī)器人上的禾賽科技AT128激光雷達(dá)

在之前的溝通會(huì)上，我們確認(rèn)了集度將采用禾賽科技的AT128激光雷達(dá)，在參數(shù)上與理想L9車頂?shù)哪穷w相同。從官圖中我們可以看出，集度2顆激光雷達(dá)分別位于引擎蓋上方左右兩端，類似復(fù)古的「跳燈」設(shè)計(jì)。

激光雷達(dá)降下后的樣子

優(yōu)勢(shì)：集度雙激光雷達(dá)方案的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在水平FOV上，這顆禾賽科技AT128激光雷達(dá)水平FOV為120度，兩個(gè)便能實(shí)現(xiàn)180度的覆蓋。且正前方60度的重疊區(qū)域內(nèi)，由于點(diǎn)云密度高，其識(shí)別能力也更強(qiáng)，精度更高。雙激光雷達(dá)互為安全冗余，比單激光雷達(dá)方案的可靠性更強(qiáng)。在『鬼探頭』、左右有遮擋物等行車場(chǎng)景中，對(duì)左右橫穿行人或障礙物的識(shí)別能力更強(qiáng)。同時(shí)，「升降式」的激光雷達(dá)能在停車時(shí)將其收回去，避免長(zhǎng)期停放的風(fēng)吹日曬，延長(zhǎng)使用壽命。

劣勢(shì)：正如李想所說(shuō)，機(jī)艙蓋的布局模式對(duì)于行人碰撞的安全性不太友好，激光雷達(dá)外殼邊緣位置，在碰撞過(guò)程中堅(jiān)硬的突起物很可能對(duì)行人造成更多的傷害?，F(xiàn)在有一項(xiàng)「行人保護(hù)腿型試驗(yàn)」，這項(xiàng)試驗(yàn)的主標(biāo)準(zhǔn)（《GB24550-XXXX汽車對(duì)行人的碰撞保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》）將在2024年7月1日成為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)這一點(diǎn)后期有望通過(guò)OTA進(jìn)行優(yōu)化，在碰撞瞬間將激光雷達(dá)降下去，既保護(hù)行人，也保護(hù)激光雷達(dá)。

■ 邦點(diǎn)評(píng)

雖然激光雷達(dá)正在由半固態(tài)向固態(tài)過(guò)度，還未大規(guī)模實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，但車企已經(jīng)開(kāi)始對(duì)數(shù)量『內(nèi)卷』著重宣傳。我們需要明確的是，激光雷達(dá)只是輔助駕駛感知硬件中的一環(huán)，實(shí)現(xiàn)「高階輔助駕駛」，需要與其他傳感器和算法平臺(tái)打配合，而不是一味地追求數(shù)量。而激光雷達(dá)的布局，則取決于如何在感知、美觀、成本、安全這幾者之間求得平衡。

回看歷史，特斯拉從Mobileye到自研，技術(shù)迭代速度飛快，并且其功能也越來(lái)越實(shí)用和好用。所以對(duì)待這場(chǎng)已經(jīng)掀起的激光雷達(dá)『內(nèi)卷』，我們更愿意用第一性原理去看待它，這場(chǎng)『內(nèi)卷』的本質(zhì)是技術(shù)新興期的百家爭(zhēng)鳴，它們最終都將推動(dòng)「高階輔助駕駛」的歷史進(jìn)程。激光雷達(dá)的量產(chǎn)是條漫長(zhǎng)的路，數(shù)量和布局的『內(nèi)卷』只是暫時(shí)的，距離它真正走進(jìn)百姓生活，我們還有很長(zhǎng)一段路要走。正如《銀河英雄傳說(shuō)》中的那句話：

我們的征途，是星辰大海。